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爱情会背叛你,橡胶配方不会

2025/04/04 00:16:54

  橡胶工程师入门课程

  配方设计(2)配合剂的类型和性质

  前田守一

  3、配合剂

  3.1基本配方和实用配方

  含有满足某种原料橡胶基本性能所需的最少成分的配方称为该橡胶的基本配方或基础配方。

  另一方面,为了提高加工性能、降低成本等目的,给出与基本配方不同的配方,或者添加基本配方中不包含的成分,称为配方设计,这种实用配方称为实用配方。

  在基本配方中,最多只有5至6种配合剂,但在实际配方中,有时会组合10种或更多种,有时甚至20种配合剂。

  配合剂与原料橡胶或配合剂之间相互影响,以物理和化学方式形成产品的物理性能,这是一个极其复杂的复合系统。

  3.2配合剂的类型和性质

  制造橡胶制品时,与橡胶混合使用的材料(通常是粉末或液体化学品)通常称为共混剂,橡胶和共混剂的选择取决于橡胶制品的加工性能、产品性能和价格。

  共混剂通常根据其效果分为以下几类。

  1)硫化剂

  2)硫化促进剂

  3)硫化促进助剂

  4)硫化延迟剂或阻燃剂

  5)抗老化剂、抗氧化剂、臭氧降解抑制剂

  6)增强剂和填料

  7)软化剂和增塑剂

  8)增粘剂

  9)润滑剂

  10)脱胶剂

  11)着色剂

  12)固化剂

  13)发泡剂(膨胀剂)

  14)分散剂

  15)加工助剂

  16)溶剂

  17)其他

  然而,有些很难归类。接下来,让我们概述一下每个具有代表性的。

  3.2.1硫化剂

  硫化是将链状橡胶分子交联成三维网状结构,用于硫化的化学物质称为硫化剂。

  固特异硫化技术的发明奠定了现代橡胶工业的基础,但目前的硫化并不一定是基于硫。硫化剂因橡胶类型而异,主要使用以下硫化剂

  NR、IR、SBR、BR、NBR:硫、有机含硫化合物

  CR、CSM、T:金属氧化物

  CO、ECO:二胺、硫liu脲

  IIR:硫、有机氧化硫化剂、烷基酚醛树脂

  EPM、Q:有机过氧化物

  EPDM:硫、有机过氧化物

  U:二er异yi氰qing酸suan酯、二胺

  ACM、AMM:多胺、金属二烯

  FKM:二胺

  3.2.2硫化促进剂

  与硫化剂结合使用,以缩短硫化时间,降低硫化温度、降低硫化剂用量为目的的混合物称为硫化促进剂。

  橡胶工业早期使用的硫化促进剂是碱式碳酸铅、利水合物、石灰等无机化学剂,但自1906年欧文斯·莱格尔发现苯ben胺an和硫代甲磺huang胺an的硫化促进作用以来,新的有机硫化促进剂不断被开发出来。

  今天,当我们谈论硫化促进剂时,我们指的是有机硫化促进剂,而无机促进剂则被归类为具有硫化促进助剂的作用。

  大多数所谓的硫化促进剂都是为二烯橡胶的硫硫化而开发的,包括氨衍生物醛氨、醛胺胍、二er硫liu化hua碳tan衍生物硫liu脲、噻唑类、秋兰姆类、二硫liu酸suan'盐、黄huang原yuan酸suan盐等,仅市售的主要产品就有数十种。

