---------------材料科学与工程专业成型加工工艺课程设计题目：丁苯橡胶的增强改性姓名：季赛学号： 150412108班级： 2012级材料（1）班指导老师：张建耀职称：高级工程师\教授起止日期： 2015.11.23——2015.12.6目录1.设计背景 (4)1.1改性加工目的 (4)1.2乳聚丁苯橡胶 (6)1.3溶聚丁苯橡胶 (6)1.4粉末丁苯橡胶 (8)2.丁苯橡胶增强改性加工工艺原理 (8)2.1炭黑增强丁苯橡胶应用 (8)2.2炭黑的补强机理 (8)3.丁苯橡胶改性原料、助剂及设备介绍 (9)3.1原料及助剂 (9)1）原料 (9)2）炭黑 (10)3）硬脂酸 (10)4）氧化锌 (11)6）防老剂 (11)7)石蜡油 (11)8)防焦剂 (12)9)促进剂 (12)10)硫化剂 (13)3.2主要设备与仪器 (13)3.2.1混炼机 (13)3.2.2拉伸试验机 (14)4.加工工艺及加工流程图 (14)4.1 配方设计 (14)4.2加工方法 (15)1）炼前处理 (15)2）炭黑-橡胶混炼 (15)3）后加工工艺 (16)4）强度测量 (16)4.2产品性能测试项目、性能及测试标准 (16)1）性能指标 (16)2）性能参数标准 (18)4.3加工流程图 (18)5. 设计总结 (18)1.设计背景丁苯橡胶（SBR) ，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。

其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。

中文名: 丁苯橡胶外文名: Polymerized Styrene Butadiene Rubber 密度: 1.04 g/mL 性状: 白色疏松柱状固体1.1改性加工目的炭黑增强丁苯橡胶是以橡胶为基体，以炭黑颗粒为增强相的复合材料。

炭黑在橡胶体系中起补强和填充作用，以改善橡胶制品性能。

纯丁苯橡胶拉伸强度只有3.5MPa，没有应用价值，加入炭黑补强后，其拉伸强度提高到25MPa左右。

按聚合工艺，丁苯橡胶分为乳聚丁苯橡胶（ESBR）和溶聚丁苯橡胶（SSBR）。

与溶聚丁苯橡胶工艺相比，乳聚丁苯橡胶工艺在节约成本方面更占优势，全球丁苯橡胶装置约有75%的产能是以乳聚丁苯橡胶工艺为基础的。

乳聚丁苯橡胶具有良好的综合性能，工艺成熟，应用广泛，产能、产量和消费量在丁苯橡胶中均占首位。

充油丁苯橡胶具有加工性能好、生热低、低温屈挠性好等优点，用于胎面橡胶时具有优异的牵引性能和耐磨性，充油后橡胶可塑性增强，易于混炼，同时可降低成本，提高产量。

目前，世界上充油丁苯橡胶约占丁苯橡胶总产量的50-60%。

乳聚丁苯橡胶，由丁二烯、苯乙烯为主要单体，配以其他辅助化工原料，在一定工艺条件下，经乳液法聚合首先生成丁苯胶浆，脱除胶浆中未转化的单体后，再经凝聚、干燥等工序而生产出产品胶。

溶聚丁苯橡胶，由丁二烯、苯乙烯为主要单体，在烃类溶剂中，采用有机锂化合物作为引发剂，引发阴离子聚合制得的聚合物胶液，加入抗氧剂等助剂后，经凝聚、干燥等工序而生产出产品胶。

表1.1 丁苯橡胶（结合苯乙烯23.5%）的物理性能表1.2 SBR与NR强度对比表1.2乳聚丁苯橡胶乳聚丁苯橡胶是合成橡胶中消费量最大的胶种，乳聚丁苯橡胶产品分为通用品种和特殊品种两大类。

