橡膠配方設(shè)課程

橡膠配方設(shè)課程第1頁/共37頁橡膠配方設(shè)計課程目的及意義：提高橡膠制品的質(zhì)量；改善加工工藝；配合體系的生產(chǎn)及研究；橡膠加工設(shè)備及測試儀器；成本分析；計算機(jī)應(yīng)用等。理論指導(dǎo)實踐應(yīng)用橡膠配方設(shè)計第2頁/共37頁第一章橡膠配方設(shè)計的基本概念第二章橡膠配方設(shè)計原理第三章特種橡膠與功能性橡膠的配方設(shè)計第四章配方設(shè)計優(yōu)化方法

第一節(jié)單因素變量設(shè)計第二節(jié)多因素變量設(shè)計第一節(jié)配方設(shè)計與硫化膠物性的關(guān)系第二節(jié)配方設(shè)計與工藝性能的關(guān)系第三節(jié)橡膠配方設(shè)計與成本的關(guān)系

第3頁/共37頁目的和要求：了解橡膠配方設(shè)計的定義、特點。掌握配方設(shè)計的原則和表示方法。學(xué)會計算材料的含膠率、密度、成本。了解橡膠產(chǎn)品的種類、結(jié)構(gòu)，對橡膠制品的使用條件和加工條件有所了解。掌握原材料的特性及配合規(guī)律。掌握膠料加工及物性檢測方法及數(shù)值大小對性能的影響。第一章橡膠配方設(shè)計的基本概念第4頁/共37頁

一、所謂橡膠配方設(shè)計，就是根據(jù)橡膠產(chǎn)品的性能要求和工藝條件合理選用原材料，確定各種原材料的用量配比關(guān)系，使得膠料的物性、工藝性和成本三者取得最佳平衡。processabilityWetGrip濕地抓地力RollingResistance滾動阻力AbrasionResistance耐磨Mechanicalpropertycost第一節(jié)橡膠配方設(shè)計的定義第5頁/共37頁二．橡膠配方設(shè)計特點

因子：統(tǒng)稱影響膠料性能指標(biāo)的因素為因子，如原材料、工藝等。

水平：每個因子可能處于的狀態(tài)，水平可以是原材料的品種、用量或工藝參數(shù)等。

1．橡膠配方設(shè)計是多因素的試驗問題;2．橡膠配方設(shè)計是水平數(shù)不等的試驗問題 ;3．橡膠配方中各種原材料之間的交互作用強烈;4．工藝因素有時對橡膠配方設(shè)計起決定性作用;5．橡膠配方設(shè)計中盡力排除試驗誤差;6．配方經(jīng)驗規(guī)律與統(tǒng)計數(shù)學(xué)相結(jié)合。第6頁/共37頁三、橡膠配方設(shè)計的原則與程序

1、原則：配方設(shè)計人員應(yīng)用理論知識，用最少的物質(zhì)消耗，最短的時間，最少的工作量，通過科學(xué)的橡膠配方設(shè)計方法，掌握原材料配合的內(nèi)在規(guī)律，設(shè)計出實用配方，使制品的性能、成本和工藝可行性等方面取得最佳的綜合平衡。

2、程序：

基礎(chǔ)配方：原材料試驗鑒定性能配方：針對性能指標(biāo)制定的配方實用配方：經(jīng)驗證符合要求的配方生產(chǎn)配方：投入生產(chǎn)使用的配方第7頁/共37頁四、橡膠配方的組成及表示方法

橡膠配方簡單地說，就是表示生膠和配合劑用量配比表。表示方法：質(zhì)量份數(shù)表示：以生膠分?jǐn)?shù)為100，其余配合劑相應(yīng)質(zhì)量份數(shù)表示。質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：以混煉膠料總質(zhì)量為100，生膠和配合劑所占比例數(shù)來表示。體積百分?jǐn)?shù)表示：即以膠料的總體積為100%，將基本配方中生膠及各種配合劑的重量分?jǐn)?shù)分別除以各自的相對密度，求出體積份數(shù)。符合生產(chǎn)使用要求的質(zhì)量配方稱為生產(chǎn)配方，取煉膠機(jī)的裝膠量Q除以基本配方總質(zhì)量即得換算系數(shù)，乘以基本配方中各組分的質(zhì)量份，即得實際用量。第8頁/共37頁舉例：摩托車胎配方：采用密煉機(jī)煉膠，總裝膠量為40kg配合劑質(zhì)量份數(shù)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)生產(chǎn)配方密度價格

