橡胶加工工艺学复习及答案.doc

绪论1. 橡胶材料的定义、基本特点、应用领域橡胶材料的定义：橡胶是高分子材料的一种； 常温下的高弹性是橡胶材料的独有特征是其他任何材料所不具备的，因此橡胶也被称为弹性体基本特点：（1）具有高弹性（2）具有粘弹性（3）具有缓冲减震作用（4）具有电绝缘性（5）具有温度依赖性（6）具有老化现象（7）必须进行硫化应用领域：交通运输、建筑、电子、石油化工、农业、机械、军事、医疗等各个工业部门以及信息产业 2相关概念：橡胶、生胶、混炼胶、硫化胶橡胶：橡胶是一种材料，具有特定的使用性能和加工性能，属有机高分子材料 生胶: 没有加入配合剂且尚未交联的橡胶。一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。 混炼胶 ：生胶与配合剂经加工混合均匀且未被交联的橡胶。常用的配合剂有硫化剂、促进剂、活性剂、补强填充剂、防老剂等。 硫化胶 ：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。第一章 生胶1. 橡胶的分类：按照来源、形态、交联方式、化学结构分（1）按来源与用途分天然橡胶，合成橡胶（2）按外观形态分固体，液体，粉末橡胶（3）按交联方式分化学交联的传统橡胶，热塑性弹性体（4）按化学结构分碳链橡胶，杂链橡胶2. 天然橡胶与合成橡胶在品种、产量、性能和用途上的对比生胶类型 品种 产量 性能 用途宽广天然橡胶 较少 较低 综合性能好 较窄合成橡胶 较多 较高 特种性能好 较广3. 天然橡胶（NR）：分子结构、自补强性（原因）、性能（非极性、耐寒、耐热、弹性、机械性能、绝缘性好、化学性能等）分子结构：自补强性：在不加补强剂的条件下，橡胶能结晶或在拉伸过程中取向结晶，晶粒分布于无定形的橡胶中起物理交联点的作用，使本身的强度提高的性质。天然橡胶的性能：（1）耐寒性好（2）耐热性不是很好（3）弹性较高，在通用胶中仅次于顺丁橡胶（4）机械强度高（斯格林强度：未硫化橡胶的拉伸强度）(5)是非极性物质，是一种较好的绝缘材料(6)良好的耐化学药品性及一般溶剂作用，耐稀酸、稀碱，不耐浓酸、油，耐水性差(7)NR中有双键，能够与自由基、氧、过氧化物、紫外光及自由基抑制剂反应; NR中有甲基（供电基），使双键的电子云密度增加，-H的活性大，使NR更易反应（易老化、硫化速度快）。4. 聚丁二烯橡胶（顺丁胶、BR）：结构、特性（不饱和、非极性、耐寒性好、弹性、耐磨性等，无自补强性，强度低）分子结构： 特性(1)不饱和性橡胶，可与硫磺及氧起反应，化学活性较NR 低，耐热耐老化性较NR好。(2)非极性橡胶，耐油性差(3)结晶性橡胶，无自补强作用，强度低 (4)弹性高（最高）；耐低温（Tg= 105）；耐磨（Tg有关）；生热小(5)加工性能差（对温度敏感，温度高则易脱辊）， 不耐撕裂，粘着性差，抗湿滑性不佳（6）较易冷流5. 丁苯橡胶（SBR）：丁二烯、苯乙烯共聚而成；特性（不饱和、非极性、耐气透性、耐磨性等）丁二烯和苯乙烯（70：30）的共聚物。为浅黄褐色弹性体分子结构： 特性：（1）不饱和性橡胶，化学活性较NR 低，硫化速度较慢，耐热耐老化性较好。