特种胶管的胶料配方设计.docx

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特种胶管的胶料配方设计

特种性能胶管各胶层胶料的配合原则，首先应根据工作层的（与介质直接接触的胶层）的性能教求而选配；至于其他各胶层，则以相应的使用性能与工艺特点进行配合。

举例如下：

1.电绝缘胶管

（1）胶管选择：

选非极性橡胶，例如天然橡胶，丁基橡胶，乙丙橡胶，硅橡胶都可用。

选用的橡胶应注意洁净，防止混入禁书杂质。

在胶料的配合中含胶率应适当提高。

（2）硫化体系：

以低硫（磺）配合为宜，其中促进剂以噻唑类（如M,DM）的绝缘效果较好。

（3）补强剂及填充剂：

在黑色胶管中，以选用低结构的炭黑为宜，用量不宜过多；填充剂配用陶土粉，滑石粉，云母粉以及碳酸钙等，都有较好的耐电性能。

 若不使用炭黑，选用上速无机填料制成的浅色胶管，可获得更为理想的电绝缘效果。

2.耐油胶管：

（1）胶种的选择  对耐油胶管选用橡胶的原则，应是与输送油类的溶解度参数差距愈大愈好。

通常情况下，多以丁腈橡胶为主，或与适量的氯丁橡胶并用，也采用与其他高分子聚合物并用，以获得较好的耐油性能。

氯醚橡胶是一种具有良好的耐老化耐油类耐溶剂的胶种，因此可用来制造要求更高的耐油胶管。

（2）硫化体系：

对采用丁腈橡胶配合的耐油胶管胶料，其硫化体系通常以低硫配合效果较好；在丁腈橡胶与氯丁橡胶并用的配方中，若氯丁的使用比例大于大于丁腈时，应根据氯丁橡胶的硫化系统配合为好。

氯醚橡胶适用的硫化剂与活化剂有乙烯基硫脲（NA-22）,二硫化吗啡啉，红铅，二乙基二硫代氨基甲酸锌（ZDC）等多种。

（3）补强及填充剂：

通常选用高耐磨炉黑，或与半补炉黑并用，用量一30－50份为宜。

外层胶配方中以半补炉黑为主，用量也适当减少。

一般情况下，当补强剂的补强性能越大，其硫化胶抗溶胀性能愈优，耐油性能也有提高。

因此，在耐油胶管的胶料配方中，在不影响其性能的前提下，补强剂与填充剂的用量在一定范围内科适当增加。

（4）软化剂：

 在耐油胶管的胶料中，使用的软化剂品种应考虑不溶于被输送介质及无加速橡胶老化的作用。

在满足工艺要求的情况下，其用量尽可能的减少。

在丁腈及氯丁橡胶的配合中，通常以酯类增塑剂的效果较好，对采用无芯法生产的胶管或定型性要求较高的胶料，可选用适量的固体软化剂。

3.耐酸碱胶管

（1）胶种的选择  可采用丁苯橡胶，氯丁橡胶，可与适量的适量的天然橡胶并用可改善压延，压出及成型工艺性能。

对输送腐蚀性较强的耐浓酸碱胶管，可选用丁基橡胶或氯磺化聚乙烯等特种橡胶配合。

丁基橡胶除了能够耐较强的无机酸之外，对一般的有机酸也有较好的抗耐作用。

氯磺化聚乙烯对很多化学药剂具有很好的抵抗能力，其中包括烟酸 硝酸 硫酸等强酸与氢氧化钠 氢氧化钾等强碱液。

（2）硫化体系：

 对于丁苯橡胶，天然橡胶 等通用橡胶配合的胶料，一般可选用低硫（磺）配合为宜，促进剂以噻唑类或次磺酰胺类效果较好。

氯磺化聚乙烯选用金属氧化物 有机酸与其他促进剂为硫化体系。

常用的促进剂有M,DM,以及乙烯基硫脲与二硫代氨基甲酸盐等。

后者是金属氧化物交联系统不可缺少的促进剂。

配有氧化镁的硫化胶，耐水性较差（尤其是在高温下），因此不可适用于用于耐稀酸碱的溶液的胶料中。

但对70％的硝酸，以及发烟硝酸与发烟硫酸等，含有氧化镁的比氧化铅胶料的抗耐性更好。

3）补强剂及填充剂：

常用的补强剂以半补强炉黑或者高耐磨炉黑；填充剂的使用应注意选择一些在使用条件下能保持惰性的品种，如硫酸钡，陶土粉，滑石粉等，在保证所需物理性能的前提下，适当增加填充剂的用量也可提高耐酸碱的性能。

