什么叫做橡膠配方？成功的橡膠配方是什么
核心提示：早期的橡膠是取自橡膠樹、橡膠草等植物的膠乳，加工后制成具有彈性、絕緣性、不透水和空氣的材料。是高彈性的高分子化合物。橡膠
早期的橡膠是取自橡膠樹、橡膠草等植物的膠乳，加工后制成具有彈性、絕緣性、不透水和空氣的材料。是高彈性的高分子化合物。橡膠分為天然橡膠與合成橡膠二種。天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質(zhì)后加工制成；合成橡膠則由各種單體經(jīng)聚合反應(yīng)而得。橡膠制品廣泛應(yīng)用于工業(yè)或生活各方面。
在醫(yī)療衛(wèi)生部門有許多橡膠制品在應(yīng)用，如醫(yī)院里的麻醉科、泌尿科、外科、腦外科、骨科、五宮科、放射科等招的診斷、輸血、導(dǎo)尿、洗腸胃的各種膠色手術(shù)用的手套、冰囊、海綿座墊等多是橡膠制品。作為醫(yī)療設(shè)備和儀器的配件也有橡膠制品。
換言之，設(shè)計(jì)橡膠配方最需考慮之三要素為配料之物性者、加工性和成本，并使三者獲得一個(gè)適當(dāng)之平衡點(diǎn)，此即配方設(shè)計(jì)都最主要之工作。
橡膠配方面臨的加工問題
橡膠工廠工序越多，可能面臨的加工問題就越復(fù)雜。從生膠破膠到混煉、擠出、壓延、成型、硫化等主要的加工過程中，都可能出現(xiàn)各種問題。這些問題如果得不到合理的解決，就很難繼續(xù)生產(chǎn)，或者造成大量的不良甚至報(bào)廢，導(dǎo)致成本大幅增加或者制品性能大打折扣，最終導(dǎo)致商業(yè)化生產(chǎn)的失敗。
使用塑解劑
在使用高分子量的橡膠時(shí)，如天然橡膠和某些丁苯橡膠，常常使用塑解劑來提升煉膠效率。塑解劑的添加量很少，如0.5份，一般不超過1份。雖然添加很少，但其幫助提升煉膠效率的效果卻非常明顯。例如，在混煉煙片膠時(shí)，僅需添加0.3份化學(xué)塑解劑，即可大幅減少天然橡膠的塑煉時(shí)間，并且顯著降低天然橡膠的門尼粘度。天然橡膠經(jīng)過這樣的塑煉，就可以進(jìn)行進(jìn)一步的加工。天然橡膠經(jīng)過充分塑煉，有利于在后續(xù)的擠出、壓延和模壓工藝中降低半制品的收縮率，并增加其粘性。
塑解劑的作用原理一般是在塑煉加工過程中，在氧氣存在的條件下使得橡膠分子鏈發(fā)生斷鏈，從而降低橡膠的平均分子量。體現(xiàn)在橡膠性能上，就是經(jīng)塑解劑塑煉后的橡膠門尼粘度顯著降低。常見的塑解劑多為硫酚、磺酸和鋅鹽類物質(zhì)，例如五氯硫酚。
與塑解劑引發(fā)的化學(xué)斷鏈不同的是，增塑劑是通過物理作用稀釋高分子從而使得聚合物變得柔軟，易于加工。橡膠加工中用到的增塑劑主要有加工油、填充油、樹脂、硬脂酸、松香、蠟等等。這些物質(zhì)通過機(jī)械混煉逐漸滲入聚合物分子鏈之間，使得聚合物分子鏈之間的距離增加，并且對分子鏈之間的纏結(jié)起到潤滑作用。
增塑劑的種類非常多，在以上提到的幾大類中，又可以分出很多小類。每個(gè)小類里又包括很多不同品種。如此種類繁多的增塑劑，應(yīng)該如何選用呢？
選擇合適的增塑劑，主要需考慮三點(diǎn)：1）對橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響；2）對橡膠硬度、模量等機(jī)械性能的影響；3）與橡膠的相容性。
例如，在橡膠配方中既可選擇使用填充油來軟化橡膠，又可以選擇使用樹脂來達(dá)到同樣的目的。但這兩種增塑劑的顯著區(qū)別在于二者的分子量差異和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的差異。這兩大差異和所需設(shè)計(jì)的性能目標(biāo)密切相關(guān)。如果需要增加橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，如增加輪胎胎面的抓地力，可考慮選擇樹脂作為增塑劑。在具體選型時(shí)，可選擇玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高的樹脂。分子量的差異同樣重要。使用分子量越高的樹脂越容易保持橡膠的抵抗破壞的能力，例如添加古馬隆樹脂或松香有利于提升耐撕裂性能和耐切割性能。