（2）非极性橡胶，耐油性差（比NR 稍好）（3）非结晶性橡胶，无自补强性，纯胶强度为1.43.0 MPa，因此需用炭黑补强 。（4）耐磨性，耐气透性良好（5）弹性低，耐寒性，自粘性差，生热大，加工收缩性大。充油后能降低生热，加工性能好。另外，SBR不易过炼，可塑度均匀。6. 聚异戊二烯橡胶（异戊橡胶，IR）：合成天然橡胶根据所用催化剂的不同分为钛型（高顺式）和锂型（中顺式）。 性能（与NR相比）：（1）硫化速度较慢，硫化胶的拉伸强度、定伸应力、撕裂强度和硬度等均较低，而扯断伸长率较大。弹性较好、生热小、 抗龟裂性好。（2）耐水性、电绝缘性及耐老化性比NR好（3）易于塑炼，流动性优于NR，但对填料的分散性及粘着性比NR差。7. 乙丙橡胶：特性（耐腐蚀、化学稳定性、电绝缘性等）、二元乙丙橡胶（EPM）需如何硫化？分子结构式： 特性：（1）饱和性橡胶，耐热、耐老化、耐化学腐蚀性优秀，化学稳定性极高。（2）非极性橡胶，耐油性差。（3）非结晶性橡胶，无自补强性，需补强 。（4）弹性好(仅次于NR，BR)，耐冲击性能好(分子上为单键)，耐热水（5）电绝缘性相当好(5)可用硫磺来硫化，也可用过氧化物来硫化，但二元乙丙橡胶只能用过氧化物来硫化。（6）硫化速度慢，与其他不饱和橡胶并用难，自粘性及互粘性 较差，加工性能不好8. 丁基橡胶（IIR）：哪两种单体共聚、特性IIR由异丁烯与少量异戊二烯单体在低温下（约-100 ）共聚而成。呈白色或灰白色半透明状分子结构特性：（1）饱和性橡胶，耐热、耐臭氧、耐化学腐蚀性能优良。（2）非极性橡胶，耐油性差。（3）结构较规整，伸长时能结晶（Tg= - 65 ）强度较高。（4）具有优异的气密性（5）良好的绝缘性能（体积电阻大），减震消音（6）硫化速度慢（双键少），并用性能差，粘着性差，易生热 ，弹性较小。 9. 氯丁橡胶（CR）、不饱和、极性橡胶，硫化（金属氧化物）分子结构 特性（1）不饱和性橡胶，化学性质稳定，耐老化性能优良。（2）极性橡胶，耐油耐溶剂性能优良，气密性、粘着性好，有导电性。（3）易结晶性（Tg=-43），有自补强作用，有自熄性，阻燃，贮存稳定性差，对温度敏感，需用金属氧化物（ZnO、MgO）来硫化。(4)弹性较低，耐寒性较差，低温使用不理想。（极性橡胶共同点）10. 丁腈橡胶（NBR）：丁二烯、丙烯腈共聚而成分子结构特性；（1）非结晶、不饱和的极性橡胶，强度低。（2）优异的耐油、耐溶剂性。（3）耐热，耐老化，耐磨性较好。（4）耐气透性良好（有极性的缘故），但电绝缘性不好，属于半导体（5）弹性、耐寒性、耐屈挠性、抗撕裂性较差11. 硅橡胶（Q）：使用的温度范围、无毒无味、相当好的稳定性、硫化方式；氟橡胶耐发烟硫酸.性能1）非碳链饱和性橡胶，能结晶，弹性、耐寒性、耐热性、耐老化性及耐腐蚀性好。 硅橡胶是所有橡胶中使用温度范围最宽的。（2）无毒无味，具有生理惰性，有相当好的稳定性。（3）强力低，耐酸碱性不好，需用白炭黑补强，不能用硫黄硫化，而是用过氧化物进行交联。