4）软化剂：

 酯类软化剂应该尽量少用或不用。

选择在酸或碱液中不被水解与抽出，或在在硫化过程中自身进行交联的较为理想。

4.液压胶管

这类胶管主要指钢丝编织或钢丝缠绕结构的高压胶管，由于其使用的条件比较苛刻，对内胶层的胶料，除了具有耐相应的液压介质外，还应具有较高的定伸应力与硬度，以及较低的压缩应力松弛与永久变形等性能。

（1）胶种选择：

内层胶大量使用的还是以丁腈橡胶为主，或与某些高性能的合成树脂并用；对一些输送特殊介质（如；磷酸酯液压油，高温蒸汽等）的高压胶管，其内层胶可选用乙丙橡胶，丁基橡胶或其他特种橡胶。

（2）硫化体系：

 可根据选用的胶种而定，若以丁腈橡胶配合时，其配方设计可类似于耐油胶管，通常也可采用硫磺与促进剂体系。

若配用适量的氧化镁可获得较好的耐热性能与抗压缩性能。

（3）补强剂与填充剂：

 一般情况下，可配用高耐磨炉黑，通用炉黑或者两者并用，若配用大量的喷雾碳黑，可获得更为满意的综合机械性能与压出性能。

压出的管坯表面光泽性好，可提高胶料的密实性与定型性。

（4）软化剂：

 与耐油胶管基本类似，但软化剂的用量不宜太多。

在丁腈橡胶与氯丁橡胶的的配合中，增塑剂的品种以酯类效果好，其中以脂肪二元酸酯类（如癸二酸二辛酯等）的增塑效果及低温性比苯二甲酸酯类（如邻苯二甲酸二丁酯等）更好。

在中胶配方中，也有采用防老剂BLE或间甲白体系，以提高胶层与钢丝骨架的结合强度。

5.耐热胶管

1）种的选择  输送温度在150度蒸汽或过热水的胶管，选择丁苯  或氯丁橡胶，若与适量的天然橡胶并用，可改善胶料的压延压出工艺性能，适当用一些再生胶，有利于提高产品的使用性能。

乙丙橡胶与丁基橡胶为最佳的选择，乙丙橡胶在150度以上的工作条件下仍具有优异的耐热性能。

可采用丁苯橡胶，氯丁橡胶，可与适量的适量的天然橡胶并用可改善压延，压出及成型工艺性能。

2）硫化体系：

对于丁苯橡胶，天然橡胶等，一般以无硫（磺）或低硫配合为宜；若采用过氧化物交联时，可获得若稳定性更好的交联结构。

若用树脂硫化的丁基橡胶其耐热性更优异，但硫化时间较长，且树脂需用量较大。

经过卤化的丁基橡胶，用过氧化物活化体系硫化可获得很好的耐热性能。

3）补强剂及填充剂：

常用半补强炉黑或者高耐磨炉黑为宜，也可采用中粒子热裂法碳黑或快压出炉黑。

若采用吸水性较小的浅色无机填充剂，其耐热性能可优于碳黑。

4）软化剂：

 一般用石油系高沸点操作油与聚酯类增塑剂较为理想。

6．耐磨胶管

1）胶种的选择：

 一般顺丁橡胶，天然橡胶，丁苯橡胶及异戊橡胶都可选用。

其中并用比单用效果好。

    若以顺丁橡胶或丁苯橡胶并用时，虽然能得到良好的耐磨性能，但工艺性能比较差，而顺丁橡胶（或丁苯橡胶）与天然橡胶并用时，可获得满意的综合效果。

    聚氨酯橡胶也是也是一种耐磨性优异的胶种，对于要求更高的耐磨胶管可以选用。

2）硫化体系：

一般可以采用硫磺，促进剂配合，若以顺丁橡胶与天然橡胶的配比为70:

30时，硫磺的用量以1.2:

1.4份较为适宜，促进剂以噻唑类（促进剂M，DM）或次磺酰胺（促进剂CZ,NOBS）效果较好。

聚氨酯橡胶硫化体系可以选用过氧化物及二异氰酸酯配合。

3）补强剂及填充剂：

 用细粒子高结构的耐磨炉黑效果较好，特别是在顺丁橡胶用量大的情况下，使用可提高定伸应力与耐磨性，而且压出效果也比较好，表面光滑而且管坯外形稳定性也较好。

7.耐寒胶管

（1）胶管选择：

 一般配以玻璃化温度低与结晶性倾向小的胶钟为宜。

如天然橡胶，顺丁橡胶，丁基橡胶，硅橡胶；对于兼有一定耐油性的耐寒胶管，可选用丙烯腈含量较低的丁腈橡胶，也可将天然橡胶（或顺丁橡胶）与少量的氯丁橡胶或丁腈橡胶并用。

（2）硫化体系：

一般可以采用硫磺，促进剂配合，而不采用无硫（磺）或过氧化物交联。

此外对于这类胶料的硫化程度，宜高不宜低。

（3）补强剂及填充剂：

炭黑以软质半补强炉黑或喷雾炭黑为宜；填充剂可适量选用浅色细粒子填料（如活性碳酸钙）用量不宜多。

（4）软化剂：

 用相溶性好，挥发性小，凝固点低低于橡胶玻璃化温度的软化剂，在丁腈橡胶或氯丁橡胶配合中，以酯类增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯及癸二酸二辛酯）的低温效果较好。

8.导电胶管

   与电绝缘胶管相反，胶料选用极性较大的胶钟，（丁腈橡胶，氯丁橡胶）效果较好，填充剂以乙炔炭黑或专用的导电炭黑，并配入适量的金属氧化物（如氧化镁，氧化锌等）均可获得较好的导电性能。

 1  胶管

    胶管是橡胶制品中的大宗产品之一。

据国家统计局统计，我国2002年胶管行业生产的各种胶管产量总计为23048.84万标m[以1英寸（25.4mm）为标准直径计]。

胶管制品广泛地应用于机械、汽车、建筑、化工、运输、医药、农业等各行各业。

各种不同的胶管有不同的使用要求。

一般来说，按使用要求可分为普通胶管，即指在常温下输送空气、其它惰性气体或水、其它中性液体的夹布胶管；特种胶管主要有耐油胶管、耐酸碱胶管、耐热胶管、液压胶管、泥浆喷射胶管、刹车自动胶管、潜水胶管、食品专用胶管、医药用胶管等等。

各种胶管使用要求不同，配方亦不相同。

除食品、医用特种胶管以及浅色胶管一般不使用炭黑外，均毫不例外地应用炭黑，或将炭黑与其它无机填料并用作为补强填充体系。

    1.1  普通胶管

    普通工业胶管的胶料包括内层胶、擦布胶、填充胶（亦称中胶）与外层胶等。

各层胶的技术要求不同，配方也有变化。

    1.1.1  内层胶

    内层胶的胶料要求具有一定的强伸性能、良好的弹性以及一定的耐老化性能。

另外胶料也要有良好的气密性，以保证胶管在承压状况下不产生渗漏。

在橡胶配方中一般以选用天然橡胶与丁苯橡胶为主，或者采用天然橡胶、顺丁橡胶并用。

补强体系通常选用高耐磨炭黑、半补强炭黑、通用炭黑或并用。

炭黑在橡胶中主要起补强作用，增加交联密度，如在天然橡胶中可提高硫化胶的定伸应力，在合成胶料中，可明显地提高硫化胶的拉伸强度，如加入高耐磨炭黑的合成胶料的拉伸强度与定伸应力大幅度提高。

