橡胶加工工艺
l 加工工艺：
炼胶车间：塑炼； 密炼机混炼； 开炼机加硫磺； 出片
停放（性能测试）；
成型车间：返炼出片－－压延、贴胶复合；挤出； 半 成品准备； 缠绕成形（滚筒或胶辊）、轮胎成型机、切割
V带成型机－－半成品修饰和停放；
硫化车间：硫化特性测试，硫化三要素 后处理：修饰、切割成型、包装
橡胶加工工艺性能
溶聚丁苯橡胶
l 溶聚丁苯橡胶(S-SBR)是以丁二烯、苯乙烯为单体，烷基锂为催 化剂，在有机溶剂中进行阴离子共聚的产物。由于聚合条件的不 同，可使苯乙烯和丁二烯的结合方式不同，分为无规型、嵌段并 存型三大类。无规型为通用型溶聚丁苯橡胶，可用 于轮胎、鞋类 和工业橡胶制品；嵌段型 和无规型属热塑性弹性体；无规型与嵌 段并存型是新型溶聚丁苯橡胶，乙烯基含量高，其特点是滚动阻 力小，且抗湿滑性小。此外，还有发、以充油、充炭黑溶聚丁苯 橡胶，以及反式-1，4-丁苯橡胶和锡偶联溶聚丁苯橡胶等特殊品 种。
原材料
聚合物 复合材料 配合剂
优选法
共混理论
配合剂化学
加工工艺原理
最优化技术 回归分析
实验设计
配方设计
l 橡胶配方设计的原则与程序
l 一、设计原则
使产品性能满足使用的要求或给定的指标。 在保证满足使用性能或给定的指标情况下，尽量节约原材料和
降低成本，或者在不提高成本情况下提高质量。 使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作，以及有利
l 耐磨性较好（特别是高温），耐寒性较差（比 NR），内耗大，生热高，弹性较低。
l 耐热氧老化特性优于NR，硫化速度较NR慢（因 SBR的双键浓度较低和苯环的体积位阻效应）； SBR的使用上限温度比NR高10-20℃。
l SBR的耐溶剂性能以及电绝缘性能与NR相似， 因为均为非极性二烯类橡胶。
l SSBR比ESBR的弹性好，滚动阻力低，抓着力高。
配方设计决定着产品质量、成本和加工性能。
l 需掌握的知识
配方设计过程绝不是各种材料的简单搭配，而是在了解各种原理的基 础上，充分地发挥整个配方系统的协同效果，利用新技术得到最佳配比 关系。需有厚实的高物、高化、橡胶工艺原理知识，并良好运用。
形态结构
机械 流变 常规测试 仪器分析
加工性能
测试技术
高化 高物
加工条件确定。 5）确定防老剂品种和用量。根据产品使用环境的条件来确定。 6）确定其它专用配合剂的品种和用量。（如着色剂，发泡剂等）
l 4．进行试验并选取最佳配方
小试试验，选出最佳配方
l 5．复试和扩大中试 l 6．确定生产配方
生产配方包括：配方组份和用量，胶料性能指标， 塑炼、混炼条件，硫化条件等整套资料。
2．收集技术资料
收集国内外有关同类产品或类似产品研制的技术资料 作为配方设计参考。
l 3．制定基本配方和性能试验项目
制定基本配方步骤如下： 1）确定生胶的品种和用量。根据主要性能指标确定主体胶料品
种，用量与含胶率有关。 2）确定硫化体系。根据生胶的类型和品种，硫化工艺及产品性
能要求来确定。 3）确定补强剂品种和用量。根据胶料性能、比重及成本确定。 4）确定软化剂品种和用量。根据生胶及填料种类，胶料性能及
l 加工性能比NR稍差，尤其是S-SBR包辊性差 ， 自粘互粘性差。
l SBR的典型用途：
l 应用广泛，除要求耐油、耐热、耐特种 介质等特殊性能外的一般场合均可使用。
l 主要用于轮胎工业，如轿车胎、拖拉机 胎、摩托车胎中应用比例较大，载重及 子午胎中应用比例较小些。
l 在无特殊要求的胶带、胶管及一些工业 制品中也获得了广泛的应用，如输水胶 管、鞋大底等。
于提高设备生产效率。 要考虑产品各部位不同橡胶的整体配合，使各部件胶料在硫化
速度上和硫化性能上达到协调。例如，轮胎胎面胶和缓冲层、 帘布层间。 保证质量前提下，尽可能简化配方。 最终使橡胶的性能、成本和工艺可行性三方面取得综合平衡
l 二、设计程序
1．确定胶料技术要求
进行调查研究，了解产品使用时的负荷、工作温度、 接触介质、使用寿命以及胶料在产品结构中所起的作 用，作为配方设计依据。
数学方法的四节课内容由刘力教授主讲，时间安排在 第十一周和十二周（11-11~11-20）
第 9周周三第三节课-09-10-28
橡胶原材料六大体系
（1）生胶及骨架材料——最重要的组成部分，决定了胶料的
使用性能、工艺性能和产品的成本。橡胶工业手册第一部分
l （2）硫化体系——使橡胶大分子发生化学交联。 l （3）填充补强体系——提供胶料的强度和降低成本 l （4）防护体系——提高胶料的耐老化性能（耐臭氧、耐热和
l （3）回弹性高，滞后损失小，生热低， 良好的耐疲劳性。
l （4）NR具有较高的耐磨性。
