【橡胶工艺】-橡胶材料基础知识

橡胶材料基础知识橡胶材料基础知识橡胶基本知识60℃至－80℃，耐热可高到＋180℃至＋350℃。橡胶还耐各种曲挠、弯曲变形，因为滞后损失小。橡胶的第三个特征在于它能与多种材料进行并用、共混、复合，由此进行改性，以得到良好的综合性能。橡胶的这些基本性能，是它成为工业上极好的减震、密封、屈挠、耐磨、防腐、绝缘以及粘接等材料。第一章 橡胶的种类、特性和用途在全世界，橡胶（包括塑料改性的弹性体）的种类已超过100种。如果按1000种。一：橡胶的分类1． 按原材料来源与方法橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类其中天然橡胶的消耗量占1／3，合成橡胶的消耗量占2／3。2． 按橡胶的外观形态橡胶可分为固态橡胶（又称干胶、乳状橡胶（简称乳胶、液体橡胶和粉末橡胶四大类。3． 根据橡胶的性能和用途除天然橡胶外，合成橡胶可分为通用合成橡胶、半通用合成橡胶、专用合成橡胶和特种合成橡胶。4． 根据橡胶的物理形态橡胶可分为硬胶和软胶，生胶和混炼胶等。根据橡胶种类及交联形式，在工业使用上，橡胶又可按如下分类。一类按耐热及耐油等功能分为：普通橡胶、耐热橡胶、耐油橡胶以及耐天候老化橡胶、耐特种化学介质橡胶等。另一类按橡胶的软硬程度划分为：一般橡胶、硬橡胶、半硬质胶、硬质胶、微孔胶、海绵胶、泡沫橡胶等。具体分类方法见表一分类方法分类名称分分类方法分类名称分 类 说 明1天然橡胶1按橡胶的来源分类2合成橡胶它是采集橡胶树或橡胶草等含胶植物中的胶汁，经过区杂质、凝聚、液压、干燥等加工步骤而制成的，其主要化学组成成分是不饱和的橡胶烃。它是从石油、天然气或煤和石灰石以及农副产品中（现在主要是从石油化工产品中）提炼某些低分子的不饱和烃做原料，制成“单体”物质，然后经过复杂的化学反应而获得的人工合成的高分子聚合物，故有人造橡胶之称。合成橡胶的种类很多，现在已经工业化生产的有：丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁晴橡胶、丁丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、以及聚硫橡胶等。2根据橡胶1通用橡它是指产量大、应用广、在使用上一般无特殊性能要求的通用橡胶而言。主要有：天然橡胶、丁苯橡胶、丁晴的性胶橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等 7能和大品种。用途用途分类2 特种橡胶它是指用于特殊用途中，如：耐油、耐酸碱、耐高温、耐低温、耐辐射等橡胶而言。主要有：乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨生橡胶各种工业制品的需要，软橡胶可用不同性能的天然或合成生橡胶，加入各种不同比率的配合剂，就可以制成不各种工业制品的需要，软橡胶可用不同性能的天然或合成生橡胶，加入各种不同比率的配合剂，就可以制成不3根据橡胶的物3硬橡胶同硬度和具有特殊性能的橡胶制品。又称硬质橡胶，它与软橡胶的不同之处是含有大量硫磺（25％～50％）的生胶经过硫化而制成的硬质制品。这理形种橡胶具有较高的硬度和强度，优良的电气绝缘性以及态分对某些酸、碱和溶剂的高度稳定性。广泛用于制作电绝类缘制品和耐化学腐蚀制品。4混炼胶它是指在生胶中加入各种配合剂，经过炼胶机的混合作用后，使其具有所需要物理机械性能的半成品，俗称胶料。通常均作为商品出售，购买者可直接用它加工、硫化压制成所需要的橡胶制品，不需要再配制胶料，混炼胶有不同的品种和牌号。再生胶是以废轮胎和其他废旧橡胶制品为原料，经过一

酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、聚硫橡胶等简称生胶，是指由天然采集、提炼或人工合成、未加配合剂而制成的原始胶料，为较硬的大块。生胶是一种不饱和的橡胶烃，未经配合的生胶性能较差，不能直接使用。是指在生胶中加入各种配合剂，经过塑炼、混炼、硫化等加工过程而制成为具有高弹性、高强度和其他实用性能的橡胶产品。一般所谓的橡胶就是这种软橡胶。根据5再生胶