填充通用炭黑与半补强炭黑，虽然胶料的拉伸强度与定伸应力没有像高耐磨等活性细粒子炭黑填充胶料那样高，但弹性较好，扯断伸长率较高，从而提高了胶料的耐屈挠性能。

软质快压出炭黑（N550）粒子适中，结构较其它软质炭黑高，有利于挤出胶管成型，表面光滑，尺寸稳定，也常用于胶管产品。

胶管胶料用炭黑的填充量一般从20-50份不等。

另外，也常加入无机填料，除白炭黑外，常使用碳酸钙、陶土等非活性填料与炭黑并用。

有时无机填料加入量较大，一般在30-90份不等。

在内层胶中大量加入无机填料可有效降低胶料成本。

    1.1.2  擦布胶与填充胶

    擦布胶主要分布在胶管的中间层，使骨架层与内外两层胶牢固结合。

该层胶要求胶料的流动性要好，能渗入到纤维及织物的结构中，以提高各部件的粘附强度，并起一定的缓冲作用。

当然也要求胶料要有一定的强伸性能及耐屈挠、耐疲劳性能。

胶料橡胶的选用以天然橡胶为主，适当配用丁苯胶、顺丁胶、氯丁胶等。

擦布胶的含胶率要比内层胶高一些，为35%-40%。

炭黑常用软质炭黑，如半补强炭黑、通用炭黑或两者并用。

使用软质炭黑，与硬质炭黑相比，在相同的填充量下，胶料的粘度较小、流动性较好，有利于胶的渗透。

另外，耐曲挠、耐疲劳性能也要好。

加入无机填料如碳酸钙、陶土也可提高胶料的流动性，并且可降低产品成本。

    填充胶亦称中胶，它充填满骨架层之间空隙，起骨架层之间的缓冲作用，提高管体结构的密实性与整体性，减少管体骨架材料之间在动态下的摩擦疲劳与生热影响。

橡胶选择与擦布层胶相同，采用半补强与高耐磨炭黑并用效果较好，但用量少于内层胶与外层胶，适量加入高耐磨炭黑可提高胶料的强度。

    1.1.3  外层胶

    胶管的外层胶是胶管的主要部分。

外层胶必须满足使用环境与工作条件的需要，保护骨架层不受外界损伤。

胶管在使用时频繁受到扭拉外力以及与地面接触，所以要求要有良好的抗拉、抗撕裂与耐磨性能。

长期暴露在大气中或恶劣气候条件下使用的胶管要有优异的耐老化性能，橡胶通常以氯丁胶为主，并与天然橡胶并用。

炭黑一般选用高耐磨炭黑与半补强炭黑并用，用量稍少于内层胶的炭黑用量，这样胶料的强伸性能可满足上述使用性能要求。

    1.2  特种胶管

    特种胶管因其使用条件与要求特殊而区别于普通胶管。

特种胶管根据特殊的使用条件与输送介质要求制作。

具体有耐热、耐油或耐酸、碱（俗称“三大耐”）或其它功能胶管。

对于特种胶管来说，其配方中起主要作用的是橡胶的选择以及硫化体系。

补强填充剂炭黑的作用仍然与普通胶管相同，主要是影响橡胶的强伸性能，耐磨性以及加工性能，对耐热、耐油、耐酸碱等无直接影响，但对防静电或导电功能有利。

随炭黑配合量的增加与导电炭黑的加入，胶料比电阻降低。

食品、医疗用橡胶管制品基本上不使用炭黑作为补强填充剂。

    1.2.1  耐热胶管

    硫化胶的耐热性决定橡胶制品的最高使用温度与时间，而耐热性主要取决于所用聚合物的类型与结构特点。

所有耐热聚合物的共同结构特点是，它们具有不易起反应的化学键结构，主键具有较高的键能，键能越高，其耐热性越好。

各种橡胶都具有各自的使用温度范围，制品的使用温度一般不能超出该制品所用橡胶允许的最高使用温度，所以只能根据橡胶制品的使用温度选择相应的耐热橡胶。

硫化体系的选择是仅次于橡胶的重要影响因素。

不同硫化体系形成不同的交联键结构，而不同的交联键网络类型对橡胶耐热性也是不同的。

键能愈大，硫化胶的热老化性愈好，吸氧速度愈慢，硫化胶的耐热老化性能亦愈好，如碳-碳键（-C-C-）比单硫键键能高，与单硫键比多硫键的键能高，吸氧速度慢，所以耐热性好，反之较差。

选用过氧化物硫化，或用有效、半有效硫黄硫化体系的硫化胶，形成较多的碳-碳键与单硫键，较少的多硫键，所以在同种橡胶制品中耐热性较好。

    对于填充体系而言，一般无机填料比炭黑有更好的耐热性，例如白炭黑、活性氧化锌、氯化铝等。

在丁腈胶料中，炭黑的粒径越小，即比表面积越大，则硫化胶的耐热性越差，所以耐热橡胶制品配方往往选用无机填料，或硬质高耐磨炭黑与无机填料、软质炭黑并用的填充补强体系。