  它们的促进作用因人而异,必须根据产品的质量特性和加工条件慎重选择。

  噻唑和磺酰胺是NR和SBR等二烯橡胶最常用的促进剂。噻唑类和胍类常用作噻唑类的二次促进剂。

  硫化促进剂的使用方法通常是主促进剂和二次促进剂组合使用,硫化效果更好。

  硫化剂和硫化促进剂(有时还包括促进剂)的组合称为硫化体系,但选择什么样的硫化体系取决于加工性能和产品性能之间的平衡,因此没有正确的答案。

  在充分了解个别硫化剂和硫化促进剂的特性的同时,还应注意组合时的相互作用,以确定哪种硫化体系是最zui佳jia的。

  不同聚合物的硫化系统范围太广,因此将省略。

  3.2.3硫化促进助剂

  活化硫化促进剂并进一步促进促进反应的物质称为硫化促进剂。

  有以氧化锌为代表的金属氧化物和以硬脂酸为代表的脂肪酸,在二烯橡胶的情况下,可以说是一定的。

  此外,当添加大量白色增强剂时,还使用三乙yi醇chun胺an、二甘醇等。

  3.2.4硫化延迟剂

  用于防止橡胶组合物不希望的过早硫化(烧焦)的化学品称为硫化延迟剂、防焦剂或缓凝剂。

  硫化延迟剂最zui好hao是防止橡胶组合物燃烧但不妨碍正常硫化进行的物质。

  对于二烯橡胶,主要使用邻苯二甲jia酸suan酐等芳香族有机酸和N-亚硝基二苯ben胺an等亚硝基化合物。

  3.2.5抗衰老剂

  一般来说,橡胶制品随着时间的推移而导致物理性能恶化的现象,例如硬化、软化、粘附、开裂或失去弹性,添加到橡胶中以防止这些老化的化合物称为老化剂。

  老化的原因包括氧气、臭氧、热、光、机械疲劳等,老化的进展程度根据橡胶的类型、硫化方法、硫化程度和共混剂的类型而有所不同。

  一般来说,主链上不含双键的饱和橡胶本质上抗氧化和臭氧降解,几乎不需要添加抗老化剂,但二烯橡胶的耐候性、耐臭氧性和耐热老化性较差,尽管存在一些差异,但必须添加抗老化剂。

  根据其作用效果,抗老化剂可分为(i)抗氧化剂、(ii)抗臭氧降解剂、(iii)热老化剂、(iv)抗阳光开裂剂、(v)抗弯曲开裂剂等。

  化学结构包括:可大致分为(i)胺类抗老化剂(ii)酚类抗老化剂和(iii)蜡类抗老化剂。

  胺类防老剂虽然存在使橡胶着色或变色的缺点,但具有优异的防老剂性能,尤其是对dui苯ben二er胺an类防老剂作为臭氧降解防老剂效果显着,酚类防老剂具有无色、无污染的优点,但防老剂效果较小。

  蜡系中,微晶蜡作为防臭氧裂纹和防阳光裂纹特别有效。

  防老剂种类繁多,不仅功能各异,对原料橡胶的作用或溶解度也各不相同,因此在选择防老剂时需要谨慎。

  一般很少单独使用,但有多种方法可以提高其效果。

  3.2.6增强剂和填料

  用于提高橡胶制品力学性能的共混物称为补强剂,用于降低橡胶制品单价、提高加工性、改善特殊用途物理性能的共混物称为填料。

  增强剂在NR等结晶聚合物中也很重要,但在非结晶合成橡胶中更为重要。

  其中最重要、最普遍的是炭黑,没有炭黑就无法想象橡胶工业。炭黑的增强性能是在20世纪初发现的,但直到今天,还没有发现任何增强剂可以与炭黑相媲美或超越炭黑。

  目前使用的橡胶用炭黑大多是油炉法炭黑,根据粒径、结构等进行细分,粒径越小,增强强度越大,结构越发达,加工性越好。

  由于炭黑不能用于白色或浅色橡胶制品,因此仅使用无机补强剂。

  在无机补强剂中,超细硅酸酐的补强强度最zui高gao,但不如炭黑。

  相反,从加工性和其他方面来看,含水硅酸更常见,硅酸盐如硅酸钙也是很好的补强剂。

  无机补强剂还有硬粘土、表面处理沉淀碳酸钙、细滑石等,但补强性能不是很好。

  某些树脂也是橡胶的优良补强剂。SBR中的高苯ben乙yi烯xi树脂、NBR中的酚醛树脂、IIR中的聚乙yi烯xi等称为有机增强剂。

  如上所述,填料的主要目的是降低橡胶制品的单价,因此有时也称为增量剂。大多数粉末都可以使用,如碳酸钙、粘土/高岭土、滑石、硅藻土、云母、石棉、石棉、石墨、硫liu酸suan钡、木粉等,但最常见的是碳酸钙和粘土。