l （5）混炼胶黏合性强，生胶强度高，挺 性好。
l 性能缺点：
l 耐热性不高，常期使用温度低于90oC， 可在100oC下可短期使用；耐老化，耐O3 性能不高——主链上存在大量的不饱和 双键。
l NR的耐燃料油性差——非极性橡胶与烃 类油相容性高。
耐疲劳）。
l （5）软化增塑体系——改善胶料的加工性能，降低成本，提
高硫化胶料的耐寒性）。
l （6）加工分散增粘等特种助剂体系：配方技术含量最高
橡胶配方设计
l 主要介绍橡胶配方设计的基础知识和通 用橡胶的配方设计原理
橡胶加工工艺
l 橡胶的塑炼机理及工艺方法， l 橡胶的混炼原理、混炼工艺及质量问题， l 橡胶的压延工艺， l 橡胶的挤出工艺及口型设计， l 橡胶的硫化工艺和硫化介质及硫化工艺的影响因素、
ZnO
5
3.1
5.57
0.60
2.5
SA
2
1.24 0.92
1.60
1
炭黑
50
31.06 1.80
19.60 25
合计
161 100
100
80.5
l 有些配合剂以母胶形式加入胶料中，配 方需进行相应换算。
NR S 促M ZnO SA 防A 炭黑 合计
100 2.75 0.75 5.00 3.00 1.00 45.00 157.5
硫化的质量问题。 l 混炼胶的常规检验项目和性能指标
输送带配方及加工工艺(SBR体系）
l SBR：100 phr l ZnO 10; SA:1; M:1 ; CZ:1; TT:1; S:1.0 l A:2; D:2; 4010NA:1; wax:4(RD;DNP) l 磷酸三苯酯：6（Mg(OH)2:30~50) l Oil: 10 l HAF: 40; CaCO3: 15 l RS:3; RH: 2; silica:15; 分散助剂：1 l 合计：190
l 开炼机混炼工艺（填料分散性评价）； 测试样品的制备和平板硫化（硫化仪和门尼）； 混炼胶的测试项目；填料分散性；生胶强度；硫化特性；
门尼粘度；流变特性； 硫化橡胶的测试项目；硬度；拉伸力学性能；动态力学性
能
加工工艺性能
l 粘度 l 混炼特性；难以分散的填料，用混炼胶薄膜压片 l 包辊性：分子间作用力大的生胶品种；混炼胶强度 l 焦烧性；门尼焦烧—100degree l 喷雾性：EPDM 100 S 1.5 TT 1.5 M 0.5 l 压延性能（包辊性、流动性、抗焦烧性、低收缩性，
天然橡胶的典型用途：
l ．天然橡胶的应用
l 天然橡胶主要应用于轮胎、胶带、胶管、 电线电缆和多数橡胶制品，是应用最广 的橡胶。
l 丁苯橡胶（SBR）
自由基聚合 机理
（ESBR）
苯乙烯含量50 ％～70％
阴离子聚合 机理
（SSBR）
l SBR的性能特点：
l 非结晶性橡胶，必须使用增强填料补强。
l 补强后的强度能达到NR纯硫化胶的水平。
l 天然橡胶（NR）
NR的主要成分是异戊二烯的均聚物， 其中顺式加成结构达97％。
l 性能优点：
l （1）NR是一种结晶性橡胶，可拉伸结 晶，且NR具有较高的分子量。 NR纯胶 硫化后强度可达25MPa；用炭黑增强后 可达35MPa。
l （2） NR的撕裂强度也很高，最高可达 120 kN/m。
补充： 配方研究包括三方面： 基础配方 性能配方 生产配方
l 橡胶配方设计的组成、表示方法及测试
配方组成 重量份 重量百 密度（g/cm3) 体积百分 生产配方
分数％
数％
（kg)
NR
100 62.11 0.92
76.70 50
S
3
1.86 2.05
1.00
1.5
M
1
0.62 1.42
0.50
0.5
输送带配方及加工工艺（EPDM体系）
l EPDM：100 phr l ZnO 10; SA:1; MgO:3; ( DCP:6; S:0.5)
（M:2 ; ZDC:1; TT:1.5; S:2.5) l D:2 l Wax oil: 10~15 l HAF: 50~60 l RS:3; RH: 2; silica:15; 分散助剂：1 l 合计：190
本门课程所授内容要点
第 8周周五第二 节课-09-10-23
第一部分 橡胶原材料六大体系 第二部分 橡胶配方设计 第三部分 橡胶加工工艺和硫化胶性能 第四部分 上述三部分之间的联系
配方设计中的数学方法
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
随机变量及其分布 数学期望及方差 假设检验 方差分析 试验数据回归分析 试验优化与设计
擦胶30~40；贴胶:40~50;压片50~60） 挤出性能 粘着性能（自粘性和互粘性）； 增粘助剂 硫化工艺 ：模压硫化；大型硫化罐（厚制品）；
连续硫化（挤出）；注压硫化（橡胶密封O型圈）
橡胶配方设计原理和工艺