氟橡胶（FPM）特性（1）为结晶性、饱和、极性的橡胶，耐热性（300），耐化学腐蚀性，耐油性较好，是唯一能耐发烟 H2SO4的橡胶。（2）需用过氧化物、有机胺及其衍生物来硫化。（3）气密性与IIR相近。 （4）弹性、耐寒性较差，机械强度不高12. 聚氨酯橡胶（U）聚氨基甲酸酯橡胶的总称，耐磨性最好聚氨酯橡胶（U）是聚氨基甲酸酯橡胶的总称，它由聚酯（或聚醚）与二异氰酸酯类化合物缩聚而成。结构式：性能（2）饱和性橡胶，拉伸强度高（27.541.2 MPa），耐磨性最好。（2）耐油，耐氧化，耐臭氧，耐寒性能好，气密性仅次于IIR。13. 丙烯酸酯橡胶（ACM）（耐热、耐油）丙烯酸酯橡胶是由丙烯腈与其它不饱和单体共聚而制得，常见的品种是丙烯酸丁酯与丙烯腈的共聚物结构式性能：具有饱和性与极性橡胶的共同特性，最大的特点是兼有优越的耐热和耐油性；但耐寒性、耐水性差。14. 氯醚橡胶的特性（耐寒、耐油）氯醚橡胶指侧基上含有氯的聚醚型橡胶，由环氧氯丙烷均聚或与环氧乙烷共聚而得。均聚物:CO共聚物:ECO性能：极性橡胶，具有良好的弹性、耐寒性、耐油性、耐热性以及良好的气密性、粘着力和自熄性，为目前兼有耐寒和耐油性最好的一种橡胶。但强度较低，耐磨性差，且不能用硫磺来硫化。15. 热塑性弹性体的概念、性能概念：指在常温下具有橡胶的弹性，在高温下又能塑化成型的一类聚合物（介于塑料与橡胶之间的材料）。 性能（1）既有橡胶性质又有塑料性质。（2）不需硫化，不加补强剂也有相当高强度（PS的缔合作用），若添加补强剂可进一步提高硬度和耐磨性。（3）可用加工塑料的设备来进行加工。（4）耐热、耐老化性能不好。16粉末橡胶、硫化胶粉、再生胶的概念粉末橡胶：指粒径在1毫米以下的粉末状橡胶。硫化胶粉：指废旧橡胶制品和硫化胶的边角废料经粉碎加工处理而得到的粉末状橡胶材料。再生胶：再生胶是指将废旧的橡胶制品和硫化胶的边角废料经加工处理后，去掉硫化胶的弹性而恢复塑性和粘性，使其重新获得与生胶混合和硫化能力的材料。 第二章 硫化体系配合剂1. 硫磺主要用于哪些生胶的硫化，溶解特性。主要用于NR和二烯类通用合成橡胶溶解特性：溶解度随胶种而异，溶解度随温度升高而增大2. 喷硫、危害及其防治。喷硫：过量的硫黄析出胶料表面形成结晶。危害：降低胶料表面的粘着力，影响与其它部件的粘合强度，给生产带来困难； 同时影响制品外观，成为质量缺陷。防治：在尽可能低的温度下或至少在硫黄的熔点以下缩短时间且要混炼均匀；在胶料中配用再生胶；加硫黄之前先加入某些软化剂；使用槽法炭黑；硫黄和硒并用均可减少喷硫，采用不溶性硫黄是消除喷硫的最可靠方法。 3. 硫磺硫化交联键的类型，各自的特点。交联键类型 结 构 键能（kJ/mol） 性能 单硫键 CSC 227 耐热，耐老化性能较好 拉伸性能，耐疲劳性能较差双硫键 CS2C 167多硫键 CSXC 115 机械强度高，耐疲劳性 好，耐热耐老化性能差4. 有机过氧化物主要用于哪些橡胶的硫化？有机过氧化物指分子中含有过氧化基团（-O-O-）的化合物， 主要适用于饱和橡胶如硅橡胶，乙丙橡胶，氟橡胶等。5. 焦烧的概念、产生的原因、预防的方法。焦烧：指胶料在硫化前的加工操作或停放过程中出现的早期硫化现象。 