定的加工过程而制成的具有一定塑性的循环可利用橡胶。它是橡胶工业中的主要原料之一，可以部分地代替生胶，节约生胶。二：常用橡胶的品种、特性和用途常用橡胶的品种、特性和用途见表二表二 常用橡胶的品种、特性和用途（简写符号）弹性大，定伸强度高，抗制作轮胎、胶鞋、（简写符号）弹性大，定伸强度高，抗制作轮胎、胶鞋、撕裂性和电绝缘性优良，胶管、胶带、电线耐磨性和耐旱性良好，加电缆的绝缘层和以橡胶烃（聚工性佳，易于其它材料粘护套以及其他通1．天然橡胶异戊二烯）为主，含少量蛋用制品。特别适用于制造扭振消除（NR）白质、水分、氧和耐臭氧性差，容易老器、发动机减震树脂酸、糖类化变质；耐油和耐溶剂性器、机器支座、橡和无机盐等。不好，第抗酸碱的腐蚀能胶－金属悬挂元60℃～＋80℃。性能接近天然橡胶，是目前产量最大的通用合成橡胶，其特点是耐磨性、

化学组成 性能特点 主要用途2．丁苯橡胶（SBR）3．顺丁橡胶

丁二烯和苯乙烯的共聚体。是由丁二烯聚

耐老化和耐热性超过天优点是：弹性与耐磨性优良，耐老化性好，耐低温性优异，在动态负荷下发热量小，易于金属粘合。

主要用以代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。一般多和天然橡胶或丁苯橡胶并

合而成的顺式 缺点是强度较低抗撕裂结构橡胶。 性差加工性能与自粘性

用，主要制作轮胎差。使用温度范围：约－60差。使用温度范围：约－60℃～＋100℃。化学组成、立体结构与天然橡胶相似，性能也非常接近天然橡胶，故有合成4．异戊橡胶是由异戊二烯单体聚合而成可代替天然橡胶制作轮胎、胶鞋、（IR）的一种顺式结老化由于天然橡胶，弹性胶管、胶带以及其构橡胶。和强力比天然橡胶稍低，他通用制品。加工性能差，成本较高。50℃～＋100℃这种橡胶分子中含有氯原主要用于制造子，所以与其他通用橡胶相要求抗臭氧、耐比：它具有优良的抗氧、抗老化性高的电臭氧性，不易燃，着火后能缆护套及各种自熄，耐油、耐溶剂、耐酸防护套、保护碱以及耐老化、气密性好等罩；耐油、耐化5．氯丁橡胶是由氯丁二烯做单体乳液聚学腐蚀的胶管、胶带和化工衬（CR）合而成的聚合橡胶，也可用作特种橡胶。里；耐燃的地下体。主要缺点是耐寒性较差，比采矿用橡胶制重较大、相对成本高，电绝品，以及各种模缘性不好，加工时易粘滚、压制品、密封易焦烧及易粘模。此外，生圈、垫、粘结剂胶稳定性差，不易保存。使用温度范围：约－45℃～＋100℃。等。最大特点是气密性好，耐臭主要用作内胎、氧、耐老化性能好，耐热性水胎、气球、电较高，长期工作温度可在线电缆绝缘层、是异丁烯和少6．丁基橡胶 量异戊二烯或（IIR） 丁二烯的共聚体。

130℃以下；能耐无机强酸（如硫酸、硝酸等）和一般有机溶剂，吸振和阻尼特性良好，电绝缘性也非常好。缺点是弹性差，加工性能

化工设备衬里及防震制品、耐老化的胶布制品。差，硫化速度慢，粘着性和耐油性差。使用温度范围：约－40℃～＋120℃。特点是耐汽油和脂肪烃油类的性能特别好，仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯和氟橡胶，而优于其他通用橡胶。7．丁晴橡胶丁二烯和丙烯耐热性好，气密性、耐磨及耐水性等均较好，粘结力主要用于制造各种耐油制品，（NBR）晴的共聚体。强。缺点是耐寒及耐臭氧性如胶管、密封制较差，强力及弹性较低，耐品等。酸性差，电绝缘性不好，耐极性溶剂性能也较差。使用温度范围：约－30℃～＋100℃。它是通过全部或部分氢化NBR的丁二烯中的双键而得到的。其8．氢化丁晴橡丁二烯和丙特点是机械强度和耐磨性高，用主要用于耐油、胶烯晴的共聚过氧化物交联时耐热性比NBR耐高温的密封（HNBR）体。好，其他性能与丁晴橡胶一样。制品。缺点是价格较高。使用温度范围：约－30℃～＋150℃。特点是抗臭氧、耐紫外线、耐天候性和耐老化性优异，居通用橡乙烯和丙烯9．乙丙橡胶 般分为二元（EPM\EPDM） 乙丙橡胶和三元乙丙橡胶。为主链含有硅、氧原子的10．硅橡胶（Q）用的是硅元素。是由含氟单