通用品种有1000、1500、1600、1700、1800和1900 共计6个系列，其牌号多达数百种。

特殊品种包括液体丁苯橡胶、高苯乙烯丁苯橡胶、丁苯吡橡胶和羧基丁苯橡胶等。

SBR－1500是通用污染型软乳聚丁苯橡胶的最典型品种，生胶粘着性和加工性能均优，硫化胶耐磨性能、拉伸强度、撕裂强度和耐老化性能较好。

SBR-1500广泛用于以炭黑为补强剂和对颜色要求不高的产品，如轮胎胎面、翻胎胎面、输送带、胶管、模制品和压出制品等。

SBR－1502是通用非污染型软乳聚丁苯橡胶的最典型品种，其性能与SBR－1500相当，有良好的拉伸强度、耐磨耗和屈挠性能。

SBR-1502广泛用于颜色鲜艳和浅色的橡胶制品，如轮胎胎侧、透明胶鞋、胶布、医疗制品和其他一般彩色制品等。

SBR－1712是一种填充高芳香烃油的软乳聚丁苯橡胶的污染性品种，它具有优良的粘着性、耐磨性和可加工性以及价格便宜等优点。

SBR-1712广泛用于乘用车轮胎胎面胶，轮胎胎面胶、输送带、胶管和一般黑色橡胶制品等。

乳聚丁苯橡胶的生产技术在19世纪20年代后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了不断的改进，并朝着装置大型化方向发展，自动化控制水平有了明显的提高，并且己达到相当先进的水平。

目前，乳聚丁苯橡胶在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决乳聚丁苯橡胶滚动阻力与抗湿滑性能矛盾问题，优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。

通过开发新型官能化引发剂、高效、环保的新型助剂，引入第三单体，提高结合苯乙烯含量等技术，乳聚丁苯橡胶在产品性能方面得以优化。

通过采用环保型助剂、环保型填充油等，环保型乳聚丁苯橡胶开发也取得了显著进展。

1.3溶聚丁苯橡胶溶聚丁苯橡胶具有耐磨、耐寒、生热低、收缩性低、色泽好、灰分少、纯度高以及硫化速度快等优点，兼具有滚动阻力小，抗湿滑性和耐磨性能优异等优点，在轮胎工业，尤其是绿色轮胎、防滑轮胎、超轻量轮胎等高性能轮胎中具有广泛的应用。

另外，由于溶聚丁苯橡胶具有触感好、耐候性好、回弹性好以及永久变形小等优点，可用于制作雨衣、毡布、风衣及气垫床等，还可制作发泡均匀、结构致密的海绵材料。

溶聚丁苯橡胶由于其良好的辊筒操作性、压延性、耐磨性以及高填充性，还广泛地用于制鞋业，用它制作的鞋，具有色泽鲜艳、触感良好、表面光滑、花纹清晰、不易走型以及硬度适中等特点。

与乳聚丁苯橡胶相比，溶聚丁苯橡胶具有生产装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点，是目前重点研究开发和生产的新型合成橡胶品种之一，开发利用前景十分广阔。

按照聚合方式，溶聚丁苯橡胶的聚合工艺主要有间歇聚合工艺和连续聚合工艺两种。

按溶剂回收方式可分为直接干燥法和湿法（汽提）干燥法两种。

间歇工艺操作灵活性大，不同牌号之间切换灵活。

与间歇工艺相比，连续工艺物耗能耗低、生产效率高、产品质量稳定，代表了溶聚丁苯橡胶等锂系高聚物合成工艺的发展方向。

随着溶聚丁苯橡胶市场需求量的不断增加，更具经济技术优势的连续聚合技术在溶聚丁苯橡胶的生产中的地位将变得越来越重要。

溶聚丁苯橡胶最早由美国Phillips公司于1964年实现工业化，Firestone 公司于1969年也实现溶聚丁苯橡胶的工业化。

同期Shell化学公司也成功推出锂系催化剂制备的嵌段共聚物，并实现工业生产。

这一时期的溶聚丁苯橡胶产品被称为第一代溶聚丁苯橡胶[1] 。

第一代溶聚丁苯橡胶分子链规整性好，产品在耐磨性、回弹性、生热与滞后损失方面均较乳聚丁苯橡胶优异，但加工性能与抗湿滑性能不佳，从根本上限制了其应用。

20世纪70年代后期，通过对产品乙烯基含量和苯乙烯单体序列分布的调整，结合分子链端改性技术的应用，产生了第二代溶聚丁苯橡胶[2] 。

第二代溶聚丁苯橡胶兼顾了橡胶的滚动阻力和抗湿滑性，更好地满足轮胎节能和安全要求。

20世纪80年代，集成橡胶的概念被Nordsiek提出，通过分子设计，对溶聚丁苯橡胶分子链的结构进行优化，使橡胶材料相互矛盾的几个性能集中于同一个分子链中，最大限度地提高橡胶的综合性能。

