橡胶配方设计综合实验

高分子材料与工程专业实验

橡胶配方设计综合实验

实验报告

班 级： 08030342班 组 别： 第六组

橡胶配方设计综合实验

一、 实验目的

1、加深对丁腈橡胶的配方、各组分的作用原理及加工方法的认识。 2、进一步领会橡胶的塑炼、混炼的意义和原理。

3、进一步了解橡胶的硫化模压成型的基本方法，掌握塑炼混炼、压制硫化设备的操作方法及安全措施。

4、掌握炭黑的含量对橡胶力学性能的影响规律。 5、掌握数据处理和分析的方法。

二、 实验原理

丁腈橡胶制品的生产，首先有一个配料的问题，即在丁腈橡胶（生胶）中加入一定量的硫化剂、补强剂、增塑剂、防老剂等其他助剂，使之形成多组分体系。本实验固定其他组分的含量，改变炭黑的用量，研究炭黑的含量对橡胶力学性能的影响。在一定的温度下，首先塑炼丁腈橡胶，再将配好的实验原理进行混炼使各种助剂实现良好的分散，通过辊压成片，剪成一定形状的胶料，放入试样模具中，经过硫化成型成为所需的试样。通过不同规格的裁刀，冲裁成性能测试的样品。然后测试橡胶的拉伸强度、撕裂强度和硬度。找出炭黑含量对橡胶力学性能的影响规律。

三、 实验所用原料及仪器、设备

1、实验用的原材料及参考配方

原料名称 丁腈橡胶 邻苯二甲酸二辛酯 硫磺 四甲基秋兰姆二硫化物 氧化锌 硬脂酸 高耐磨炭黑 N-芳基-N-烷基对苯二胺 简称 NR DOP S TMTD ZnO SA HAF 4010NA 型号规格 2#～4# 工业品 工业品 工业品 工业品 工业品 工业品 工业品 质量分数 100 4～6 1～3 0.3～0.7 3～7 0.8～1.2 5～30 1～3 2、实验用仪器及设备 （1）开放式炼塑机（SK-160B）

辊筒工作直径=160mm，辊筒工作长度=320mm，前辊转速=24.0r.p.m,后辊转速=17.8r.p.m,最大辊间距=4.5mm，最小压片厚度=0.2mm。一次加料量=100～200g，辊筒最高加热温度≤200℃

（2）平板硫化机（XKLB-25D）

额定表压=145kg/cm²，油缸活塞直径D=160mm，电热板面积=360*360mm，模板最大加热温度≤200℃。

（3）密炼机混炼设备(HL-200型) （4）橡胶硬度计 （5）万能拉伸测试仪

四、 实验工艺条件的预定

1、材料配方的确定

一

原料名称 丁腈橡胶 邻苯二甲酸二辛酯 硫磺 四甲基秋兰姆二硫化物 氧化锌 硬脂酸 高耐磨炭黑 N-芳基-N-烷基对苯二胺 二 原料名称 丁腈橡胶 邻苯二甲酸二辛酯 硫磺 四甲基秋兰姆二硫化物 氧化锌 硬脂酸 高耐磨炭黑 N-芳基-N-烷基对苯二胺 三 原料名称 丁腈橡胶 邻苯二甲酸二辛酯 硫磺 四甲基秋兰姆二硫化物 氧化锌 硬脂酸 高耐磨炭黑 N-芳基-N-烷基对苯二胺 四 原料名称 丁腈橡胶 邻苯二甲酸二辛酯 硫磺 四甲基秋兰姆二硫化物 氧化锌 硬脂酸 高耐磨炭黑 N-芳基-N-烷基对苯二胺 五

原料名称 丁腈橡胶 简称 NR 成分质量/g 200 简称 NR DOP S TMTD ZnO SA HAF 4010NA 成分质量/g 200 10 4 1 10 2 40 4 简称 NR DOP S TMTD ZnO SA HAF 4010NA 成分质量/g 200 10 4 1 10 2 30 4 简称 NR DOP S TMTD ZnO SA HAF 4010NA 成分质量/g 200 10 4 1 10 2 20 4 简称 NR DOP S TMTD ZnO SA HAF 4010NA 成分质量/g 200 10 4 1 10 2 10 4 邻苯二甲酸二辛酯 硫磺 四甲基秋兰姆二硫化物 氧化锌 硬脂酸 高耐磨炭黑 N-芳基-N-烷基对苯二胺 DOP S TMTD ZnO SA HAF 4010NA 10 4 1 10 2 50 4

2、塑炼工艺条件的确定 塑炼温度： 80℃。 塑炼时间：5min 3、混炼工艺条件的确定

加料顺序：固体软化剂（石蜡、硬脂酸）、小药（促进剂、活化剂、防老剂）、补强剂（炭黑、碳酸钙）液体软化剂。 混炼温度： 85℃。 混炼时间：5min. 4、硫化工艺条件的确定 硫化温度： 150℃。 硫化时间：6min。 硫化压力：115kg/cm²