NR603012kg0.9220SBR40208kg0.9518ZnO52.51kg5.5725SA21400g0.9210

促CZ10.5200g1.3220

促M10.5200g1.4225

防老4010NA1.50.75300g1.1728

防RD1.50.75300g1.0218N660502510kg1.87CaCO32512.55kg2.60.6

機(jī)油52.51kg0.935

固馬隆631.2kg1.066S21400g2.052.5

合計20010040kg作業(yè)：求出混煉膠的密度和成本第9頁/共37頁生產(chǎn)配方組成：膠料用途膠料的名稱及代號，生膠及各種配合劑的用量合計（計算密度、含膠率、成本）工藝條件物理機(jī)械性能第10頁/共37頁原材料應(yīng)用加工工藝使用性能產(chǎn)品結(jié)構(gòu)五、橡膠配方設(shè)計影響因素第11頁/共37頁1、原材料應(yīng)用

生膠（高聚物單用或并用）：母體材料或基體材料

硫化體系：與橡膠大分子起化學(xué)作用，使橡膠由線型大分子變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高橡膠性能、穩(wěn)定形態(tài)的體系。

補強填充體系：在橡膠中加入炭黑等補強劑或其它填充劑，提高其力學(xué)性能，改善工藝性能，或者降低制品成本。

防護(hù)體系：加入防老劑，延緩橡膠的老化，提高制品的使用壽命。

增塑體系：降低制品硬度和混煉膠的粘度，改善加工工藝性能。

加工及功能助劑：改善膠料的加工和物理性能。第12頁/共37頁2、橡膠加工工序1）塑煉：降低生膠的分子量，增加塑性，提高流動性和可加工性。2）混煉：采用開煉機(jī)或密煉機(jī)使生膠與配方中各個組分混合均勻，制成混煉膠。第13頁/共37頁3）壓延：利用壓延機(jī)將混煉膠或與紡織物、鋼絲等骨架材料通過壓片、壓型、貼合、擦膠、貼膠等操作制成一定規(guī)格的半成品的過程。4）壓出：利用擠出機(jī)將混煉膠通過口型壓出各種斷面半成品的過程，如內(nèi)胎、胎面、膠管等。5）硫化：橡膠加工的最后一道工序，通過一定的溫度、壓力和時間后，使橡膠大分子由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀彈性狀態(tài)的過程。第14頁/共37頁未硫化橡膠加工性能的測定1、混煉膠的流動性可塑度：P=(h0-h2)/(h0+h1),0<P<1

h0：原始高度，

h1：負(fù)荷作用3min后的高度，

h2:恢復(fù)3min后的高度

可塑度的檢測儀器第15頁/共37頁

2）門尼粘度：ML1+4100２、門尼焦燒（最低ML上升5個門尼值）門尼粘度的檢測儀器３、混煉膠的均勻程度：切片觀察法、CB分散儀、電子顯微鏡第16頁/共37頁４、擠出特性：材料的擠出膨脹比、擠出外觀５、應(yīng)力松弛：以時間長短來衡量６、膠料加工綜合性能：混煉、壓出特性等。

Brabender,Hakke流變儀７、硫化特性:t10、t90、最小轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩第17頁/共37頁混煉膠的質(zhì)量和配方總量之差與配方總量之比：

ISO2393規(guī)定無填料的混煉膠為0.3％；有填料的混煉膠為0.6％常規(guī)的混煉順序：生膠或塑煉膠共混小藥（活性劑、促進(jìn)劑、防老劑、固體軟化劑）補強劑和填料軟化劑硫化劑第18頁/共37頁硫化測定儀：焦燒時間工藝正硫化時間最小轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩硫化指數(shù)第19頁/共37頁最小轉(zhuǎn)矩ML:與膠料的流動性有關(guān)；最大轉(zhuǎn)矩MH：與膠料交聯(lián)密度有關(guān)；焦燒時間（T10）：又稱誘導(dǎo)期，指膠料從加入到模具中受熱開始到轉(zhuǎn)矩為M10所對應(yīng)的時間；M10=ML+（MH—ML）×10％或最小轉(zhuǎn)矩上升１或２個單位的時間（Ts1，Ts2）理論正硫化時間（TH）：膠料從加入到模具中受熱開始到轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值所需要的時間；工藝正硫化時間(T90)：膠料從加入到模具中受熱開始到轉(zhuǎn)矩達(dá)到M90所需要的時間。M90=ML+（MH—ML）×90％第20頁/共37頁3、硫化橡膠的使用性能測試1．拉伸強度σ＝P/bh，Mpa2．定伸應(yīng)力，Mpa100%，300%，Mpa3．拉斷伸長率，％

