橡胶材料第5章软化与增塑体系.ppt
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1、PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT橡胶材料橡胶材料-第第5章软化与章软化与增塑体系增塑体系2023/5/19橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.1 橡胶增塑剂的概念增塑剂又称为软化剂,是指能够降低橡胶分子链间的作用力,改善加工工艺性能,并能提高胶料的物理机械性能,降低成本的一类低分子量化合物。过去习惯上根据应用范围不同分为软化剂和增塑剂。软化剂多来源于天然物质,常用于非极性橡胶;增塑剂多为合成产品,多用于极性合成橡胶和塑料中。目前由于所起的作用相同,统称为增塑剂。2023/5/192橡
2、胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.2 增塑剂的作用1改善橡胶的加工工艺性能:a.通过降低分子间作用力,使粉末状配合剂更好地与生胶浸润并分散均匀,改善混炼工艺;b.通过增加胶料的可塑性、流动性、粘着性改善压延、压出、成型工艺。2改善橡胶的某些物理机械性能:降低制品的硬度、定伸应力、提高硫化胶的弹性、耐寒性、降低生热等。3降低成本:价格低、耗能省。2023/5/193橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.3 对增塑剂的要求增塑效果好,用量少,吸收速度快;与橡胶的
3、相容性好,挥发性小、不迁移;耐寒性好,耐水、耐油、溶剂;电绝缘性好,耐燃性好,无色、无毒、无臭,价廉易得。2023/5/194橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.4 橡胶增塑的方法提高橡胶可塑性的方法主要有以下三种:物理增塑法:加入物理增塑剂化学增塑法:化学增塑剂机械增塑法:通过机械剪切作用,提高可塑性。可单独应用,与前两种方法一起使用时,效果更好。橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.5 增塑剂与橡胶的相容性1 1增塑剂与橡胶的相容性增塑剂与橡胶的相容性相
4、容性是指两种不同的物质混合时形成均相体系的能力。相容性好,两种物质形成均相体系的能力强。橡胶与增塑剂的相容性很重要,若相容性差,增塑剂则会从橡胶中喷出,甚至难于混合、加工。橡胶与增塑剂的相容性的预测方法是采用溶解度参数()。在不考虑氢键和极化的影响下,一般橡胶与增塑剂的溶解度参数相近,相容性好,增塑效果好。橡胶的增塑可以看成是低分子增塑剂溶解于橡胶中的一种过程,可利用聚合物溶剂体系的相应规律来分析橡胶与增塑剂的相互作用。吉布斯自由能 G=H-TS,若G0,所以要使G0,H应尽可能小,因此1、2要接近。橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PP
5、TPPT5.5 增塑剂与橡胶的相容性2增塑剂与橡胶相容性的实验预测增塑剂与橡胶相容性的实验预测研究发现,在不饱和橡胶中使用增塑剂时,增塑剂的不饱和性高低对增塑剂和不饱和橡胶的相容性有很大影响。增塑剂的不饱和性越高,增塑剂与不饱和橡胶的相容性越好。测定增塑剂不饱和性的方法是测测定增塑剂不饱和性的方法是测其苯胺点。其苯胺点。苯胺点:同体积的苯胺与增塑剂混合时,混合液呈均匀透明时的温度。苯胺点越高,说明增塑剂与苯胺的相容性越差,不饱和性低。苯胺点苯胺点 在试管内线加入510 mL苯胺后,再加入同体积的试料,然后从下部加热,直至出现均匀的透明溶液,此时的温度谓之该油的苯胺点。芳香烃类增塑剂的分子结构与
6、苯胺最接近,易溶于其中,故苯胺点最低。苯胺点低的油类与二烯类橡胶有较好的相溶性,大量加入而无喷霜现象。相反,苯胺点高的油类,需要在高温时才能与生胶互溶,所以在温度降低时就易喷出表面。操作油苯胺点的高低,实质上是油液中芳香烃含量的标志。一般说来,操作油苯胺点在35115范围内比较合适。橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.6 增塑剂作用机理1 1非极性非极性增塑剂作用机理增塑剂作用机理非极性增塑剂增塑非极性橡胶时,由于分子量小,无规渗透于大分子之间,增大了分子间的距离,削弱了大分子间作用力,使大分子间滑移容易,流动性提高。增塑剂
