橡胶配方设计第一章

KeyLabofRubber-Plastics(QingdaoUniversityofScienceandTechnology)MinistryofEducation,ChinaKeyLabofRubber-Plastics(QingdaoUniversityofScienceandTechnology)MinistryofEducation,China橡胶配方设计RubberFormulaDesign肖建斌高分子科学与工程学院,青岛科技大学橡胶配方设计课程目的及意义：•提高橡胶制品的质量；•改善加工工艺；•配合体系的生产及研究；•橡胶加工设备及测试仪器；•成本分析；•计算机应用等。•理论指导实践应用橡胶配方设计第一章橡胶配方设计的基本概念第二章橡胶配方设计原理第三章特种橡胶与功能性橡胶的配方设计第四章配方设计优化方法第一节单因素变量设计第二节多因素变量设计第一节配方设计与硫化胶物性的关系第二节配方设计与工艺性能的关系第三节橡胶配方设计与成本的关系目的和要求：•了解橡胶配方设计的定义、特点。•掌握配方设计的原则和表示方法。•学会计算材料的含胶率、密度、成本。•了解橡胶产品的种类、结构，对橡胶制品的使用条件和加工条件有所了解。•掌握原材料的特性及配合规律。•掌握胶料加工及物性检测方法及数值大小对性能的影响。一、所谓橡胶配方设计，就是根据橡胶产品的性能要求和工艺条件合理选用原材料，确定各种原材料的用量配比关系，使得胶料的物性、工艺性和成本三者取得最佳平衡。processabilityWetGrip湿地抓地力RollingResistance滚动阻力AbrasionResistance耐磨Mechanicalpropertycost第一节橡胶配方设计的定义二．橡胶配方设计特点因子：统称影响胶料性能指标的因素为因子，如原材料、工艺等。水平：每个因子可能处于的状态，水平可以是原材料的品种、用量或工艺参数等。1．橡胶配方设计是多因素的试验问题;2．橡胶配方设计是水平数不等的试验问题;3．橡胶配方中各种原材料之间的交互作用强烈;4．工艺因素有时对橡胶配方设计起决定性作用;5．橡胶配方设计中尽力排除试验误差;6．配方经验规律与统计数学相结合。三、橡胶配方设计的原则与程序1、原则：配方设计人员应用理论知识，用最少的物质消耗，最短的时间，最少的工作量，通过科学的橡胶配方设计方法，掌握原材料配合的内在规律，设计出实用配方，使制品的性能、成本和工艺可行性等方面取得最佳的综合平衡。2、程序：基础配方：原材料试验鉴定性能配方：针对性能指标制定的配方实用配方：经验证符合要求的配方生产配方：投入生产使用的配方四、橡胶配方的组成及表示方法橡胶配方简单地说，就是表示生胶和配合剂用量配比表。表示方法：1.质量份数表示：以生胶分数为100，其余配合剂相应质量份数表示。2.质量百分数：以混炼胶料总质量为100，生胶和配合剂所占比例数来表示。3.体积百分数表示：即以胶料的总体积为100%，将基本配方中生胶及各种配合剂的重量分数分别除以各自的相对密度，求出体积份数。4.符合生产使用要求的质量配方称为生产配方，取炼胶机的装胶量Q除以基本配方总质量即得换算系数，乘以基本配方中各组分的质量份，即得实际用量。举例：摩托车胎配方：采用密炼机炼胶，总装胶量为40kg配合剂质量份数质量百分数生产配方密度价格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机油52.51kg0.935固马隆631.2kg1.066S21400g2.052.5合计20010040kg作业：求出混炼胶的密度和成本生产配方组成：1)胶料用途2)胶料的名称及代号，生胶及各种配合剂的用量3)合计（计算密度、含胶率、成本）4)工艺条件5)物理机械性能•原材料应用•加工工艺•使用性能•产品结构五、橡胶配方设计影响因素1、原材料应用生胶（高聚物单用或并用）：母体材料或基体材料硫化体系：与橡胶大分子起化学作用，使橡胶由线型大分子变为三维网状结构，提高橡胶性能、稳定形态的体系。