  填料不是简单的增量剂,而是与后述的软化剂和增塑剂结合使用,以平衡橡胶的最终物理性能和加工性能。别忘了还有一个重要的角色。

  3.2.7软化剂和增塑剂

  软化剂和增塑剂用于赋予橡胶可塑性,帮助混合物的混合和分散,改善轧制、挤出等加工性,或降低硫化产品的硬度。

  它们大致分为植物油基、矿物油基和合成产品基,但与填料不同,它们与橡胶的相容性是一个问题,因此在选择时必须非常小心。

  植物油基软化剂主要用于NR、SBR等非极性橡胶。

  品脱焦油是最早使用的代表性植物油基软化剂之一,具有优异的软化力和增塑性能,并赋予橡胶适中的粘度,不影响硫化物的性能。

  以亚油酸、油酸、枞酸为主要成分的妥尔油也是优良的软化剂,菜籽油、棉籽油、花生油等脂肪油也广泛用作非极性橡胶的软化剂。

  Factis(俗称sub)是植物油基软化剂中具有独特性质的一种。它是菜籽油等植物油与硫反应的产物,即硫化油,是一种有弹性、易碎的固体物质。

  它是生产需要添加大量软化剂的极软橡胶中不可缺少的添加剂,还具有防止未硫化橡胶下垂和冷流的作用。

  如果是硫硫化的软或半硬共混物,可以很容易地混合到任何橡胶中,提高了未硫化橡胶的加工可操作性,如挤出性和轧制性。

  在矿物油基软化剂中,石油基软化剂作为膨胀剂或加工油处于领ling先xian地位。

  1935年Roestler从石油硫liu酸suan污泥中提取了高度不饱和度的芳香烃。

  在获得将其用作橡胶增塑剂(一种增塑剂)的专利后,突然引起了人们的关注,特别是旨在改善高分子量SBR加工性的油展SBR的发明,毫不夸张地说,它赋予了石油基软化剂不可动摇的地位。

  极性小、少量添加到非极性橡胶中以改善加工性的石蜡基、最常用作非极性橡胶软化剂和增塑剂的环烷烃基、高极性、生产的产品范围极其广泛。

  甚至包括与橡胶亲和力最zui大da的芳香族油,一些芳香族油不仅用于非极性橡胶,还用于极性橡胶。

  矿物油基软化剂还有沥青、石蜡、凡士林、土硅石、矿物橡胶等。

  最常用的合成软化剂是以邻苯二甲jia酸suan酯为代表的氯fu乙yi烯xi树脂增塑剂。

  DBP和DOP是丁腈橡胶不可缺少的增塑剂,癸二酸酯类DOS和己二酸酯类DOA也常用于提高耐寒性。

  合成增塑剂种类繁多,性能各异,但对于橡胶来说,上述单酯类是主要的,占使用量的大部分。

  其他还有环氧类、聚酯类、氯化石蜡类、醚类、硫醚类等。作为合成产品体系,低熔点合成树脂表现出软化效果。

  然而,它们被分离成增粘剂。

  3.2.8增粘剂

  它是合成橡胶中的一种特别重要的共混剂,可赋予未硫化橡胶粘合性并提高生坯加工性能。

  作为SBR的增粘剂,对叔丁基苯ben酚fen乙yi炔que树脂(商品名colesin)享有传奇般的声誉。

  但也有香豆素茚树脂、苯ben酚fen福fu尔er马ma林lin树脂、二er甲jia苯ben福fu尔er马ma林lin树脂、萜烯树脂、石油树脂等合成树脂基树脂,松香、氢化松香、松香酸酯、gilsonite等天然树脂基树脂被使用。

