橡胶混炼中使用的成分有哪些？一份基本配方指南

从核心来看，橡胶混炼涉及几种关键成分类别的精确混合。这些包括基础弹性体（橡胶本身）、用于增强强度的硫化体系、用于增强的填料、用于增加柔韧性的增塑剂以及用于确保耐用性的防护剂。

橡胶化合物不仅仅是混合物；它是一个精心设计的配方。每种成分都因其特定功能而被选中，协同作用将生聚合物转化为具有精确性能特征（如硬度、弹性以及耐热或耐化学性）的成品材料。

基础：基础弹性体

每种橡胶化合物都始于其主要成分：弹性体。这种聚合物构成了最终材料的骨架，并决定了其基本性能。

天然橡胶与合成橡胶

最初的选择是在源自三叶橡胶树的天然橡胶（NR），或各种合成橡胶（SR）之间，如丁苯橡胶（SBR）、丁腈橡胶（NBR）或三元乙丙橡胶（EPDM）。天然橡胶以其优异的拉伸强度和抗撕裂性而闻名，而合成橡胶则可以设计出特定的性能，如耐油、耐温或耐臭氧。

硫化体系：构建分子结构

生橡胶是脆弱且粘稠的。硫化或“固化”过程通过在长聚合物链之间形成化学交联来创建稳定的弹性材料。该体系通常有三个部分。

硫化剂

硫化剂是形成交联的主要成分。对于大多数常见橡胶，这是硫磺。其他硫化剂，如过氧化物，用于不能用硫磺硫化的特种弹性体。

促进剂

单独使用硫磺硫化速度极慢且效率低下。促进剂是化学品，可显著提高硫化反应的速度，从而实现商业上可行的生产时间并改善橡胶的最终性能。

活化剂

活化剂与促进剂协同作用，使硫化过程更加高效。最常见的活化剂体系是氧化锌和硬脂酸的组合。它们确保促进剂能够最佳地发挥其功能。

改性剂：调整性能和成本

一旦选择了基础弹性体和硫化体系，就会添加改性剂以微调化合物的性能、加工性和价格。

填料

填料是添加到橡胶中的固体颗粒。它们是调整性能最关键的组成部分之一。

补强填料，如炭黑和二氧化硅，与弹性体发生化学键合，显著提高强度、刚度和耐磨性。它们对于轮胎胎面等要求苛刻的应用至关重要。

非补强或增量填料，如粘土或碳酸钙，主要用于增加体积并降低化合物的总体成本。它们不提供显著的强度改善。

增塑剂和加工助剂

增塑剂，如特种油，是添加到化合物中以软化化合物、增加其柔韧性并改善其低温性能的液体。

加工助剂是润滑剂，它们不会显著改变最终性能，但使粘性橡胶在制造过程中更容易混合、处理和成型。

防护剂

为了确保较长的使用寿命，化合物中包含防护包。抗氧化剂减缓由热和氧气引起的降解，而抗臭氧剂保护橡胶免受大气臭氧的侵蚀和开裂。

理解权衡

橡胶混炼是一个持续的平衡行为。改善一种性能通常会以牺牲另一种性能为代价，这个概念在轮胎行业中被称为“魔术三角”。

性能与成本

最基本的权衡是性能和成本之间。高性能补强填料、特种聚合物和先进防护剂可提高能力，但也会提高价格。增量填料和油可以降低成本，但可能会损害耐用性。

魔术三角：磨损、牵引力和滚动阻力

在轮胎设计中，您无法同时最大化所有关键性能。使用某些填料提高耐磨性（磨损）可能会增加滚动阻力（降低燃油经济性）。改变化合物以改善湿地牵引力可能会缩短胎面的整体寿命。混炼师的工作是为预期应用找到最佳平衡点。

为您的目标做出正确选择

具体的配方完全取决于最终产品的要求。

• 如果您的主要重点是最大耐用性和强度：您的配方将依赖于高性能弹性体、大量补强填料（如炭黑）和强大的防护包。
• 如果您的主要重点是高柔韧性和柔软度：您将使用较软的基础弹性体、较高浓度的增塑油，并且可能使用非补强填料。
• 如果您的主要重点是降低非关键部件的成本：该化合物将大量填充廉价填料（如粘土）和加工油，使用最少量的所需聚合物。

最终，橡胶混炼将简单的原材料转化为复杂、高性能的工程产品，专为特定目的而设计。

总结表：

成分类别	主要组成部分	主要功能
基础弹性体	天然橡胶 (NR)、丁苯橡胶 (SBR)、丁腈橡胶 (NBR)、三元乙丙橡胶 (EPDM)	形成骨架；决定基本性能
硫化体系	硫磺、过氧化物、促进剂、活化剂	形成交联以增强强度和弹性
填料	炭黑、二氧化硅（补强）；粘土、碳酸钙（增量）	增加强度或降低成本
增塑剂/加工助剂	油、润滑剂	提高柔韧性、低温性能和加工性
防护剂	抗氧化剂、抗臭氧剂	确保耐用性和长使用寿命

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