7、的加入会降低橡胶的玻璃化温度Tg,Tg下降值与增塑剂的体积分数有直接关系:Tg=k1 k-常数;1增塑剂的体积分数橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT2 2极性极性增塑剂的作用机理增塑剂的作用机理极性增塑剂增塑极性橡胶时,极性的增塑剂低分子的极性部分定向地排列于橡胶大分子的极性部位,对大分子链段起包围阻隔作用,从而增加了大分子链段之间的距离,减小了大分子间相互作用力,增大了大分子链段的运动性,从而提高了橡胶的塑性。Tg=kn k与增塑剂性质有关的常数;n增塑剂的摩尔数。5.6 增塑剂作用机理橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPP
8、T文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.7 增塑剂增塑效果的表征增塑剂对橡胶的塑化作用通常用橡胶的门尼粘度的降低值来衡量,表征方法主要有两种:1 1填充指数(填充指数(EIEI)在一定的温度下,把高门尼粘度的橡胶塑化为某一标准门尼粘度值时所需要的增塑剂的份数。填充指数越小,对橡胶的塑化作用越强。2 2软化力(软化力(S.P.S.P.)在一定的温度下,以一定量的增塑剂填充橡胶时,其门尼粘度的下降率称为软化力。软化力高,对橡胶的塑化作用强。橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.8 软化增塑剂的分类及常用
9、品种的性能 5.8.1、软化增塑剂的分类 5.8.2.1、石油系软化(增塑)剂 5.8.2.2、煤焦油系软化(增塑)剂 5.8.2.3、松油系软化(增塑)剂 5.8.2.4、脂肪油系软化(增塑)剂 5.8.2.5、酯类增塑剂 5.8.2.6、低聚物 5.8.3、新型增塑剂11橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.8.1 5.8.1 增塑剂的分类增塑剂的分类1 1根据作用机理分:根据作用机理分:物理增塑剂:增塑分子进入橡胶分子内,增大分子间距、减弱分子间作用力,分子链易滑动。化学增塑剂:又称塑解剂,通过力化学作用,使橡胶大分子断
10、链,增加可塑性。大部分为芳香族硫酚的衍生物,如2-萘硫酚、二甲苯基硫酚、五氯硫酚等。2023/5/1912橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.8.1 增塑剂的分类增塑剂的分类2.2.按来源分:按来源分:橡胶工业中所用的软化增塑剂的品种很多,根据来源大致可分成:矿物油系、动植物油系及合成物系等几大类,具体见下表:2023/5/1913橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT软化(增塑)剂矿物油系石油系芳香烃油、环烷烃油、石蜡烃油机械油、高速机械油、锭子油、变压器油重
11、油、凡士林、石蜡、沥青、石油树脂等煤焦油系煤焦油、古马隆树脂煤沥青、RX-80树脂动植物油系脂肪油系脂肪酸:硬脂酸、油酸、蓖麻酸、月桂酸等脂肪油:柿子油、亚麻仁油等植物油及植物油热炼的聚合油等油膏:黑油膏、白油膏松油系松焦油、松香萜烯树脂、妥尔油等合成物系液体聚合物:如液体丁腈橡胶、液体聚丁二烯、液体聚异丁烯、半固态氯丁、氟蜡等酯类化合物苯二甲酸二酯类:如DBP、DOP等脂肪二元酸二酯类:如DOS等脂肪酸酯类:油酸丁酯等磷酸酯类:如TCP等聚酯类2023/5/1914橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT5.8.2.1、石油系软化
12、(增塑)剂主要成分与使用性能化学性质与使用性能物理性质与使用性能石油系其他软化剂简介简介2023/5/1915橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT石油系软化剂简介l 来源此类为石油炼制副产物或石油残渣抽炼出来的产品;l 品种见表l 特点软化增塑效果好、来源丰富、成本低廉,能在各种通用型橡胶中使用,橡胶工业中使用最多的软化增塑剂;l 操作油为改善胶料加工性能而在混炼时加到橡胶中的石油系油品,称为“操作油”或“加工油”;l 填充油在合成橡胶制造时,为降低成本和改善胶料的某些性能,直接加到橡胶中的油品,其用量在15质量份以上时称为“填
