第九章-橡胶加工工艺及配方.ppt
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课程名称：
橡胶配方设计原理课程名称：
橡胶配方设计原理及工艺及工艺l学时：
学时：
32l参考书：
参考书：
l1、橡胶工业手册橡胶工业手册l2、现代橡胶配方设计现代橡胶配方设计,杨清芝杨清芝l3、现代橡胶工艺学现代橡胶工艺学,杨清芝杨清芝l联系：
科技楼联系：
科技楼1211,橡塑工程教研室，橡塑工程教研室，64434860第一章橡胶配方设计原理第一章橡胶配方设计原理第二章第二章特种橡胶制品特种橡胶制品第三章配方设计中的数学方法第三章配方设计中的数学方法l第一章橡胶配方设计原理第一章橡胶配方设计原理第一节橡胶配方设计基本概念第一节橡胶配方设计基本概念第二节橡胶配方设计的原则与程序第二节橡胶配方设计的原则与程序第三节橡胶配方设计的组成与表示方法第三节橡胶配方设计的组成与表示方法第四节第四节配方设计与硫化胶物机性能关系配方设计与硫化胶物机性能关系第五节第五节配方设计与胶料工艺性能间的关系配方设计与胶料工艺性能间的关系l第二章第二章特种橡胶制品特种橡胶制品ll第第一节耐燃橡胶一节耐燃橡胶第二节海绵橡胶第二节海绵橡胶第三节透明橡胶第三节透明橡胶第四节吸水膨胀橡胶第四节吸水膨胀橡胶第五节导电橡胶第五节导电橡胶第三章配方设计中的数学方法第三章配方设计中的数学方法l第一节随机变量及其分布第一节随机变量及其分布l第二节数学期望及方差第二节数学期望及方差l第三节假设检验第三节假设检验l第四节方差分析第四节方差分析l第五节试验数据回归分析第五节试验数据回归分析l第六节试验优化与设计第六节试验优化与设计l第一章橡胶配方设计原理第一章橡胶配方设计原理第一节橡胶配方设计基本概念第一节橡胶配方设计基本概念l一、配方设计定义一、配方设计定义橡胶材料是生胶与多种配合剂构成的多相体系。
橡橡胶材料是生胶与多种配合剂构成的多相体系。
橡胶制品的性能取决于橡胶分子本身，以及各种配合剂胶制品的性能取决于橡胶分子本身，以及各种配合剂性质及它们之间的相互作用关系。
性质及它们之间的相互作用关系。
定义：
根据产品的性能要求及工艺条件，合理选用原定义：
根据产品的性能要求及工艺条件，合理选用原材料，制订各种原材料的用量配比关系的设计方法。
材料，制订各种原材料的用量配比关系的设计方法。
配方设计决定着产品质量、成本和加工性能。
配方设计决定着产品质量、成本和加工性能。
l五大体系l生胶体系l硫化体系l填充补强体系l软化增塑体系l防老体系l二、需掌握的知识二、需掌握的知识形态结构形态结构机械机械设备设备流变流变加工性能加工性能常规测试常规测试仪器分析仪器分析测试技术测试技术原材料原材料配合剂配合剂聚合物聚合物复合材料复合材料共混理论共混理论高化高化（合成具有合成具有特定组成结构高分子特定组成结构高分子）高物高物加工工艺原理加工工艺原理配合剂化学配合剂化学优选法优选法实验设计实验设计回归分析回归分析最最优化技术优化技术配方设计配方设计l配方设计过程绝不是各种材料的简单搭配，而是在了解各种原理的基配方设计过程绝不是各种材料的简单搭配，而是在了解各种原理的基础上，充分地发挥整个配方系统的协同效果，利用新技术得到最佳配比础上，充分地发挥整个配方系统的协同效果，利用新技术得到最佳配比关系。
需有厚实的高物、高化、橡胶工艺原理知识，并良好运用。
关系。
需有厚实的高物、高化、橡胶工艺原理知识，并良好运用。
l第二节橡胶配方设计的原则与程序第二节橡胶配方设计的原则与程序ll一、设计原则一、设计原则一、设计原则一、设计原则使产品性能满足使用的要求或给定的指标。
使产品性能满足使用的要求或给定的指标。
使产品性能满足使用的要求或给定的指标。
使产品性能满足使用的要求或给定的指标。
在保证满足使用性能或给定的指标情况下，尽量节约原材料和在保证满足使用性能或给定的指标情况下，尽量节约原材料和在保证满足使用性能或给定的指标情况下，尽量节约原材料和在保证满足使用性能或给定的指标情况下，尽量节约原材料和降低成本，或者在不提高成本情况下提高质量。
降低成本，或者在不提高成本情况下提高质量。
降低成本，或者在不提高成本情况下提高质量。
降低成本，或者在不提高成本情况下提高质量。
