高分子材料成型加工实验讲义资料.docVIP

高分子成型加工实验 上海工程技术大学 化学化工学院高分子材料与工程系 二OO六年七月十八日 实验一 一、实验目的 要求学生按照橡胶的使用条件和性能要求的不同，进行橡胶的配方设计。熟悉橡胶各种配方的换算。 二、胶料配方组成 硫化胶料一般是由橡胶和各种配合剂组成。根据配方要求不同，而有不同的橡胶品种和配合剂的选用和用量配比。 配方组成通常包括基本配合组成、常用配合组成和特殊配合组成三类。配方中除橡胶弹性体及其并用物外，配合剂基本配合组成必须包含有硫化剂、促进剂、活性剂和补强剂（炭黑）、软化剂。常用配合组成除基本配合组成外，尚包含耐热、氧、臭氧、防老剂、白色补强剂、填充剂、分散剂、填料活性剂和偶联剂等。特殊配合组成则添加某些特殊性能要求的配合材料如交联剂、抗静电剂、紫外线吸收剂、防霉剂、阻燃剂和增粘剂。 基本配方一般配合剂组成不多，特别是对生胶性能鉴定的基本配方，要求少受配合剂的干扰，性能反应敏感。如天然橡胶鉴定配方为：生胶100，硫黄3，氧化锌5，促进剂M 0.7,硬脂酸 0.5。合成橡胶使用的基本性能鉴定配方因胶种不同而异。基本配方至少包括生胶、硫化剂、促进剂、活性剂、补强剂、软化剂、防老剂。合成橡胶因在制造过程中已加有稳定剂，可不需添加防老剂。配方以生胶为100份（质量），其它配合剂用量相应地都以质量数来表示。基本配方通例组成为：生胶100，硫黄1.0-2.5，促进剂0.5-1.5，氧化锌3-5，硬脂酸0.5-2.0，炭黑40-50，防老剂0.25-1.5。 以下是橡胶中常见配合剂介绍。 常见硫化剂：硫磺；硫化促进剂：常采用两种促进剂：不同的促进剂同时使用，是因为它们的活性强弱及活性温度有所不同，在硫化时将使促进交联作用更加协调，充分显示促进效果；助促进剂：即活性剂，在炼胶和硫化过程中起活化作用；防老剂：多为抗氧剂，用来防止橡胶大分子因加工及其后的应用过程的氧化降解作用，以达到稳定的目的；填充剂：多为碳酸钙，有增容降成本作用，其用量多少也影响制品的硬度和力学强度；机油：作为橡胶软化剂，可改善混炼加工性能和制品柔软性。 三、胶料配方设计 根据橡胶配方设计的目的和要求，一般配方设计人是应遵守以下技术原则： 针对性： 经调查研究分析判定制品的使用条件和性能要求，正确制定合理的性能指标。然后进行有针对性的设计试验，合理选用胶种和需用的配合剂种类与用量，并巧妙地运用各种并用技术，以发挥最大效用。 考虑主要性能而兼顾综合性能：根据制品的合理性能指标，首先满足其主要性能要求如强度、模量、磨耗、弹性、生热、屈挠疲劳和老化等各种性能，对产品而言哪一种或几种性能为主要的，首先设计试验突破解决，同时考虑其它性能的综合平衡，不能偏废。 整体配合：一般橡胶制品多由几种部件复合而成，因此在部件胶料配方设计时，既要考虑该部件胶料本身的性能要求，还须重视所有部件在性能上和加工工艺上的相互匹配，以获得最佳的整体配合效果。 橡胶配合剂及其间的相互作用：就是要注意橡胶、配合剂各自内在的联系和彼此间的相互作用，是相互抑制还是有加和作用或协同效应。 适应性和安全性：胶料配方设计要考虑当前的生产工艺过程和设备条件，必须适应这些生产条件，否则尽管性能优良，仍不能满足工艺和设备条件，须重新设计试验。同时还须注意胶料加工操作的安全性。 在配方设计中还须考虑以下两方面的配合技术 1. 胶料配合要满足加工要求： (1) 粘度控制：对于原料聚合物品种类型，正确选择粘度水平以保证满意的混炼和加工特性是重要的。聚合物的粘度水平一般以门尼粘度表示。标称门尼粘度为50是普通的一种。对容易混和加工高填充剂量或海绵生产则需门尼粘度30；若为配制加工需要一定水平的未硫化胶强度，粘度为100的，则用油稀释。 (2) 对开炼机的粘附：在开炼机混炼、出片或压延机出片作业时，会有胶料粘附辊筒表面问题，需要有利于隔离的添加剂，而脂肪酸或其衍生物，微晶腊或低分子量聚乙烯是有用的添加物，可用以控制该粘附作用。但在丁腈橡胶中要小心使用，因有限的相容性会产生喷出或胶料缺乏聚结的问题。 (3) 早期硫化或“焦烧”的避免：硫化体系设计可实用的胶料快硫化速度易受一定限制。除成本外，混炼和加工期间由于产生热会引起早期硫化或焦烧问题。因此，需要延迟作用的硫化体系，以使过早硫化最少化。对天然橡胶或丁苯橡胶，硫黄硫化广为使用次磺酰胺类促进剂。 2. 对硫化胶性能的配合： (1) 硬度与模量：提高橡胶的硬度与模量，可在橡胶中添加颗粒填料；降低硬度，可使用软化剂和增塑剂。 (2) 弹性：天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶等硫化胶有高的回弹性，配入颗粒填料会逐渐降低回弹性，特别使炭黑和白炭黑作用更为显著。 (3) 强度：使用伸张结晶的橡胶如天然橡胶、氯丁橡胶在相对低硬度下易获得最高拉