五、 实验内容及操作步骤

1、 按实验配方称取各组分物料，分别放在盛料容器中。 2、 塑炼

（1）据丁腈橡胶的性能确定塑炼的温度一般为60～80℃，打开加热开关，使设备的密炼温度达到预定值，恒温20min。

（2）开动主机，调整转速达到40～80转/分之间，加入丁腈橡胶，上顶栓上加5kg砝码。密炼时间5分钟，戴上手套，转速调零，关闭主机。 3、 混炼

（1）打开密炼机，按顺序加料，注意不加硫磺，逐步加料的顺序为固体软化剂（石蜡、硬脂酸）、小药（促进剂、活化剂、防老剂）、补强剂（炭黑、碳酸钙）液体软化剂。

（2）开动主机，调整转速达到40～80转/分之间，上顶栓上加5kg砝码。混炼时间5分钟，戴上手套，转速调零，关闭主机。然后再打开密炼室，加入硫磺，开动主机，调整转速为40～80转/分之间，上顶栓加5kg砝码混炼时间1分钟，戴上手套，转速调零，关闭主机，打开密炼室，取出混炼好的胶料，清洗密炼室。

4、 检查平板硫化机的液压传动系统和电热板加热是否正常，确认正常后，将试样模具放在

压机中，保证加热模板与成型模板刚和接触，对模具预热。

①待模板温度达到预热温度时，取出模具，清理模具内部表面，有必要时，可以用少量与硫化胶不产生化学反应的隔离剂，一般采用硅油或中性皂液等。 ②将混炼后压成的胶片切成与模腔尺寸相对应的胶坯，并标出胶料的名称，编号和硫化条件及胶料压延方向。胶坯的质量可按以下方法计算：

胶坯质量（g）=模腔容积（cm³）*胶料密度（g/cm³）

③ 将胶坯放入模腔，合好模具，放到压机中，加压至达到实验拟定压力时，硫化时间8±1分钟。

④达到硫化时间后，下降压机，取出模具，立即打开，取出硫化胶片。

⑤将硫化好的硫化胶片放在冲片机上，按有关测试标准，用裁刀冲裁试样。 5、 测试其拉伸强度、撕裂强度和硬度；

6、 处理数据，以炭黑的含量为横坐标，测试的性能指标为纵坐标作图，找出规律并分析原

因。

六、橡胶拉伸强度、撕裂强度和硬度的测定

（1）橡胶拉伸强度的测定

1、插上电源，根据试样的性质选定适宜的负荷，加上所需的砣。 2、调整拉力机的零点，让指针与读数盘的零点重合。 3、根据试样的型号，选择下降速度。

4、将哑铃状试样均匀的置于上、下夹持器上，并用螺钉固定。

5、开动实验机，按下下降手柄，拉伸速率为200mm/min，拉伸试样并跟踪试样的标记，按实验要求记录下列各项：

①试样拉伸到300%时的力值。

②试样拉伸至扯断过程中出现的最大值。 ③试样扯断时的伸长率。

拉伸强度的计算公式： TS式中：

F WbTS——拉伸强度，MPa；

F——试样拉伸至拉断过程中出现的最大力值，N； W——试样狭小平行部分长度，mm； b——式样的厚度，mm。 断裂伸长率计算公式： Eb100LbL0

L0式中：Eb——断裂伸长率，%；

Lb——试样断裂时的标距，mm； L0——试样原始标距，mm。

（2）橡胶撕裂强度的测定：

1、检查设备运转情况及速度转换是否正常可靠，装好拉伸实验模具。 2、测量试样厚度。

3、调试试验机的速度为所要求的速度，500mm/min。

4、调整拉力实验机的零点指针，使指针与表盘的零点重合。

5、将试样夹在试验机的夹具上，使试样的受力方向与撕裂方向垂直。 6、开动试验机，并记录试样破坏时的负荷。 撕裂强度计算公式：TSF d式中：Ts——撕裂强度，KN/m； F——撕裂时的力，N； d——试样的厚度，mm；

（3）橡胶硬度的测定:

1、实验前检查试样，如表面有杂质须用纱布沾酒精擦净。

2、校正：自由状态下应为零度，当与测量平台完全接触时，此时表的刻度为100度。

3、将试样放在表头与平台之间，压下手柄，试样缓慢地受到1Kg力的负荷时立即读数。 4、试样上的每一点只准测量一次硬度，测量点与点之间距离不小于10mm。

七、实验数据的记录

（1）橡胶拉伸强度的测定

拉伸强度按以下公式计算：TS断裂伸长率：EbF Wb100LbL0

L0拉伸至300%时的力/N 初始标距断裂时的标距编号 试样 平均厚度/mm 平均宽度/mm 拉伸最大力值/N L0/mm Lb/mm 断裂伸长率/% 拉伸强度/MPa 1 2 配方1 3 4 5 1 2 配方2 3 4 5 1 2 配方3 3 4 5 1 配方4 2 3 4 5 1 2 配方5 3 4 5

（2）橡胶撕裂强度的测定：

撕裂强度计算公式： TS编号 试样 1 2 配方1 3 4 5 1 2 配方2 3 4 5 1 2 配方3 3 4 5 1 配方4 2 F d平均厚度/mm 厚度/mm 撕裂力/N 撕裂强度/MPa 3 4 5 1 2 配方5 3 4 5 （3）橡胶硬度的测定

编号 配方1 配方2 配方3 配方4 配方5 硬度1 硬度2 硬度3 硬度4 硬度5 平均硬度