橡胶的共混改性方法及其应用.doc

第五章橡胶的共混改性
5.1概述
橡胶共混的意义：改善工艺性能，使用性能和技术经济性能。大约70%以上的橡胶是以橡胶并用或橡塑并用的形式进行加工和使用。
橡胶共混的内容：相容性形成均相体的能力：热力学相容、工艺相容
共混物形态结构：连续相、分散相、界面
配合剂在共混物中分布：硫化助剂、填料的分布，共交联和物性
橡胶的工艺相容性：通过机械方法或其他条件将热力学不相容体系混合，可以获得足够稳定的共混物，这种共混物在微观区域内构成多相形态，但在宏观上仍能保持其均匀性。
聚合物共混影响因素：
混炼工艺条件：时间、强度、辊温、加工方法
配方组成：生胶、共混比、相容剂、加工助剂

5.1.1聚合物共混物的形态结构
均相结构；单相连续结构；两相连续结构
表：几种橡胶共混物的形态结构
共混物

SBR/NR
SBR/IR
BR/IR
SBR/BR
SBR/E-BR①
高-CN含量NBR/IR
高-CN含量NBR/SBR
中-CN含量NBR/SBR
CR/NR
EPDM/NR并用比例25/7550/5075/250.3④/C5.0/C②C/0.7
1.3/C2.0/CC/0.2
0.2/C0.3/CC/0.7
相容相容相容
相容相容相容
30.0/C25.0/CC/20.0
6.0/C―C/4.0
0.6/C1.5I③C/0.8
2.5/C4.0/C8.0/C
3.0/C―C/0.8注：①E-BR─含35份高芳烃油的BR；②C─连续相；③I─两相连续结构；
④表中数字是分散相的平均粒径(µm)。

5.1.2共混物的界面
界面的形成：由两组分所构成的两相之间的接触；两种大分子链段之间的相互扩散。
界面层的稳定：添加相容剂。界面层的厚度：决定于溶解度参数、界面张力及工艺条件。

5.1.3共混物形态结构的影响因素
橡胶共混中存在的不相容性可分为三种类型：
一是粘度不匹配引起的不相容性，由于粘度相差太大，并用胶难以形成紧密结合的共混物；
二是热力学不相容性，从而使共混物难以形成分子级共混；
三是由于硫化速率不匹配引起的硫化不相容性。
(1)聚合物共混时的分散过程
分散相平均粒径的大小决定于：混炼时间、混炼强度、分散相用量。
分散相宏观破碎能↓，相容性↑，界面张力↓，分散相体积分数↓，剪切速率↑，则：平均粒径↓
(2)相容性对共混物形态结构的影响
聚合物相容性两种极端：完全不相容、完全相容或相容性极好。
较好的共混改性物：分散相大小适宜、需要多相结构、相之间结合力较强。
对于单纯热力学不相容性，改进的方法很多，最常见的方法是添加增容剂。
(3)组分浓度对共混物形态的影响
组分体积分数>74%，连续相；
<26%，分散相；
26-74%，视具体条件而定。
当二者的初始粘度和内聚能接近时，浓度大者易形成连续相。
(4)组分粘度对共混物形态结构的影响
二者粘度相差越大，分散相体积分数↑，分散相粒径↓；二者粘度接近，分散相体积分数↑，分散相粒径↑；粘度低组分，连续相；粘度相近，“海-海”结构。
对于单纯的粘度不匹配导致的不相容性，可以选择合适的牌号或通过改进共混工艺过程如加增塑剂、填料等调节各相的粘度使之匹配。

(5)工艺条件
共混温度对共混物形态结构的影响：分散相粒径可随混炼温度而发生可逆变化。
共混时间对共混物形态结构的影响：分散相粒径随共混时间的增加而减小至不变。
加料顺序对形态结构的影响
两阶共混：在合适配比下得到两相连续结构的母料，再稀释至预定的配比。

5.1.4配合剂在共混物中的分布
(1)硫化配合剂在共混物中的分布
硫化配合剂的溶解度：可用相似相容原理分析

(2)补强填充剂在共混物中的分布
影响因素：炭黑和橡胶的亲和性与橡胶的不饱和度和极性有关：不饱和↑，极性↑，则亲和力↑。
炭黑在橡胶中的亲和力顺序：BR/SBR/CR/NBR/NR/EPDM/IIR。
橡胶的粘度对炭黑分布的影响：
炭黑易进入粘度低的橡胶相，可用软化剂调节炭黑在共混物中的分布，如：NR/充油SBR。
炭黑表面特征及用量对其分布的影响：
炭黑用量↑，配合量↑，则分布的选择性↑。
填料分布对共混物性能的影响：
炭黑在共混物各相中的分布不是越均匀越好，需要合理分配，存在一个分配量对胶料物性的平衡问题。

5.1.5共混物的共交联
由于硫化速率不匹配引起的硫化不相容性是橡胶共混中存在的不相容性之一。引起硫化不相容的原因主要是硫化剂在不同组分中硫化速率不同，或硫化剂与促进剂在各橡胶相中的溶解度相差太大。在极端情况下，几乎所有的硫化剂被硫化速率快的组分消耗，而另一组分几乎不能硫化。
CIIR/SBR50/50体系中，硫黄1.2，TMTD0.1，CZ0.6作为硫化体系，因共混后硫化剂浓度的变化，CIIR在共混体系中的硫化速度仅为单独硫化时的14%