补强填充体系：在橡胶中加入炭黑等补强剂或其它填充剂，提高其力学性能，改善工艺性能，或者降低制品成本。防护体系：加入防老剂，延缓橡胶的老化，提高制品的使用寿命。增塑体系：降低制品硬度和混炼胶的粘度，改善加工工艺性能。加工及功能助剂：改善胶料的加工和物理性能。2、橡胶加工工序1）塑炼：降低生胶的分子量，增加塑性，提高流动性和可加工性。2）混炼：采用开炼机或密炼机使生胶与配方中各个组分混合均匀，制成混炼胶。3）压延：利用压延机将混炼胶或与纺织物、钢丝等骨架材料通过压片、压型、贴合、擦胶、贴胶等操作制成一定规格的半成品的过程。4）压出：利用挤出机将混炼胶通过口型压出各种断面半成品的过程，如内胎、胎面、胶管等。5）硫化：橡胶加工的最后一道工序，通过一定的温度、压力和时间后，使橡胶大分子由塑性状态转变为网状弹性状态的过程。未硫化橡胶加工性能的测定1、混炼胶的流动性(1)可塑度：P=(h0-h2)/(h0+h1),0P1h0：原始高度，h1：负荷作用3min后的高度，h2:恢复3min后的高度可塑度的检测仪器2）门尼粘度：ML1+4100２、门尼焦烧（最低ML上升5个门尼值）门尼粘度的检测仪器３、混炼胶的均匀程度：切片观察法、CB分散仪、电子显微镜４、挤出特性：材料的挤出膨胀比、挤出外观５、应力松弛：以时间长短来衡量６、胶料加工综合性能：混炼、压出特性等。Brabender,Hakke流变仪７、硫化特性:t10、t90、最小转矩、最大转矩•混炼胶的质量和配方总量之差与配方总量之比：ISO2393规定无填料的混炼胶为0.3％；有填料的混炼胶为0.6％•常规的混炼顺序：生胶或塑炼胶共混小药（活性剂、促进剂、防老剂、固体软化剂）补强剂和填料软化剂硫化剂硫化测定仪：焦烧时间工艺正硫化时间最小转矩最大转矩硫化指数最小转矩ML:与胶料的流动性有关；最大转矩MH：与胶料交联密度有关；焦烧时间（T10）：又称诱导期，指胶料从加入到模具中受热开始到转矩为M10所对应的时间；M10=ML+（MH—ML）×10％或最小转矩上升１或２个单位的时间（Ts1，Ts2）理论正硫化时间（TH）：胶料从加入到模具中受热开始到转矩达到最大值所需要的时间；工艺正硫化时间(T90)：胶料从加入到模具中受热开始到转矩达到M90所需要的时间。M90=ML+（MH—ML）×90％3、硫化橡胶的使用性能测试1．拉伸强度σ＝P/bh，Mpa2．定伸应力，Mpa100%，300%，Mpa3．拉断伸长率，％є＝[（L1-L0）/L0]*100%4．扯断永久变形：S=(L2-L0)/L0，％5．撕裂强度：Φ＝P/h，KN/m6．有效弹性和滞后损失0246810120100200300400500600伸长率，％拉伸强度，MPa拉伸曲线回缩曲线7．硬度测定：邵尔A型0－100度8．磨耗测定：磨耗体积V=(m前-m后)/ρ，cm3/1.61Km，磨耗指数＝V标/V试阿克隆磨耗滚筒磨耗9．疲劳的测试：（1）压缩疲劳：1)温升2)变形（2）屈挠龟裂：裂口大小及出现裂口的时间（3）拉伸疲劳：疲劳寿命计算10．压缩永久变形K=[(h0-h2)/(h0-h1)]*100%11．粘弹性（1）摆锤式回弹仪（2）蠕变（3）应力松弛（4）动态粘弹性能(DMA)、动态模量及tgδ12．老化性能：(1)热空气老化：拉伸强度、硬度、扯断伸长率的变化率或保持率。