13、充油”,14质量份以下时也称作“操作油”;2023/5/1916橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT软化(增塑)剂矿物油系石油系芳香烃油、环烷烃油、石蜡烃油机械油、高速机械油、锭子油、变压器油重油、凡士林、石蜡、沥青、石油树脂等煤焦油系煤焦油、古马隆树脂煤沥青、RX-80树脂动植物油系脂肪油系脂肪酸:硬脂酸、油酸、蓖麻酸、月桂酸等脂肪油:柿子油、亚麻仁油等植物油及植物油热炼的聚合油等油膏:黑油膏、白油膏松油系松焦油、松香萜烯树脂、妥尔油等合成物系液体聚合物:如液体丁腈橡胶、液体聚丁二烯、液体聚异丁烯、半固态氯丁、氟蜡等酯类化合物
14、苯二甲酸二酯类:如DBP、DOP等脂肪二元酸二酯类:如DOS等脂肪酸酯类:油酸丁酯等磷酸酯类:如TCP等聚酯类2023/5/1917橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT主要成分与使用性能l 主要成分主要是由链烷烃类、环烷烃类和芳香烃类三者构成的复杂化合物和混合物,此外还含有链烯烃以及少量的氧、氮、硫等元素与烃形成的各种杂环化合物或取代物;l 使用性能链烷烃油环烷烃油芳香烃油2023/5/1918橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPTl 概念通常,把链烷烃的碳原子数占
15、整个油的总碳原子数的50以上者称为链烷烃油或石蜡烃油;l 性能石蜡烃油与二烯类橡胶的混溶性一般与极性橡胶的混溶性差与低不饱和的丁基、三元乙丙橡胶的混溶性好,有利于压出操作,能改善硫化胶的生热、弹性和耐寒性能,不变色性和不污染性好;链烷烃油 石蜡油石蜡油石蜡油石蜡油2023/5/1919橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPTl 概念把环烷烃的碳原子数为3045者称为环烷烃油;l 性能介于石蜡烃油和芳香烃油之间;环烷烃油 环烷烃油环烷烃油环烷烃油环烷烃油2023/5/1920橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板
16、 Office Office PPTPPTl 概念把芳香烃原子数在35以上者称为芳香烃油;l 性能芳香烃油与二烯烃类橡胶及CR、NBR等极性橡胶有较好的混溶性,混炼加工性能好,能增加胶料粘性,并使硫化胶保持较高的拉伸强度和扯断伸长率,但有变色性和污染性;芳香烃油2023/5/1921橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT物理性质与使用性能 主要物理性能指标 对硫化胶性能的影响 实例(表53)2023/5/1922橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 主要物理性能指标
17、l 具体指标主要有:初沸点、闪点、粘度、凝固点、苯胺点、相对密度l 指标内容初沸点:能反映油的挥发性;闪点:是指释放出足够蒸汽与空气形成的一种混合物在标准测试条件下,能够点燃的温度。操作油的闪点与橡胶硫化、储存及预防火灾有直接的关系,同时也可衡量操作油的挥发性。表示油中低沸点馏分的情况;凝固点/粘度:取决于油的分子量以及烃的种类和含量;苯胺点:苯胺是极性化合物,测定苯胺点可知油的极性大小;苯胺点越低,油中含芳香烃越多,越高,含烷烃越多;在此基础上,分子量高的,苯胺点也提高。相对密度:在石油工业中通常是测定60下的相对密度。当橡胶制品按重量出售时橡胶加工油的相对密度就十分重要。通常情况下,芳烃油
18、相对密度大于烷烃油和环烷烃油的相对密度。橡胶加工油常常是按体积出售,而在橡胶加工中则按重量进行配料。2023/5/1923橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 对硫化胶性能的影响初沸点低的油容易在胶料中形成气泡;闪点低的油在胶料加工过程中能损失大量的易挥发物质;低凝固点的油能使胶料具有良好的工艺性能,并便于在不同季节中使用;粘度低的油胶料可塑性大,硫化胶硬度较低,而弹性较高;粘度高的油会使硫化的胶拉伸强度、扯断伸长率和生热增大,耐热性较好。2023/5/1924橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Off