产生的原因：(1)配方设计不当，硫化体系配置失衡，硫化剂、促进剂用量超常。(2)对某些需要塑炼的胶种，塑炼未达要求，可塑性太低，胶质过硬，导致炼胶时急剧升温。炼胶机或其它辊筒装置(如返炼机、压延机)辊温太高，冷却不够，也可能导致现场焦烧。(3)混炼胶卸料时出片太厚，散热不佳，或未经冷却，即仓促堆积存放，加上库房通风不良、气温过高等因素，造成热量积累，这样也会引发焦烧。(4)胶料存放过程中管理不善，在剩余焦烧时间用尽之后，仍堆放不用，出现自然焦烧。预防的方法：(1)胶料的设计要适宜、合理，如促进剂尽可能采取 多种并用方式。抑制焦烧。为适应高温、高压、高速炼胶工艺，在配方中还可配用适量(0.30.5份) 的防焦剂。(2)加强炼胶及后续工序中对胶料的冷却措施，主要 通过严控机温、辊温及保证有充沛的冷却水循环，使操作温度不逾越焦烧临界点。(3)重视胶料半成品的管理，每批料应有流水卡跟随，贯彻“先进先出”的存库原则，并规定每车料的最长留库时间，不得超越。库房应有良好的通风条件。6. 防焦剂（硫化延迟剂）的概念。概念：能抑制产生早期硫化的化学药品，称为防焦剂或硫化迟延剂。第三章 补强填充剂1. 填料的分类按作用分：补强剂，填充剂按颜色分：黑色填料，非黑色填料按来源分：有机填料，无机填料按形状分：粒状填料，树脂填料，纤维填料2. 影响炭黑补强性能的三个因素。（1）炭黑粒子的化学活性和表面化学性质（2）炭黑粒子的大小（3）炭黑粒子的结构性3. 炭黑的用量对补强性的影响。炭黑用量对补强性的影响表现在：（1）硬度、定伸应力和生热性等，随炭黑增量出现单调增大（2）回弹性，伸长率等随炭黑增量出现单调下降；（3）抗张强度，撕裂强度及耐磨耗性等随炭黑增量出现最大值4. 白炭黑硫化胶的主要特点。白炭黑硫化胶的主要特点是：具有较高的拉伸强度和撕裂强度，生热低，耐热性和电绝缘性好，但永久变形大，硬度较高。且白炭黑有迟延硫化作用 5. 常见的矿质填充剂及其应用。（1）碳酸钙（CaCO3）广泛用于非轮胎系统 （2）陶土（高岭土粘土、瓷土 ）广泛用于非轮胎系统（3）碳酸镁(MgCO3) 可作半透明，透明橡胶制品及体育用品的填料，（4）硫酸钡（BaSO4）广泛用作填充剂及着色剂（5）其它类型矿质填料: 滑石粉,立德粉(锌钡白),石膏,石棉粉,钛白粉（TiO2）,三氧化二铁氧化锌,氧化镁等第四章 软化剂与增塑剂1. 苯胺点的概念概念:相同体积的石油系增塑剂和苯胺相互溶解时的最低温度2. 软化剂、增塑剂的区别。软化剂为非极性物质，来源于天然物质，常用于非极性橡胶中。增塑剂为极性物质，多数是人工合成产物，多半用于极性橡胶和塑料中.3. 软化增塑剂增塑的本质是？ 增塑的本质是橡胶被增塑剂稀释4. 判断软化增塑剂与橡胶分子间互溶性的基本原则有哪些？(1) .溶解度参数相近相溶 (2)相似相溶或同类相溶 (3)溶剂化效应第五章 防老剂1. 橡胶老化的实质是什么？橡胶老化的实质是橡胶分子结构在各种外界因素的作用下发生了变化2. 造成橡胶老化的因素。（1）化学因素 （2）物理因素 （3）生物因素3. 产生臭氧龟裂的两个因素。产生臭氧龟裂的两个因素：形变、臭氧4. 