所有增塑劑都可以降低橡膠硬度和模量，只是降低的程度不同?？偟膩碚f，分子量越低的增塑劑對橡膠硬度和模量的降低幅度越大。
增塑劑和橡膠的相容性在設(shè)計(jì)配方時(shí)尤其重要，主要體現(xiàn)在硫化膠性能上，尤其是老化后的性能。相容性的匹配遵循相似相容原則：化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的兩種物質(zhì)最相容?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)差異很大的兩種物質(zhì)，即使增加做功讓二者相互混合，在后期使用過程中分子量相對較低的物質(zhì)也會(huì)逐漸分離析出。例如，C5/C9石油樹脂和丁苯橡膠的相容性較好，但和天然橡膠的相容性較差，和丁基橡膠的相容性很差。
要更為精確地匹配橡膠和增塑劑，可參考這些物質(zhì)的溶解度參數(shù)，并選擇溶解度參數(shù)最為接近的聚合物和增塑劑進(jìn)行匹配。
使用均相劑
均相劑通常是不同樹脂類增塑劑的混合物，例如芳香族樹脂和脂肪族樹脂的混合物。均相劑能夠降低聚合物的粘度或者軟化點(diǎn)，還可以浸潤性質(zhì)不同的聚合物并形成均勻的混煉膠。應(yīng)用最為普遍的均相劑是Struktol 公司的40MS和60NS。使用均相劑最多的場合是不同種類的橡膠共混，例如天然橡膠和順丁橡膠的共混體系NR/BR，天然橡膠和鹵化丁基橡膠的共混體系NR/HIIR等。均相劑還具有改善填料分散，增加生膠粘性的作用。
均相劑的選擇同樣遵從相似相容原則，或者參考橡膠和所用均相劑主要成分的溶解度參數(shù)。
在醫(yī)療衛(wèi)生部門有許多橡膠制品在應(yīng)用，如醫(yī)院里的麻醉科、泌尿科、外科、腦外科、骨科、五宮科、放射科等招的診斷、輸血、導(dǎo)尿、洗腸胃的各種膠色手術(shù)用的手套、冰囊、海綿座墊等多是橡膠制品。作為醫(yī)療設(shè)備和儀器的配件也有橡膠制品。
醫(yī)用橡膠制品往往對它還有個(gè)特殊要求，如無毒、殺菌、生理惰性、耐放射等。橡膠巾的丁基橡膠就具有較高的生物惰性、化學(xué)穩(wěn)定性和較微的透水透氣性，用來加工橡膠瓶塞，能保證高吸濕抗生意和抗癌制劑的保存。硅橡膠在制造醫(yī)用制品方面愈來愈廣泛，如采用硅橡膠制造人造器官及人體組織代用品有了很大進(jìn)展，還用它制作藥物膠囊，放入體內(nèi)適當(dāng)位置，使囊內(nèi)藥物緩慢連續(xù)地釋放出來，既能提高療效又比較安全。
換言之，設(shè)計(jì)橡膠配方最需考慮之三要素為配料之物性者、加工性和成本，并使三者獲得一個(gè)適當(dāng)之平衡點(diǎn)，此即配方設(shè)計(jì)都最主要之工作。
橡膠配方面臨的加工問題
橡膠工廠工序越多，可能面臨的加工問題就越復(fù)雜。從生膠破膠到混煉、擠出、壓延、成型、硫化等主要的加工過程中，都可能出現(xiàn)各種問題。這些問題如果得不到合理的解決，就很難繼續(xù)生產(chǎn)，或者造成大量的不良甚至報(bào)廢，導(dǎo)致成本大幅增加或者制品性能大打折扣，最終導(dǎo)致商業(yè)化生產(chǎn)的失敗。
使用塑解劑
在使用高分子量的橡膠時(shí)，如天然橡膠和某些丁苯橡膠，常常使用塑解劑來提升煉膠效率。塑解劑的添加量很少，如0.5份，一般不超過1份。雖然添加很少，但其幫助提升煉膠效率的效果卻非常明顯。例如，在混煉煙片膠時(shí)，僅需添加0.3份化學(xué)塑解劑，即可大幅減少天然橡膠的塑煉時(shí)間，并且顯著降低天然橡膠的門尼粘度。天然橡膠經(jīng)過這樣的塑煉，就可以進(jìn)行進(jìn)一步的加工。天然橡膠經(jīng)過充分塑煉，有利于在后續(xù)的擠出、壓延和模壓工藝中降低半制品的收縮率，并增加其粘性。