?＝[（L1-L0）/L0]*100%4．扯斷永久變形：

S=(L2-L0)/L0

，％5．撕裂強度：

Φ＝P/h，KN/m第21頁/共37頁6．有效彈性和滯后損失第22頁/共37頁7．硬度測定：邵爾A型0－100度8．磨耗測定：磨耗體積V=(m前-m后)/ρ，

cm3/1.61Km，磨耗指數(shù)＝V標(biāo)/V試阿克隆磨耗滾筒磨耗第23頁/共37頁9．疲勞的測試：（1）壓縮疲勞：1)溫升2)變形（2）屈撓龜裂：裂口大小及出現(xiàn)裂口的時間（3）拉伸疲勞：疲勞壽命計算10．壓縮永久變形

K=[(h0-h2)/(h0-h1)]*100%11．粘彈性

（1）擺錘式回彈儀（2）蠕變（3）應(yīng)力松弛（4）動態(tài)粘彈性能(DMA)、動態(tài)模量及tgδ第24頁/共37頁12．老化性能：

(1)熱空氣老化：拉伸強度、硬度、扯斷伸長率的變化率或保持率。

(2)臭氧老化：表面狀態(tài)13．低溫性能：1)脆性溫度：斷裂時的最低溫度

2)玻璃化溫度的測定：差熱分析儀14．熱性能：1)導(dǎo)熱系數(shù)、熱傳導(dǎo)

2)分解溫度或氧化起始溫度15．阻燃性:(1)氧指數(shù)：氧指數(shù)越大，阻燃性越好裝飾及汽車配件

(2)錐形量熱儀：熱釋放速率、煙量、點燃時間、有害氣體成份等。第25頁/共37頁16．絕緣性：

1)表面電阻率和體積電阻率大小1015Ω?cm以上

2)介電損耗介電損耗越大，絕緣性越差

3)擊穿電壓強度擊穿電壓/厚度17．導(dǎo)電性：體積電阻率10Ω?cm以下抗靜電106～10Ω?cm

高分子導(dǎo)電、導(dǎo)電填料18．?dāng)U散與滲透性能

1)透氣性：內(nèi)胎、瓶塞

2)透濕性和透水性：防水卷材、水壩、房屋

3)油擴(kuò)散:密封件第26頁/共37頁19．耐液體：耐油、耐化學(xué)溶劑、耐酸堿體積、質(zhì)量變化率及物理性質(zhì)的變化率體積變化百分?jǐn)?shù)△V（%）按下式計算：△V=×100

質(zhì)量變化百分?jǐn)?shù)△W(%)按下式計算：△W=×10020．粘合強度：

膠料與膠料之間：剝離強度

膠料與簾線及鋼絲之間：H抽出法

第27頁/共37頁加工性能和物理機(jī)械性能測試要求：1)變異性：a.材料本身不完全均勻

b.試驗步驟的變異性2)準(zhǔn)確度表示測定值與真實值相符的程度3)精密度表示各次測定值彼此間相符的程度4)重復(fù)性是指同一實驗室中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度5)再現(xiàn)性是指不同實驗室間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度第28頁/共37頁4、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

(1)

輪胎：汽車輪胎：斜交、半鋼子午線、全鋼子午線、內(nèi)胎、墊帶、膠囊及水胎農(nóng)用輪胎、工程輪胎、航空輪胎、摩托車輪胎、力車輪胎、實心輪胎、翻新輪胎

第29頁/共37頁(2)

膠管類：純膠管、夾布膠管、編織、纏繞膠管按用途分：耐熱、油、耐酸堿、耐燃、耐磨等(3)膠帶類：輸送帶(煤礦用)

傳動帶分為三角帶和平型傳動帶第30頁/共