(2)臭氧老化：表面状态13．低温性能：1)脆性温度：断裂时的最低温度2)玻璃化温度的测定：差热分析仪14．热性能：1)导热系数、热传导2)分解温度或氧化起始温度15．阻燃性:(1)氧指数：氧指数越大，阻燃性越好装饰及汽车配件(2)锥形量热仪：热释放速率、烟量、点燃时间、有害气体成份等。16．绝缘性：1)表面电阻率和体积电阻率大小1015Ω·cm以上2)介电损耗介电损耗越大，绝缘性越差3)击穿电压强度击穿电压/厚度17．导电性：体积电阻率10Ω·cm以下抗静电106～10Ω·cm高分子导电、导电填料18．扩散与渗透性能1)透气性：内胎、瓶塞2)透湿性和透水性：防水卷材、水坝、房屋3)油扩散:密封件19．耐液体：耐油、耐化学溶剂、耐酸碱体积、重量变化率及物理性质的变化率20．粘合强度：胶料与胶料之间：剥离强度胶料与帘线及钢丝之间：H抽出法加工性能和物理机械性能测试要求：1)变异性：a.材料本身不完全均匀b.试验步骤的变异性2)准确度表示测定值与真实值相符的程度3)精密度表示各次测定值彼此间相符的程度4)重复性是指同一实验室中数据的准确度5)再现性是指不同实验室间数据的准确度4、产品结构(1)轮胎：汽车轮胎：斜交、半钢子午线、全钢子午线、内胎、垫带、胶囊及水胎农用轮胎、工程轮胎、航空轮胎、摩托车轮胎、力车轮胎、实心轮胎、翻新轮胎(2)胶管类：纯胶管、夹布胶管、编织、缠绕胶管按用途分：耐热、油、耐酸碱、耐燃、耐磨等(3)胶带类：输送带(煤矿用)传动带分为三角带和平型传动带(4)减震：汽车、摩托车减震器、桥梁支座、轨枕垫、橡胶护舷、弹性联轴节(5)密封类：如密封件和密封条有耐温、耐油、耐酸碱、耐热氧、耐水等(6)胶鞋类：大底、中底、鞋帮、围条、后跟(7)胶布制品：如橡皮艇、水坝、探空气球(8)胶辊：造纸、印刷、打字、纺织胶辊(9)胶板：地面(绝缘、导电、阻燃、海绵胶板)(10)其它：瓶塞、防腐衬里、垫片、电线、电缆、高压帽、绝缘子、防水卷材、防毒面具、防尘罩、血压计、体育用品(球类、球拍)、热水袋、奶嘴、按键等。汽车配件Materials材料Percentage百分比%Elastomers弹性体16.7Plastics塑料6.5Aluminium铝3.0Copper,Lead,Zinc铜、铅、锌3.5Others其它4.3Steel钢66.0汽车用原材料重量比例•有一家银行，分别贷巨款给四位20岁的青年，条件是：他们必须在30年内还本付息。第一位青年心想，突然有了一笔款，可以放松了。于是工作得过且过，敷衍了事。还不到5年，他的钱花光了--他一无所得。这位青年的名字叫“懒惰”。第二位青年很兴奋，每天忙忙碌碌，恨不得每周工作8天！但是办事不用脑子，差错不断……他付出的劳动比别人多，得到的却很少。勉强坚持到11年，还是赔了本。他的名字叫“蛮干”。第三位青年小心谨慎，凡事服从，总是等到命令才动手。常常临时抱佛脚，结果事倍功半。累死累活才在30年后还上本钱。他的名字叫“盲从”。第四位青年工作积极，他懂得准备的重要，因此工作效率很高。只有他，不仅在第十年头上还本付了息，通过资金的运作积累了大量财富，他的名字叫“效率”。保龄球记分（连锁效应）1、保龄球按顺序每轮允许投2个球，投完10轮为1局。2、每击倒1个木瓶得1分。投完一轮将两个球的“所得分”相加，为该轮的“应得分”，10轮依次累计为全局的总分。3、如果第二球将剩余木瓶全部击倒，则称为“补中”，该轮所得分亦为10分。按规则规定，应奖励下轮第一球的所得分。它们所得分之和为该轮的应得分。4、第一球将全部木瓶击倒时，称为“全中”，该轮所得分为10分。第二球不得再投。但按规则规定，应奖励下轮两个球的所得分。它们所得分之和为该轮的应得分。