塑解劑的作用原理一般是在塑煉加工過程中，在氧氣存在的條件下使得橡膠分子鏈發(fā)生斷鏈，從而降低橡膠的平均分子量。體現(xiàn)在橡膠性能上，就是經(jīng)塑解劑塑煉后的橡膠門尼粘度顯著降低。常見的塑解劑多為硫酚、磺酸和鋅鹽類物質(zhì)，例如五氯硫酚。
與塑解劑引發(fā)的化學(xué)斷鏈不同的是，增塑劑是通過物理作用稀釋高分子從而使得聚合物變得柔軟，易于加工。橡膠加工中用到的增塑劑主要有加工油、填充油、樹脂、硬脂酸、松香、蠟等等。這些物質(zhì)通過機(jī)械混煉逐漸滲入聚合物分子鏈之間，使得聚合物分子鏈之間的距離增加，并且對分子鏈之間的纏結(jié)起到潤滑作用。
增塑劑的種類非常多，在以上提到的幾大類中，又可以分出很多小類。每個(gè)小類里又包括很多不同品種。如此種類繁多的增塑劑，應(yīng)該如何選用呢？
選擇合適的增塑劑，主要需考慮三點(diǎn)：1）對橡膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響；2）對橡膠硬度、模量等機(jī)械性能的影響；3）與橡膠的相容性。
例如，在橡膠配方中既可選擇使用填充油來軟化橡膠，又可以選擇使用樹脂來達(dá)到同樣的目的。但這兩種增塑劑的顯著區(qū)別在于二者的分子量差異和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的差異。這兩大差異和所需設(shè)計(jì)的性能目標(biāo)密切相關(guān)。如果需要增加橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，如增加輪胎胎面的抓地力，可考慮選擇樹脂作為增塑劑。在具體選型時(shí)，可選擇玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高的樹脂。分子量的差異同樣重要。使用分子量越高的樹脂越容易保持橡膠的抵抗破壞的能力，例如添加古馬隆樹脂或松香有利于提升耐撕裂性能和耐切割性能。
所有增塑劑都可以降低橡膠硬度和模量，只是降低的程度不同?？偟膩碚f，分子量越低的增塑劑對橡膠硬度和模量的降低幅度越大。
增塑劑和橡膠的相容性在設(shè)計(jì)配方時(shí)尤其重要，主要體現(xiàn)在硫化膠性能上，尤其是老化后的性能。相容性的匹配遵循相似相容原則：化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的兩種物質(zhì)最相容?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)差異很大的兩種物質(zhì)，即使增加做功讓二者相互混合，在后期使用過程中分子量相對較低的物質(zhì)也會(huì)逐漸分離析出。例如，C5/C9石油樹脂和丁苯橡膠的相容性較好，但和天然橡膠的相容性較差，和丁基橡膠的相容性很差。
要更為精確地匹配橡膠和增塑劑，可參考這些物質(zhì)的溶解度參數(shù)，并選擇溶解度參數(shù)最為接近的聚合物和增塑劑進(jìn)行匹配。
使用均相劑
均相劑通常是不同樹脂類增塑劑的混合物，例如芳香族樹脂和脂肪族樹脂的混合物。均相劑能夠降低聚合物的粘度或者軟化點(diǎn)，還可以浸潤性質(zhì)不同的聚合物并形成均勻的混煉膠。應(yīng)用最為普遍的均相劑是Struktol 公司的40MS和60NS。使用均相劑最多的場合是不同種類的橡膠共混，例如天然橡膠和順丁橡膠的共混體系NR/BR，天然橡膠和鹵化丁基橡膠的共混體系NR/HIIR等。均相劑還具有改善填料分散，增加生膠粘性的作用。
均相劑的選擇同樣遵從相似相容原則，或者參考橡膠和所用均相劑主要成分的溶解度參數(shù)。
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