使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作，以及有利使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作，以及有利使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作，以及有利使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作，以及有利于提高设备生产效率。
于提高设备生产效率。
于提高设备生产效率。
于提高设备生产效率。
要考虑产品各部位不同橡胶的整体配合，使各部件胶料在硫化要考虑产品各部位不同橡胶的整体配合，使各部件胶料在硫化要考虑产品各部位不同橡胶的整体配合，使各部件胶料在硫化要考虑产品各部位不同橡胶的整体配合，使各部件胶料在硫化速度上和硫化性能上达到协调。
例如，轮胎胎面胶和缓冲层、速度上和硫化性能上达到协调。
例如，轮胎胎面胶和缓冲层、速度上和硫化性能上达到协调。
例如，轮胎胎面胶和缓冲层、速度上和硫化性能上达到协调。
例如，轮胎胎面胶和缓冲层、帘布层间。
帘布层间。
帘布层间。
帘布层间。
保证质量前提下，尽可能简化配方。
保证质量前提下，尽可能简化配方。
保证质量前提下，尽可能简化配方。
保证质量前提下，尽可能简化配方。
最终使橡胶的性能、成本和工艺可行性三方面取得综合平衡最终使橡胶的性能、成本和工艺可行性三方面取得综合平衡最终使橡胶的性能、成本和工艺可行性三方面取得综合平衡最终使橡胶的性能、成本和工艺可行性三方面取得综合平衡l二、设计程序二、设计程序1确定胶料技术要求确定胶料技术要求进行调查研究，了解产品使用时的负荷、工作温度、进行调查研究，了解产品使用时的负荷、工作温度、接触介质、使用寿命以及胶料在产品结构中所起的作接触介质、使用寿命以及胶料在产品结构中所起的作用，作为配方设计依据。
用，作为配方设计依据。
2收集技术资料收集技术资料收集国内外有关同类产品或类似产品研制的技术资料收集国内外有关同类产品或类似产品研制的技术资料作为配方设计参考。
作为配方设计参考。
l3制定基本配方和性能试验项目制定基本配方和性能试验项目制定基本配方步骤如下：
制定基本配方步骤如下：
1）确定生胶的品种和用量。
根据主要性能指标确定主体胶料品）确定生胶的品种和用量。
根据主要性能指标确定主体胶料品种，用量与含胶率有关。
种，用量与含胶率有关。
2）确定硫化体系。
根据生胶的类型和品种，硫化工艺及产品性）确定硫化体系。
根据生胶的类型和品种，硫化工艺及产品性能要求来确定。
能要求来确定。
3）确定补强剂品种和用量。
根据胶料性能、比重及成本确定。
）确定补强剂品种和用量。
根据胶料性能、比重及成本确定。
4）确定软化剂品种和用量。
根据生胶及填料种类，胶料性能及）确定软化剂品种和用量。
根据生胶及填料种类，胶料性能及加工条件确定。
加工条件确定。
5）确定防老剂品种和用量。
根据产品使用环境的条件来确定。
）确定防老剂品种和用量。
根据产品使用环境的条件来确定。
6）确定其它专用配合剂的品种和用量。
（如着色剂，发泡剂等）确定其它专用配合剂的品种和用量。
（如着色剂，发泡剂等）l性能测试项目：
性能测试项目：
扯断强度，定伸强度，扯断伸长率，永久变形，扯断强度，定伸强度，扯断伸长率，永久变形，硬度，回弹性，抗撕裂强度，热老化性能等。
硬度，回弹性，抗撕裂强度，热老化性能等。
加工性能：
可塑度，焦烧性，硫化特性等。
加工性能：
可塑度，焦烧性，硫化特性等。
其它如：
生热性，疲劳性，耐寒、耐热性，耐臭其它如：
生热性，疲劳性，耐寒、耐热性，耐臭氧老化性等。
氧老化性等。
l混炼胶l4进行试验并选取最佳配方进行试验并选取最佳配方小试试验，选出最佳配方小试试验，选出最佳配方l5复试和扩大中试复试和扩大中试l6确定生产配方确定生产配方生产配方包括：
配方组份和用量，胶料性能指标，生产配方包括：
配方组份和用量，胶料性能指标，塑炼、混炼条件，硫化条件等整套资料。
塑炼、混炼条件，硫化条件等整套资料。
补充：
补充：
配方研究包括三方面：
配方研究包括三方面：