19、ice Office PPTPPT油的类型石蜡烃油环烷烃油芳香烃油成分,石蜡烃碳原子数(CP)环烷烃碳原子数(CN)芳香烃谈原子数(CA)6469283323414635401820354111293648性质赛波特粘度(37.8)相对密度(18 )苯胺点,1005000.860.889012110021000.920.9566822600150000.951.053249与橡胶的混溶性天然橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶丁基橡胶氯丁橡胶丁腈橡胶好一般一般好差差好好好一般差差优良优良优良尚可好一般对橡胶性能的影响混炼加工性挥发性(200 以上)污染性变色性低温性能回弹性生热性拉伸强度硬度不良无优越无优良优
20、良低较高较低好很少好优越无很少好好中等高中等优良无不良不良尚可尚可高最高较高石油系操作油的一般和性能2023/5/1925橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT化学性质与使用性能 石油系操作油的化学性质 沥青质 氮碱 第一亲酸物 第二亲酸物 化学性质对SBR性能影响 饱和烃2023/5/1926橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 石油系操作油的化学性质l 化学性质是根据油品与不同浓度硫酸的反应产物在正戊烷中的溶解性为基础,将油品的分成五中化学成分来表征,即沥青质、
21、氮碱、第一亲酸物、第二亲酸物和饱和烃;l 影响其化学性质直接影响到油品与橡胶的混溶性、硫化特性和制品的物理机械性能;2023/5/1927橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 沥青质l 沥青质是油品中不溶于正戊烷的含少量硫、氧、氮的树脂状高分子化合物,不能分馏;l 特性能提高混炼胶的粘度;用量在40份以上具有补强作用;分散性差;因为是黑色的,污染性强;2023/5/1928橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 氮碱l 氮碱是除去沥青质后,用85冷硫酸处理的不溶于正
22、戊烷的含有吡啶、硫醇、羧酸、醌等极性化合物,分子量比较大的树脂部分;为粘度高的暗褐色粘性液体;l 特性对胶料有软化、增粘效果;对硫化有弱促进作用,硫化曲线平坦;有污染性;2023/5/1929橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 第一亲酸物l 第一亲酸物是除去氮碱后用97冷硫酸处理的不溶于正戊烷的部分,它是不饱和度较高的复杂的芳香族化合物,碘值为65100;l 特性与橡胶的相容性好;有效的软化(增塑)剂,适于充油用;硫化时消耗硫磺的主要成分,因此迟延硫化;含量在15以下时没有污染;2023/5/1930橡胶材料第5章软化与增塑体
23、系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 第二亲酸物l 第二亲酸物是除去第一亲酸物后与发烟硫酸作用不溶于正戊烷的部分,它是一种低不饱和度的烃类物质,碘值为512;l 特性与各种橡胶的混溶性良好;没有污染;不影响硫化;2023/5/1931橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 饱和烃l 饱和烃是不与发烟硫酸作用的最稳定部分,为链烷烃和环烷烃的混合物;l 特性(含饱和烃多的油品)除与IIR、EPDM等饱和度高的橡胶有较好的混溶性外,与其他橡胶的混溶性都差,容易喷出,但有润滑作用,有助于压出加工;环
24、烷烃与橡胶的混溶性较链烷烃要好,喷出倾向也小;2023/5/1932橡胶材料第5章软化与增塑体系PPTPPT文档演模板文档演模板 Office Office PPTPPT 化学性质对SBR性能影响组成沥青质氮碱第一亲酸物第二亲酸物饱和烃空白沥青质,氮碱,第一亲酸物,第二亲酸物,饱和烃,53.432.44.59.70.085.57.07.50.08.985.55.60.01.63.794.70.00.00.00.0100.0可塑性(Soott)硬度(邵尔A)300定伸应力,MPa500定伸应力,MPa拉伸强度,MPa扯断伸长率,回弹性,165614.98.316.064067235523.37.
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