橡胶制品的配方设计原理

 　　作者：清高（顾卫清） 橡胶技术网

　　一、橡胶的并用。

　　无论是什么橡胶不可能具有十全十美的性能，使用部门往往对产品提出多方面的性能要求，为了满足此目的，而采用橡胶并用的方法。如，为提高二烯烃类橡胶耐热、耐光老化性能，可加入氯磺化聚乙烯。丁睛橡胶的耐粙性很好，但耐寒性不好，若并用10%的天然胶，便可改善它的耐寒性。在橡胶中并用高苯乙烯、改性酚醛树脂、三聚氰胺树脂等都可改善橡胶的补强性能。合成橡胶的工艺性能一般都不够好，特别是饱和较高的合成橡胶，无论是炼胶、压延、贴合、硫化等性能都比较差，所以常加入天然橡胶或树脂。以改善其未硫化胶的加工性能。如，丁苯橡胶加入5-20份低压聚乙烯，可减少丁苯橡胶的收缩率。乙丙橡胶中加入酚醛树脂可提高粘性。加入天然胶对一般合成橡胶的工艺性能都会有所改善。为了改进工艺加工性能，并用天然胶或树脂的比例一般都在20%以下。有些合成橡胶性能优良，但价格昂贵，在不损害原物性的前提下，并用其它橡胶或树脂是完全可行的，如，丁睛胶中并用聚氯乙烯或丁苯胶中掺入天然橡胶，都能起到这一作用。

　　1. 橡胶并用必须具有一定的相溶性，对橡胶来说天然、顺丁、异戊橡胶等能以任何比例均一地混合，最终达到相溶状态。而天然胶与丁基橡胶就不能均一地混合。若硬性机械地混合，所得硫化胶的实际使用性能会显着地下降，这是因为它们的相溶性很差。并用体系最重要的因素是相溶性，从应用的观点来看，如果混合不均，非但达不到并用的目的，反而影响工艺加工，特别是硫化。因此，并用问题的焦点是两种橡胶能否相互混合，以及混合后达到什么样的相容程度。固体橡胶并用时，因橡胶本身粘度很大，高分子的布朗运动不像液体那么容易，扩散速度较慢，对大分子的位移造成很大的阻力，严重影响橡胶间的互容作用。为此在工业生产中都采用机械力强化分子运动，用提高温度和加入软化剂的方法来降低粘度，以促进两种橡胶的混合，所以产物从宏观上来看虽没有相分离，但真正达到溶解状态也不是很多的，其原因包括下来有以下几点，橡胶的极性、内聚能密度、橡胶的结晶、橡胶的分子量等。

　　2.分散性，高分子固相体橡胶的粘度高，纵然选择相容性较好的的两种橡胶，用开练机、密练机在高剪切作用下混合，要像低分子液体那样，呈分子状态的均一分散状态，也是很因难的。橡胶分子的布朗运动不象液体那样自由，扩散速度较慢，从外表上看是均一地混合了，由于两种或多种橡胶的分散状态在广泛的范围内变化，并用胶的物理性能将产生很大的差异。 两种橡胶在空气中混合时，由于相容性的不一致可产生两种不同的分散状态。，即均相分散状态和非均相分散状态，实际上并用达到均相分散状态的可能性很小，在部分是非均相分散状态组分之间仍然保持一定的界面。以不连续相（岛相）分散于连续相（海相）中的分散状态。非均相分散状态分为以下三级A,宏观非均相级，区域尺寸为10-100微，B,微观非均相为0.1-2微C,半均相级成接枝或嵌段两种共聚体。一种并用体的分散状态不可能单一纯地存在着一个状态，而是以几种状态并存的局面，只不过某一级为主而已。

　　3.共硫化，除了相容性和分散性外，橡胶并用的另一个重要因素是共硫化性。它是指并用橡胶的硫化体系选择和硫化速度的调整问题。对相同硫化速度而言，通用橡胶以天然胶为最快，其次是异戊橡胶，顺丁橡胶、乳聚顺丁、丁苯胶。硫化速度较慢的橡胶可采用减少硫黄，增加促进剂的方法，以与天然橡胶的硫化速度互相配合。一般对同一硫化速度的橡胶，天然橡胶为高硫黄低促进剂、丁苯橡胶为低硫黄高促进剂，顺丁胶处于两者之间。橡胶硫化速度的差异与其分子结构的关系很大。不同硫化体系橡胶，如天然胶与氯丁胶或丁基橡胶并用。虽可以提高并用体系的加工性能，但因缺泛共硫化性能所得的硫化胶性能比平均值还低，不能获得满意的性能。把丁基橡胶卤化后或提高不饱和度，可改善与天然胶的共硫化。选用适宜的共硫化剂，如天然胶与氯丁胶的共硫化剂可为醛类物质，并用性能差不多呈直线变化。从实际生产看，并用橡胶的共硫化性与分散性是不可分割的。橡胶之间分散越均匀，硫化的物理性能越好，但并用橡胶多为非均相分散状态，由于两相间硫化程度的差异以及界面之间的不同橡胶能否交联、接枝等因素，对硫化胶的物性有决定性的影响，造成并用橡胶两相间硫化程度不均的原因是1.硫化胶的溶解度，在温室条件下，按通常配方所加入的硫化剂数量为过保和或近似于保和状态，在硫化温度范围内就变成不保和状态，并用两相间的溶解度之差，造成两相间硫化剂分配不均一，也存在浓度差，从而导致并用橡胶两相间的硫化程度非均性2.硫化剂的扩散性，由于橡胶的溶解度不同，在并用体系的两相间，硫化剂会引起扩散引起迁移，在一定温度下，通常向硫化剂溶解度高的橡胶相迁移，当达到分配系数后，为平衡状态。硫化剂等配合剂的扩散速度非常迅速，同一种橡胶中的浓度差异在短时间内就可消除。

　　总之并用橡胶物性的好坏与其硫化系统有密切的关系，选择两种橡胶并用时，要考滤到两者所采用的硫化体系是否一致，有没共硫化作用，对同一硫化体系而言，还存在着硫化剂的溶解度和扩散的差异，硫化时由于硫化剂偏向于扩散浓度大的橡胶，导致硫化速度快，结果造成过硫或欠硫的两种橡胶并存，从而异相间形成不均一硫化，并用橡胶物性下降，如三元乙丙与丁苯胶并用效果就不够好。为了提高二烯烃类橡胶的抗臭氧性能，并用相容性差的EPDM时，将EPDM的各种硫化促进剂做接枝处理，可大大改善对NR的混合性，用加成硫黄法亦可改进EPDM/NR并用体系的耐疲劳、耐曲绕性。此外，并用体系中加入第三组份，或提高不保和度，如IIR的异戊二烯烃从1.8%提高到18%,可提高二烯烃类橡胶的并用性能。还有使丙烯酸酯橡胶主链引入不保和基团，使之能用硫黄共硫化。羟甲基化树脂和丁睛橡胶并用可制得高抗张强度、高硬度产物。

　　4.并用橡胶中的化学反应。天然橡胶与顺丁橡胶并用有交联反应，而天然胶与丁睛胶则无交联反应。聚胺脂橡胶与丁睛胶并用体系也有交联反应。总之并用橡胶必须充分考滤以上四点。