橡胶共混的基础知识

（一）助剂在橡胶共混物中的分布

在橡胶共混中，需添加许多助剂，如硫化剂、硫化促进剂、补强剂、防老剂等。这些助剂在两相间如何分配，对橡胶共混物的性能影响很大。

1．硫化助剂在橡胶共混物中的分布

橡胶共混改性的一个重要问题是橡胶的交联（硫化）问题。对于两种橡胶共混形成的两相体系，两相都要达到一定的交联程度，这就是两相的同步交联或称为同步硫化。为实现同步硫化，就要求硫化助剂在两相间分配较为均匀。否则，就会造成一相过度交联，一相交联不足，严更影响共混物的性能。这就提出了硫化助剂在各相中的分布问题，显然，硫化助剂在各相中的分布对该相聚合物的硫化速率和最终的硫化程度有着重要影响。

硫化助剂在两相间的分配，主要影响因素是硫化助剂在橡胶中的溶解度。硫化助剂在各种橡胶中的溶解度通常遵循相似相容原理，即硫化助剂与橡胶的极性相近则溶解，溶解度也大。具体分析时，可通过硫化助剂与橡胶的溶解度参数的比较，来定性地判断硫化助剂在橡胶中的溶解度。若硫化助剂与橡胶的溶解度参数相近，则硫化助剂在其中的溶解度也大。例如，硫黄的溶解度参数较高，在高溶解度参数的橡胶（如BR）中的溶解度就较高，而在低溶解度参数的橡胶（如EPDM）中的溶解度就较低。常用硫化助剂的溶解度参数如表6－2所示。根据共混橡胶的品种，适当选用硫化助剂，以调节硫化助剂在两相橡胶中的溶解度，可以控制硫化助剂在两相间的分布。

表6－2　硫化助剂的溶解度参数

温度对硫化助剂在橡胶中的溶解度也有影响。温度越高，其在橡胶中的溶解度越大。因此，硫化助剂在橡胶中的溶解度，如果在室温下是饱和或近于饱和的，在硫化温度下就不是饱和的了。此外，温度影响硫化助剂从一相中向另一相的迁移，进而也会影响其在两相间的分配。

2．补强剂在两相间的分配

炭黑等细粒子补强剂是橡胶的重要配合剂之一。补强剂在共混物中的补强效果，在某些情况下是组分橡胶补强效果的加和。但在另一些情况下，补强剂对共混物的补强效果比加和效果低。这种情况的原因之一是补强剂在共混物中的分布不合理。研究表明，补强填充剂在共混物中难于均等分布在两相中，这种不均匀分布直接影响橡胶及其制品的性能。填充剂在共混物中各相的分布，常因橡胶种类、填充剂种类不同而异。在同种共混体系中，也常因混炼方法等不同而使填充剂在各相中的分布有很大变化。但如能掌握这些规律，通过种种手段，调整补强填充剂在共混物中的分布，也可以获得性能优异的共混物材料。

影响炭黑等补强剂在两相间分配的因素，首先是炭黑与橡胶的亲和性。炭黑与橡胶的亲和性与橡胶的不饱和度有关。由于炭黑与橡胶分子链中的双键有很强的结合力，所以不饱和度大的橡胶与炭黑的亲和力大。另外，炭黑与橡胶的亲和性还与橡胶的极性有关。根据这一规律和实验结果，在橡胶共混物中，炭黑与丁基橡胶亲和力最小，其次是EPDM，亲和力较大的则是天然胶和丁苯胶。因此，如果一种对炭黑亲和力很强的橡胶与一种对炭黑亲和力很弱的橡胶共混时，炭黑将大部分存留于前者中。补强剂在两相间分布不匀，显然会损害橡胶共混物的性能。

橡胶共混物两相的熔融黏度对补强剂的分配也有影响。这一影响可对应于“软包硬”的规律，即补强剂倾向于进入黏度低的一相。(www.xing528.com)

为了调整补强剂在两相间的分配，可以采用如下方法：其一，适当选择补强剂品种，或对补强剂进行表面处理，以调节补强剂对橡胶的亲和性；其二，通过改变混炼温度等方式，调节两相的黏度；其三，改变加料顺序，先将补强剂与亲和性较弱的橡胶共混，再与另一种橡胶共混。这样，补强剂在第二步共混中会自动向亲和力较强的橡胶中迁移，以达到最终较为均匀的分布。

其他助剂在两相间的分配也会影响共混物的性能，可以参照以上方法进行调节。

（二）橡胶共混物两相的共交联（共硫化）

对单一橡胶硫化的研究，往往致力于阐明硫化的化学历程和动力学。而对于共混体系，由于多数属于热力学不相容的微观多相体系。因此对共混物硫化的研究，既要考虑微观多相性，又要考虑可能有多种交联点的存在，使共混物的交联结构复杂化。

1．橡胶共混物的交联结构

共混物的交联结构包括聚合物相内和聚合物界面层相间的交联。为提高橡胶共混物两相间的界面结合力，最有效的方法是在两相间实现交联，这就是共交联。界面交联实际上是不同聚合物之间的交联反应。界面交联（共交联）可使共混物形成统一的交联网络结构，可获得更好的改性效果。

2．橡胶共混物的同步硫化与共硫化

（1）同步硫化。橡胶共混体系的多相性，产生了硫化助剂在共混物各相中分布不均的现象。由于两相中硫化剂浓度相差悬殊，经硫化后两聚合物相的交联程度不一，造成一相过硫，而另一相欠硫，必然使得共混物性能低劣。为了防止这一现象的产生，必须使交联剂在共混物中分布均匀。这种通过调整和控制交联剂均匀分布，使共混胶两相获得相同或相近硫化速度与程度的方法叫同步硫化。

（2）共硫化。橡胶共混体系的多相性，造成了各种交联特性的不同。在硫化过程中，各相独自交联，自成体系，两相间缺少联系。使共混物整体性能下降。为了获得具有实用价值的共混胶，必须使两相互相产生交联，提高体系的稳定性，这种使两聚合物相间产生交联的方法即为共硫化。

共混物的共硫化，本质上是异种聚合物之间产生交联。两相共混物能否实现共交联，主要取决于交联活性点的特征。如果参与共混的聚合物具有相同性质的交联活性点，可选用共同的交联助剂；如果共混组分的交联活性点的性质不同，应采用多官能团交联剂，也可以对聚合物进行化学改性，使其具有新的活性点。

在NR、BR、SBR、NBR等通用橡胶的共混中，由于这些橡胶具有相同性质的交联活性点，可采用相同的硫化体系。但是，由于硫化助剂在不同橡胶中溶解度不同，所以在实际应用中还需精心设计配方，才能达到较好的共硫化。

其他橡胶共混体系，可选用适宜的硫化体系。如EPDM／IIR只可采用硫黄促进剂体系，氟橡胶、丙烯酸酯橡胶共混体系可选用胺类交联剂，乙丙橡胶与硅橡胶共混可选用过氧化物交联剂等。