胶之首。电绝缘性、耐化学性、）（100℃－60℃～＋200℃。300℃，耐酸碱，耐油性是耐油橡胶中最好的，抗辐射、耐高真空性能好；

主要用作化工主要用于制作耐高低温制品（、耐高温电线电缆绝缘层，主要用于国防工业制造飞机、火箭上的耐真11． 氟橡胶（FPM）

体共聚而成的有机弹性体。有聚酯（或聚

电绝缘性、机械性能、耐化学腐使用温度范围：－20～其特点是耐磨性好，在各种橡胶中是最好的；强度高、弹性好、

空、耐高温、耐制作轮胎紧挨由零件、垫圈、12． 聚氨酯 醚与二异氰橡胶 酸酯类化合（AU\EU） 物聚合而成的弹性体。

耐油性优良。耐臭氧、耐老化、－30℃～＋80℃。

防震制品，以及其特点是兼有良好的耐热、耐油性能，在含有硫、磷、氯添加剂的润滑油中性能稳定。同13． 丙烯酸它是丙烯酸可用于制造耐油、耐热、酯橡胶乙酯或丙烯寒性差，不耐水，不耐蒸汽及耐老化的制（ACM\AE酸丁酯的聚有机和无机酸、碱。在甲醇、品，如密封M）合物。乙二醇、酮酯等水溶性溶液内件、胶管、化膨胀严重。同时弹性和耐磨性工衬里等。差。使用温度范围：约－25℃～＋150℃。它是聚乙烯 优于其它橡胶。阻燃、耐热、发生器上的14． 氯磺化 经氯化和磺 耐溶剂性及耐大多数化学药 密封材料制聚乙烯橡胶 化处理后所 品和耐酸碱性能较好电绝缘 造耐油密封（CSM） 得到具有弹 性尚可耐磨性与丁苯橡胶相 件电线电缆性的聚合物。 似缺点是抗撕裂性能差加 包皮以及耐约－20℃～＋120℃。和化工衬里。由环氧氯丙 特点是耐脂肪烃及氯化烃溶 可用作胶管、15． 氯醚橡 烷均聚或由 剂耐碱耐水耐老化性能 密封件薄膜胶 环氧氯丙烷 极好耐臭氧性耐候性紧挨 和容器衬里、（CO\ECO 与环氧乙烷 热性气密性高缺点是强力 油箱、胶辊，） 共聚而成的 较低弹性较差电绝缘性不 制造油封水聚合物。 良。使用温度范围：约－ 封等。40℃～＋140℃。性能与氯磺化聚乙烯橡胶接是聚乙烯通 近其特点是流动性好容易16． 氯化聚乙烯橡胶 过氯取代反（CM或 应制成的具CPE） 有弹性的聚合物。

加工有优良的耐天候性耐 电线电缆护臭氧性和耐电晕性耐热耐 套、胶管、胶酸碱耐油性良好缺点是弹 带胶辊化工性差压缩变形较大电绝缘 衬里等。性较低使用温度范围约－20℃～＋120℃。第二章 橡胶工业制品的种类橡胶工业制品是除轮胎、胶管、胶带等之外的其他橡胶制品。主要包括以下几类。一：橡胶密封制品O型橡胶密封圈、旋转轴唇形密封件（油封、复合密封、异形断面橡胶密封件、制动皮碗皮圈、汽车制动气室橡胶隔膜、橡胶密封条、橡胶防尘套（罩、皮膜、水封制品、吸水膨胀橡胶、桥面橡胶伸缩缝等。二：橡胶减震制品橡胶减震制品包括橡胶减震器、橡胶气弹簧、橡胶弹性联轴节、可屈挠橡胶接头、橡胶护舷、汽车用橡胶减震器、火车机车用橡胶减震器、橡胶轨枕垫、桥梁橡胶支座等。三：硬质橡胶四：橡胶海绵制品五：胶板与防水卷材六：胶辊七：纺织用橡胶制品八：印刷工业用橡胶制品九：橡胶衬里十：橡胶电绝缘制品十一：软木橡胶第三章 橡胶的性能及测定硫化橡胶的性能主要指机械性能、耐热性能、耐寒性能、耐介质性能、耐磨耗性、耐天候老化性、阻燃性能和电绝缘性能等，它们对橡胶制品的使用性能和产品质量具有决定性的影响。硫化橡胶的性能与其配方组成密切相关，选择不同的配方组成，可以使硫化橡胶的性能在较宽的范围内变化。因此，研究性能与配方组分之间的关系，是配方设计的主要内容之一。橡胶的性能可分为两大类，及结构性能和功能特性，结构性能是指第四章 橡胶制品生产工艺流程（见附表）骨架制备纤维织物骨架制备纤维织物溶剂骨架处理热处理浸胶胶浆制备上粘合剂压延织物刮胶检查包装配料混炼压片半成品制备仓库硫精密预成型模具检查模具设计加工5聚合釜的长径比V0=30m3。.在确定聚合釜的容积的时候，0.6～0.850.8～0.85[18]0.8。V 0.8V030