疲劳老化过程的实质。疲劳老化过程实质上是由机械力、氧化、臭氧化三种因素的综合作用而产生的 5. 醛胺类防老剂、防4010（CPPD）的特性防AH ：优良的抗热氧作用,可作NBR的增塑增粘剂。防AP：抗热氧性能良好 。此类防老剂对臭氧龟裂和屈挠龟裂无防护效应防4010（CPPD）： “全能的防老剂”6. 胺类、酚类、杂环类防老剂分别属于何种抗氧剂胺类: 断链型抗氧剂酚类: 断链型抗氧剂杂环类:阻止型抗氧剂 7. 防老剂的并用：加和效应、协同效应（杂协同效应、均协同效应）加和效应：指两种或两种以上的防老剂并用时，抗氧作用具有加和性 协同效应：指两种或两种以上的防老剂并用时，总效应超过单独加和效应 。杂协同效应:当将胺类或酚类防老剂和含硫、磷或杂环防老剂并用时会产生协同效应均协同效应:两种或两种以上的以相同机理起作用的防老剂并用所产生的协同效应8. 防老剂选用的原则(1).橡胶制品的使用条件及引起老化的因素(2)考虑所采用橡胶及配合剂的性质(3)加工过程中工艺条件的影响(4)考虑对防老剂本身性质的选择(5)防老剂的配合(6)防老剂的用量第六章 配方设计1. 配方设计工作者应掌握的知识有哪些？橡胶工业所使用的生胶和原材料的特性及物理化学反应的知识。生产设备、生产方法及原理的知识。产品结构及使用条件的知识。国内外技术发展情况的知识。原材料的来源，价格的知识等。2. 橡胶配方的表示方法有哪些？（1）质量份数 （2）质量百分数 （3）体积百分数3. 各种配方的换算关系（要会计算） 配方组分质量百分数= 基本配方中组分的质量份数/基本配方总质量份数配方组分体积=基本配方中组分的质量份数/该组分的密度 配方组分体积百分数= 配方组分体积/配方胶料总体积换算系数=炼胶机的容量（Kg）/基本配方总质量份数配方组分生产配方=基本配方中组分的质量份数换算系数 第七章 塑炼1. 是否所有的生胶都需要塑炼？哪些橡胶可以不用塑炼？不是，流动性好的橡胶可以不用塑炼，如硅橡胶2. 橡胶增塑的方法有哪些？物理方法：加入增塑剂化学方法：化学塑解剂机械增塑法：开炼机塑炼，密炼机塑炼，螺杆塑炼机塑炼3. 低温下塑炼时，生胶需具备哪些条件？（1）大分子链中有较弱的化学键（2）大分子链中易受到机械力的作用（3）大分子链中易受到机械力的作用（4）大分子链生成的氢过氧化物分解时应导致大分子链断裂而不是交联第八章 混炼1. 母炼胶的概念母炼胶：某些配合剂以较大的剂量预先与生胶混炼在一起制成简单组分的混合物料 2. 生胶混炼时常见的流动状态有哪些？（1）不能紧包前辊 （2）紧包前辊 （3）脱辊出兜 （4）粘流态包辊3. 结合橡胶的概念、形成原因。概念：混炼时，橡胶分子能与活性填料（主要是炭黑）的粒子结合生成不溶性的炭黑橡胶凝胶，称为结合橡胶。形成原因：橡胶分子通过范德华力吸附在炭黑表面颗粒上。炼胶时橡胶分子断裂形成的游离基与炭黑粒子表面的活性部位结合而成。炼胶时炭黑附聚物破裂后生成活性的新表面直接与橡胶分子反应而结合。橡胶分子缠结在已与炭黑粒子结合的橡胶分子中，或与之发生交联作用，形成结构复杂的结合橡胶。4. 