这样既照顾到耐热性，也保证了对基本物性的要求。

另外，在耐热橡胶配方中，如选用过氧化物硫化体系，过氧化物又含有酸性基团，如过氧化二苯甲酰（BPO），如选用酸性填料如混气槽黑，则硫化没有影响，比较合适。

但若选用无酸性基团而为碱性的炉法炭黑时，则会消耗部分BPO的酸性而对其硫化有不良影响。

相反，如选用过氧化二异丙苯（DCP）硫化剂时，则碱性炉法炭黑几乎没有影响，而此时若使用酸性填料或酸性炭黑则妨碍其硫化。

对耐热胶管来说，耐热性虽然是要达到的特殊性能，但作为胶管基本功能要求的力学基本物性，是一切配方考虑的前提。

炭黑是硫化胶基本的、比较理想的补强剂，各种制品一般都要使用，这就要求在配方设计时综合各种因素，扬长避短，满足各方面的使用要求。

    1.2.2  耐油胶管

    耐油胶管除要满足作为胶管的基本力学性能要求外，突出的是要满足耐油性能要求。

橡胶的耐油性是指硫化胶抗油类作用的能力，即当橡胶制品与各种油液长期接触时，油液能渗透到橡胶中使之膨胀（或称体积增大），或者油类介质可以从硫化胶中抽出可溶性配合剂（如增塑剂），导致硫化胶收缩（或称体积减小）。

所用的油有机油、液压油、发动机油、燃油等油类。

耐油性的评价，通常是用标准试验油测定硫化胶在油中、在规定的温度与时间浸泡后的体积（或质量）变化的百分率，或硬度变化的百分率（或差值）。

    硫化胶的耐油性主要取决于橡胶、硫化体系以及所用油的化学性质。

油类通常是非极性的，所以含有极性基团的橡胶如丁腈橡胶、氯丁橡胶，两者极性相差较大，对非极性的油类有良好的稳定性。

再者橡胶的硫化体系对改善耐油性有重要影响。

一般说来，耐油性随交联密度的增加，网络结构中自由体积的减小而使油的渗入与扩散困难，从而增加耐油性。

另外，与交联键的类型亦有关，用过氧化物硫化或有效硫黄硫化的胶料（如丁腈胶）比用普通硫黄硫化体系的胶料的耐油性要好。

对作为填充补强剂的炭黑而言，虽无直接影响，但间接影响耐油性，主要表现在两个方面，一是增加炭黑的使用分数，降低了胶料中橡胶的体积分数，可以提高胶料的耐油性，另一方面填充的炭黑都具有活性，而且活性越高可增加硫化胶的交联密度，增强橡胶分子之间的结合力，从而增强了抗油渗透与膨胀能力，所以提高了橡胶制品的耐油性能。

因此若从耐油性的角度说，在胶料中填充的炭黑粒子越小，活性越高。

但在实际应用中，往往要求耐油的胶管也同时在温度较高的条件下使用，所以同时要求既耐油也耐热，这就要综合考虑产品的实际使用条件与加工工艺，往往采取硬质高耐磨炭黑与软质通用、快压出半补强等炭黑并用的方法。

软质炭黑品种加工性能也比较好，特别是挤出胶管，如使用粒子居中、结构稍高的快压出（N550）炭黑则制品尺寸稳定、表面光滑，是常选用的炭黑品种之一。

    1.2.3  耐酸、碱胶管

    该种胶管长期使用在与化学药品接触的场合。

化学药品主要是各种酸、碱、盐溶液，由于它们对橡胶制品的氧化作用，常常引起橡胶与配合剂的分解，造成硫化胶的腐蚀或引起橡胶的溶胀。

    对耐酸、碱要求不高的胶管，可采用天然橡胶或与丁腈橡胶、氯丁橡胶并用；对接触腐蚀性较强的介质的胶管，可选用丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟橡胶等特种橡胶。

采用的硫化体系要本着增加交联密度、提高硫化胶的弹性模量，是提高硫化胶耐化学腐蚀介质的重要措施。

    耐化学腐蚀介质的胶料配方所选用的填充剂应具有化学惰性，不易与化学腐蚀介质反应，不被浸蚀，不含水溶性电解质等为原则。

炭黑对化学腐蚀介质一般比较稳定，填加炭黑也增加了胶料的交联密度，提高硫化胶的弹性模量，对提高胶料的耐腐蚀性能有利。

根据胶料的力学性能要求选择炭黑的品种与填充量（如根据硬度要求决定炭黑填充分数）。

胶管配方中一般选用高耐磨炭黑或半补强炭黑，或两者并用效果更好。

其它填料可选用硫酸钡、陶土等。

在保证物理性能与加工性能的前提下，可适当增加填充补强剂的用量，减少含胶率，可提高制品的耐酸、碱性。