(5-1)带入V0

=30(m3)得V

37.5(m3)由于聚合釜筒体的高径比由所装的物料类型确定。若装的是乳化液则高径比在2.08～3.85[1]之间又因为高径比大了有助于传热减小搅拌功率等故暂且取为3.3H/D 3.3。i由于V

D3(H/Di i

)[19]

(5-2)将高径比与V=37.5(m3)带入(5-2)中可Di=2.437(m)Di=2400(mm)由元整出的直径按下式得罐体的高度HVV'D2

(5-3)4 iV'为封头的体积，故需要计算封头的体积。综合考虑本聚合釜采用椭圆型标准封头K1，

D'i 22h'i因为封头底圆直径D'Di

h'

Di600(mm)i 4椭圆型封头容积计算公式为2 V' D2h'

(5-4)3 4 i i又因为选用的是标准型故进一步化简为V'

D3[20]24 i

(5-5)带入数据得封头体积为V')21同时椭圆形封头的内表面积为校核长径比

S D2封头 iS )封头

(5-6)将V'

带入到(5-3)H=7.9(m)H=8(m)=8000(mm)。校核：H/D8/2.43.333与设计值比较大致相等故满足设计要求。i搅拌器的计算根据反应釜内液体容积及粘度和流体性质选择布鲁马金式搅拌器， D/T 的范围为0.33～0.40D/T=0.35D=0.84(m)D=0.8(m)。V=37.5(3μ=(Pa·s[21]7u=12.8(m/min)q ud

T2/4

12.8

3.142.424

57.88m3min假设为湍流操作，NRe=1.5×103由文献[21]中的排出流量数与搅拌雷诺数的关系可得N qdqN dqd ND3

(5-7)N qdN D3

/min)0.650.843qdN ND289960)0.842

1588.37Re 1搅拌器的功率Np为常数

N 1588.371000RePKN3D5 (5-8)又有参考文献[22]可得，3层四叶的布耳马金的K1选K1=4.522P4.50899查资料[22]可选择，Y型异步电动机，机型号为XL10，功率为30KW传热的计算设计的反应器除热主要采用内冷件，根据反应釜内液体容积及粘度和流体性质，传热量选用直管式换热器，直管为不锈钢17.4(Wm1K1)QKA(ti

t)0

(5-9)的计算i

1 1K i

1 (5-10)0L ND2b

Cc m

D0.33 20.2i a i

p b T

n

(5-11)wb wb由资料[23]可查相关数据得d0=0.036(m)，nb=170则a=0.09 b=0.65 c=0.33 d=0.4与雷诺数、Cp、、D/T=0.35带入3.37210.33

20.20.01588.30.65 0.40.30.33 17.4 17.4 170i 0.036d=0.036(m)，L=6.0(m)，tw=-2℃，t

=-3℃，P=250(kPa)氨T=-10℃，Pr=1.27时 1.132gr30.250

(5-12) 当t=-4℃时，氨气的有关物理性质：0.0116W/(m412.8(kg/m39.18106(Pa1245(kJ/kg)412.829.812450.011631030.25 1.13 393.67W/(m20 9.1810-66.04 23111K i 0

(5-13)K1

272.60W/(m2℃)1 1886.32 393.67反应9小时，第一釜氨的温度为-3℃，物料的温度为10℃～7℃，平均为8.5℃Q191652.214.1841033600/s)QKAt272.60A11.5可得A=71.05(m2)第二釜氨蒸汽0.4128(g/cm3)，氨的温度为-3℃，物料的温度为5℃Q186726.054.1841033600217017.16(J/s)QKAt272.60A8可得A=99.51(m2)Sp

d

LN3.140.0366170115.30(m2)0第一釜：换热面积A71.05m2

≤Sp

115.3m2

满足设计要求第二釜：换热面积A99.51m2

≤S 115.3m2p

也满足设计要求取反应时间为9小时，首釜R-101的换热面积为70.11(m2)，次釜R-102的换热面积为98.19(m2)据此选择换热器的冷却列管数为10组，每组管子17根。换热器的安装见图5.1。图5.1内冷件安装简图24进出口管径[24]=899(kg/3)则混合物料的体积为VM总

0.0018(m3/s)