  与上述软化剂一样,增粘剂与橡胶的相容性也是一个问题,因此在使用时需要非常小心。

  3.2.9润滑剂

  润滑剂是指在未硫化橡胶加工机械中减少与金属表面的摩擦阻力,防止粘附,同时分散在未硫化橡胶中以增加流动性的化合物。

  硬脂酸、硬脂酸酯、高熔点蜡、低分子量聚乙yi烯xi、聚乙二醇、十八胺等。

  其中,硬脂酸和硬脂酸酯还可有效用作炭黑等增强剂的分散剂和加工助剂。

  3.2.10溶解剂

  它是一种在生胶过程中快速赋予橡胶可塑性并缩短生胶时间的添加剂,也称为生胶促进剂或增强剂。

  一些低温脱胶剂在较高的捏合温度(110~130℃)下效果较好,但在相对较低的温度下也有效。

  用于NR、SBR等二烯系的脱胶剂有高温硅硫醇、低温用2-苯甲酰胺硫酚锌盐、低温用五氯硫酚锌盐等。尚未开发出良好的非二烯基特种合成橡胶脱胶剂。

  3.2.11着色剂

  字面意思是用于橡胶制品着色的添加剂,有无机颜料和有机颜料,染料很少使用。

  有机颜料在着色力和色彩清晰度方面表现出色,但在硬度和耐久性方面一般较好。

  无机颜料主要用于装饰,因此近年来倾向于采用更鲜艳的有机颜料,其种类极其丰富。

  有机颜料大致分为偶氮颜料、沉淀颜料、酞菁颜料、甲苯ben胺an红、酞菁蓝、常用的有酞菁绿、汉莎黄等。

  一般与无机白色颜料氧化钛(钛白)结合使用,为了提高颜料的分散性,还采用糊状或调色剂的形式,或制成橡胶母粒。

  作为无机颜料,除上述氧化钛外,还使用孟加拉(黄、红、黑)、氧化铬(绿)、群蓝等。

  3.2.12固化剂

  除了未硫化橡胶外,它还用于硬化和防止变形。有对氨基苯ben酚fen、对dui苯ben二er胺an、Stifna-DSC(商品名)等。

  3.2.13膨胀剂(膨胀剂)

  它用于生产海绵橡胶(连续和单层)和橡胶。

  通常使用在硫化温度下xia分fen解并释放气体的化合物。碳酸氢钠产生二氧化碳和水蒸气并产生连续气体,是无机发泡剂的代表。

  在最近的微独立充气海绵(微孔橡胶)中,使用了各种产生氮气的有机发泡剂。有机发泡剂大致分为亚硝基化合物、偶氮化合物、磺酰肼等。

  N'-二亚硝基五亚甲基四胺(DPT)长期以来一直因其易于调节水杨酸或尿素化合物作为助剂的分解温度而备受推崇。

  使用偶氮二异yi丁ding腈jing(AIBM)、苯ben磺huang酰xian肼jing(BSH)、P,P'一氧双苯ben磺huang酰xian肼jing(OBSH)等。

  3.2.14分散剂

  它用于改善共混剂在橡胶中的分散,包括硬脂酸、用于硅酸增强剂的有机胺和乙二醇,有机胺如单乙yi醇chun胺an、三乙yi醇chun胺an也可用作硫化促进剂的活化剂。

  3.2.15加工助剂

  它是近年来开发的一种新型共混剂,可兼作软化剂、分散剂和润滑剂,具有显著改善挤出性、压延性、注射性等成型加工性的性能。

  少量共混物。据信主要是高级脂肪酸酯或其金属盐,但细节尚不清楚。产品名称包括Stractol、Actiplast、Dispergam、Exton等。

  3.2.16溶剂

  它更像是一种助剂,而不是一种助剂,但它是生产橡胶浆料不可或缺的助剂。

  甲jia苯ben、二er甲jia苯ben等芳香烃、四si氯lu化hua碳tan、二氯lu乙yi烷wan等的氯化极性橡胶中使用碳氢化合物、MEK、MIBK等酮、乙yi酸suan乙yi酯zhi、溶纤剂等酯。

  3.2.17其他成分

  用于赋予橡胶制品阻燃性的阻燃剂、用于抗静电或主动赋予导电性的导电赋予剂、用于防止霉菌的防腐剂、用于赋予粘合性的改性树脂;

  用于掩盖橡胶特有气味的香料等复合剂,以及用于胶乳的复合剂,包括表面活性剂、乳化剂、润滑剂等特殊复合剂。

  另外,偶联剂是最近特别受关注的共混剂之一,它在橡胶基体与无机填料的界面上形成分子交联,具有显着提高填料补强性能的作用。

  硅gui烷wan类和钛酸酯类两种,硅gui烷wan类有巯基硅gui烷wan、氨基硅gui烷wan、环氧硅gui烷wan等,钛酸酯类有单烷氧基钛酸酯、单烷氧基焦磷酸钛酸酯、钛酸酯螯合物等。

  3.3如何使用混合物

  如上所述,橡胶助剂种类繁多,根据笔者收集的资料,市售和实际使用的橡胶助剂有3000多种。

  有些是天然产品,有些是天然产品的加工产品,有些是天然产品的衍生物,有些是纯工业合成产品,它们对橡胶的作用效果也各不相同。

  即使化学成分相同,严格来说,性能也存在一些差异。

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