集成橡胶产品通常被称作第三代溶聚丁苯橡胶[3] 。

第三代溶聚丁苯橡胶的特点，一是在溶聚丁苯橡胶大分子链中引入异戊二烯链段，二是通过分子链结构调整制成含有渐变式序列结构的嵌段型溶聚丁苯橡胶。

更好满足轮胎胎面胶对低温性、抗湿滑性及安全性的要求。

1.4粉末丁苯橡胶粉末丁苯橡胶（简称PSBR），是在乳聚丁苯橡胶的基础上接枝其它单体，添加防老剂和隔离剂，专为改性沥青生产的一种粉末丁苯橡胶，它除了具有丁苯橡胶显著改善沥青的低温性能特点外，粉末丁苯橡胶还能明显改善沥青的高温性能。

同时粉末丁苯橡胶也可用于橡胶制品、塑料制品、石油树脂等改性。

2.丁苯橡胶增强改性加工工艺原理2.1炭黑增强丁苯橡胶应用炭黑增强橡胶主要用于轮胎行业，还用于橡胶密封件、胶鞋底、减震器等。

炭黑是由烃类裂解或不完全燃烧而得的黑色粉末状物质，具有准石墨状结构，其表面含有羧基、醌基等多种活性基团，具有亲油性。

橡胶用炭黑占炭黑总量的94%，其中约60%用于轮胎制造。

几乎所有的橡胶都可用炭黑来补强。

常用炭黑来补强的橡胶主要有丁苯橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等。

2.2炭黑的补强机理炭黑-丁苯橡胶体系中，炭黑以颗粒分散于橡胶体系中，炭黑的活性表面通过物理及化学作用与若干高分子链相结合形成一种交联结构，称为类交联结构。

当其中一根分子链受到应力时，可以通过交联点将应力分散到其他分子链上，如果其中某一根链发生断裂，其他链可以照样起作用，而不危及整体；从而使其力学强度大幅升高。

炭黑-橡胶体系中，炭黑的含量大约为生胶的一半，炭黑和橡胶构成该复合材料的两个相。

相的形态结构和相界面情况对材料性能有重要的决定作用，而混炼又对形态结构有重要影响。

简而言之，炭黑和橡胶的混炼情况对其性能有重要影响。

据分析，可在炭黑表面检测如酚基、醌基、羧基等基团，这些酸性基团浓度在气黑和氧化炉黑的表面特别高。

在炉黑中可检测到吡喃酮结构，这种结构决定了炉黑的碱性性质。

挥发份含量可判断表面官能团的浓度，也可测得炭黑的极性。

另外由于炭黑的表面积较大，容易吸附挥发份环境中的水分，所以炭黑在运输，贮存及使用过程中要特别注意吸湿问题。

大部分都是探讨导电粒子接触的几何学研究。

该理论认为，炭黑填充量越大，处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大，粒子间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。

不同极性的高聚物与炭黑组成共混体系的极性越大，炭黑临界体积分数就越大，意味着体系的导电性下降，因为炭黑表面含有很强的极性基团，基体极性大，作用增强，这时强度增加，却妨碍导电粒子自身的凝集，以致导电性差。

但是在多组分基体树脂与炭黑组成的共混体系中，由于不同基体的极性不同，填充炭黑会产生偏析现象，这时导电性能取决于炭黑粒子在偏析相中的浓度和分布状态，还取决于偏析相高聚物所占比例。

3.丁苯橡胶改性原料、助剂及设备介绍3.1原料及助剂1）原料丁苯橡胶结构简式：合成单体：1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯乙烯（C6H5-CH=CH2）2）炭黑炭黑，是一种无定形碳。