混炼胶的概念概念：混炼胶是由粉状配合剂分散于生胶中组成的多相，具有动力学稳定性，不具有热力学稳定性5. 混炼时加料的顺序。一般原则：（1）用量少，难分散的配合剂先加（2）用量大，易分散的后加（3）为了防止焦烧，硫黄和超速促进剂一般都放在最后加入第九章1. 压延过程是物料在压延机辊筒的挤压力作用下发生塑性流动变形的过程2. 最大松弛时间表示胶料从弹性变形转为粘性流动所需要的时间 。3. 辊筒挠度的补偿措施有哪些？（1）凹凸系数法 （2）轴交叉法 （3）反弯曲法4. 压延效应压延后的胶片半成品中，有时会出现一种纵横方向物理机械性能差异的现象，即沿着压延方向的拉伸强度大、伸长率小、收缩率大，而沿着垂直于压延方向的拉伸强度小、伸长率大、收缩率小。这种纵横方向性能差异的现象叫压延效应。第十章 压出1. 橡胶挤出与塑料挤出的不同点。（1）橡胶的挤出以半成品为主。（2） 物料以混炼胶的胶条或胶粒等非玻璃态加入到挤出机（3）混炼胶之所以有可塑性，是因为混炼胶的相对分子量较低 2. 胶料在机筒中的流动可分解为哪几种类型？在压出过程中，胶料实际的流动行为是怎样的？胶料在机筒中的流动可分解为顺流、逆流、横流和漏流四种形式；在压出过程中，胶料的流动实际上是四种流动的组合，既不会有真正的倒流，也不会有完全封闭型的环流，而是以螺旋形的轨迹在螺槽中向前移动。3. 橡胶压出工艺中，机台各部位的温度是如何分布的，其目的是？口型处最高，机头次之，机筒最低。目的：挤出半成品表面光滑、挤出过程顺利和减小膨胀率。4. 挤出工艺对胶料的要求有哪些？ 水分及挥发物含量尽可能低，以免产生气孔。 无外来杂质颗粒，以免造成破裂。 胶料宜有较小的弹性变形，以保证制品尺寸稳定。 有足够长的门尼焦烧时间，防止挤出过程产生自硫。 有一定自润滑性，发热量低。 胶料要保持一定的挺性，防止停放变形。第十一章 硫化1. 硫化的概念硫化是混炼胶料在一定条件下，橡胶分子由线型结构转变成网状结构的交联过程， 即是把具有塑性的胶料转变成具有弹性的硫化胶的过程。2. 橡胶的硫化历程可分为哪几个阶段？（1）诱导阶段（焦烧期）（2）交联反应阶段（3）网构成熟阶段（4）过硫化阶段3. 正硫化的概念又称最宜硫化，指橡胶制品的性能达到最佳值时的硫化状态；从硫化反应动力学原理来说，正硫化指胶料达到最大交联密度时的硫化状态。4. 正硫化时间的测定方法？（1）物理化学法：游离硫测定法，溶胀法（2）物理机械性能法：300%定伸应力法，拉伸强度法，压缩永久变形法，综合取值法（3）专用仪器法：门尼粘度仪，各种类型硫化仪5. 专用仪器法的优点所获结果不是代表某一个点，而是连续测定硫化全过程在测定正硫化时间的同时，还能测得橡胶的焦烧性能、硫化平坦性能和可塑性等。一次试验即能获得全套数据，可以节省人力、胶料和时间，适合工业生产的需要可以防止主观判断的弊端。6. 硫化的三要素？硫化三要素”：硫化压力、硫化温度和硫化时间7. 硫化过程施压的目的。防止制品在硫化过程中产生气泡，提高胶料的致密性。使胶料在模内流动，迅速填满模腔。提高橡胶与布层的密着度。有助于提高胶料的物理机械性能。8. 等效硫化时间的概念。指在不同硫化温度下达到相同硫化效果的时间