基础配方基础配方性能配方性能配方生产配方生产配方l第三节橡胶配方设计的组成、第三节橡胶配方设计的组成、表示方法及测试表示方法及测试配方组成配方组成重量份重量份重量百重量百分数分数密度（密度（g/cm3）体积百分体积百分数数生产配方生产配方（kg）NR10062.110.9276.7050S31.862.051.001.5M10.621.420.500.5ZnO53.15.570.602.5SA21.240.921.601炭黑5031.061.8019.6025合计16110010080.0l有些配合剂以母胶形式加入胶料中，配方需进行相应换算。
NR100S2.75促M0.75ZnO5.00SA3.00防A1.00炭黑45.00合计157.5NR90促M10合计100l促M以母胶配方加入，母胶配方：
配方：
配方：
主体橡胶主体橡胶硫化体系硫化体系填充补强体系填充补强体系软化体系软化体系防护体系防护体系其它助剂其它助剂混炼条件混炼条件压延条件压延条件硫化条件硫化条件时间温度压力时间温度压力结构和形态：
结构和形态：
SEM、TEMDSC、XRD、DMTA、RPA化学组成及化化学组成及化学反应：
学反应：
色谱色谱红外红外核磁共振核磁共振物理机械性能：
物理机械性能：
可塑度，焦烧可塑度，焦烧硫化特性硫化特性扯断强度扯断强度定伸应力定伸应力伸长率伸长率永久变形永久变形回弹性回弹性撕裂强度撕裂强度耐磨性耐磨性生热性生热性老化、耐油等老化、耐油等l三三方块原则：
方块原则：
甲基丙烯酸锌（ZDMA）对橡胶的增强作用TEM分析1m100nm1020nm（小角，电子云密度差异）PZDMA离子团簇结构离子团簇结构SAXS小角散射技术SAXS小角散射技术lSAXS小角散射技术红外光谱分析ZDMA的双键特征吸收峰的双键特征吸收峰l抗张强度抗张强度是试样扯断时单位面积上所受负荷是试样扯断时单位面积上所受负荷的大小：
的大小：
lPbh抗张强度抗张强度（MPa）P拉伸负荷拉伸负荷（kgf）b拉伸前试样工作部分的宽度拉伸前试样工作部分的宽度（mm）h拉伸前试样工作部分最小厚度拉伸前试样工作部分最小厚度（mm）定伸应力定伸应力（MPa）：
是在一定的变形量下试样单是在一定的变形量下试样单位面积上所承爱的负荷，一般测定位面积上所承爱的负荷，一般测定100，200，300应力。
应力。
l扯断扯断伸长率：
伸长率：
拉伸断裂时伸长部分与原长拉伸断裂时伸长部分与原长之比：
之比：
l（L1-L0）/L0100%扯断扯断伸长率，伸长率，L0试验前试样工作标距试验前试样工作标距（25mm）L1断裂时标距断裂时标距（mm）l扯断扯断永久变形：
永久变形：
试样扯断后经恢复的长试样扯断后经恢复的长度与原长之比。
度与原长之比。
lPs（L2L0）/L0100%Ps扯断永久扯断永久变形，形，L0试验前试样工作标距试验前试样工作标距（25mm）L1断裂后停放断裂后停放3分钟后，对起来的标距分钟后，对起来的标距（mm）l撕裂强度（撕裂强度（KN/m）：
试样单位厚度承受试样单位厚度承受的负荷。
的负荷。
l分为起始型撕裂和延续型撕裂。
分为起始型撕裂和延续型撕裂。
l起始型撕裂：
指在一定拉伸速度下，试起始型撕裂：
指在一定拉伸速度下，试样直角部位被撕裂时的强度。
样直角部位被撕裂时的强度。
l延续型撕裂：
预先割好口的试样，被撕延续型撕裂：
预先割好口的试样，被撕裂时的强度。
裂时的强度。
l有效弹性有效弹性（E）：
在拉力试验机上，将试在拉力试验机上，将试样拉伸到一定长度测定试样收缩时恢复样拉伸到一定长度测定试样收缩时恢复的功同伸长时所消耗的功之比。
的功同伸长时所消耗的功之比。
l滞后损失滞后损失（E）：
在拉力试验机上，拉伸在拉力试验机上，拉伸试样收缩时所损失的能与伸长时所消耗试样收缩时所损失的能与伸长时所消耗的功之比。
的功之比。
EEl硬度：
硬度：
是橡胶抵抗外力压入的能力，橡胶工业常是橡胶抵抗外力压入的能力，橡胶工业常用邵氏硬度表示，邵氏硬度是用压针压入试样表用邵氏硬度表示，邵氏硬度是用压针压入试样表面的深度表示硬度。
面的深度表示硬度。
l橡胶磨耗：
橡胶磨耗：
是
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