橡胶知识讲座(修改).ppt

橡胶知识讲座 南京工业大学材料学院高分子系 讲座内容 1 橡胶工业简介2 橡胶工业常用助剂及作用3 橡胶制品基本组成与配方4 橡胶制品的生产与制备工艺 1 1橡胶的定义与性质1 2橡胶的发展概况1 3橡胶工业常用术语1 4橡胶制品分类及其应用 1 橡胶工业简介 1 1橡胶的定义与性质 橡胶是一种高弹性的高分子化合物 它具有其它材料所没有的高弹性 因而也称做弹性体 其主要特征是分于量巨大 一般都在数十万 甚至达到上百万左右 其次是具有多分散性 也即橡胶的分子是大小不等的 具有一个分布范围 这是决定橡胶成为工程材料的内在原因 橡胶材料的基本特点 具有高弹性橡胶的弹性模量小 一般在1 9 8MPa 伸长变形大 伸长率可高达1000 仍表现有可恢复的特性 并能在很宽的温度 50 150 范围内保持有弹性 这就是 橡胶状弹性 具有粘弹性橡胶是粘弹性体 由于大分于间作用力的存在 使橡胶受外力作用 产生形变时受时间 温度等条件的影响 表现有明显的应力松弛和蠕变现象 在振动或交变应力等周期作用下 产生滞后损失 具有缓冲减震作用橡胶对声音及震动的传播有缓冲作用 可利用这一特点来防除噪音和振动 具有电绝缘性橡胶和塑料一样是电绝缘材料 例如天然橡胶和丁基橡胶的体积电阻率可达到1015 cm以上 有温度依赖性高分子材料一般都受温度影响 橡胶在低温时处于玻璃态变硬变脆 在高温时则发生软化 熔融 热氧化 热分解以至燃烧等 具有老化现象如象金属腐蚀 木材腐朽 岩石风化一样 橡胶也会因环境条件变化而发生老化 使性能变坏 使用寿命缩短 必须进行硫化橡胶必须加入硫磺或其它能使橡胶硫化 或交联 的物质 使橡胶大分子交联成空间网状结构 才能得到具有使用价值的橡胶制品 但热塑性橡胶可不必硫化 必须加入配合剂为提高橡胶材料的工程价值 一般都必须在橡胶中加入各种配合剂 亦称助剂 除此之外 橡胶密度低 属于轻质材料 硬度低 柔软性好 透气性差 可做气密性材料 还是较好的防水性材料等等 正因为这些宝贵的性能 使得橡胶材料和橡胶制品的应用范围特别广泛 制品多达数万种 1 2橡胶的发展概况 第一代橡胶 天然橡胶第二代橡胶 合成橡胶第三代橡胶 热塑性橡胶 热塑性弹性体 第一代橡胶 天然橡胶 有关橡胶最早的文字记载是1525年西班牙人安吉拉著的 新世界 NewWorld 1601年托德西拉斯在著作中称海地岛居民玩的奇特的球是由树胶 Gum 制成的 至今 Gum 还是法语Goma和日语 对橡胶的称呼 而南美印第安人的方言土语则把橡放称做 Gaoutchoue 原意为 树的眼泪 其译音仍被现在的俄语和德语Kautschuk所采用 1770年英国人约瑟夫普里斯特利用橡胶擦铅笔字时 发现字迹可被控掉 因此 橡胶 词由英语的 rubout 擦掉 逐渐演变成为现在的称谓 Rubber 大戟科橡胶树属高大乔木 又名巴西橡胶树 三叶橡胶树 俗称胶树 所分泌胶乳的加工品橡胶 是重要的工业原料 在已知的产胶植物中以橡胶树的产胶量最高 质量最好 树的经济寿命可达30年左右 目前世界上使用的天然橡胶 绝大部分由橡胶树生产 天然橡胶是异戊二烯的高分子聚合物 具有很好的弹性 绝缘性 强伸性和较好的防水性 气密性 重要工业原料 现在世界上的橡胶制品已达5万余种 主要用于制造飞机 汽车等所用的轮胎 一些发达国家的橡胶消费量 包括合成橡胶 和钢铁消费量的比例为1 1 5 100 橡胶树原产于南美洲亚马孙河流域热带雨林中 当地人民早已认识到橡胶有弹性和防水功能 1493年C 哥伦布曾见海地的印第安儿童玩橡皮球 1736年法国人德 拉 孔达米纳第一次将橡胶品带去欧洲 但在较长时期内橡胶主要只被用于擦掉铅笔写的错字 1839年美国C 古德伊尔发明硫化橡胶法 1888年英国人J B 邓洛普发明汽胎 1895年开始生产汽车 此后橡胶在工业上的需要量剧增 才促进了对野生橡胶树的大规模引种驯化 在此之前 英国人H A 威克姆曾于1876年从巴西塔帕若斯河左岸的波姆附近地区 海拔70 90米 采集高产橡胶树种子7万粒 运回英国伦敦丘园播种 成苗2397株分别运往斯里兰卡 印度尼西亚和新加坡 以后在东南亚栽培的橡胶树绝大部分是这批树种的后代 1897年新加坡植物园主任H N 里德利改进了割胶方法 1915年荷兰人黑尔滕等在印度尼西亚发明胶苗芽接法 促进了橡胶栽培业在东南亚的迅速发展 中国试种橡胶树始于20世纪初 1904年云南率先从新加坡引入胶苗8000株试种成功 以后台湾 海南岛 雷州半岛等地也相继引种 至1950年全国约有110万株实生胶树 其中有60万株割胶 主要分布在海南岛 1952年海南岛 湛江和云南南部开始发展橡胶种植 广西 福建南部和广东汕头地区也有少量栽培 此后又经30多年的努力 选育出多个抗风 耐寒品种 制订了因地制宜的抗风防寒栽培措施 终于在北纬18 24 地区大面积植胶成功 世界上现有37个植胶国家 大都分布于南纬10 至北纬15 之间 植胶面积共约1 1亿亩 第二代橡胶 合成橡胶 橡胶的人工合成源于对天然橡胶化学组成和结构的科学研究 1826年法拉第 Faraday 明确了橡胶是由碳和氢组成的 1860年威廉姆斯 Williams 发现橡胶经蒸馏可产生异戊二烯化合物 并认为异戊二烯是天然橡胶的基本化学成分 1875年鲍查达 Bouchardat 研究认为 利用异戊二烯也能合成出类似橡胶的物质 这是最早的关于用人工合成方法制取橡胶的报道 1904年哈里士 Harries 用臭氧分解橡胶 通过生成物分析 明确了橡胶具有异戊二烯相连接的结构 此后 橡胶合成的研究始终处在积极状态中 但是 实质性进展还是在1922年瑞士化学家施陶丁格 Staudinger 提出高分子链状结构学说之后 橡胶弹性分子动力学等理论的建立才为橡胶合成奠定了理论基础 进入20世纪后 橡胶的合成技术进步很快 出现了几种合成方法和近百份橡胶合成专利 在第一次世界大战期间 德国首先生产了甲基橡胶 但因生产成本高 而且弹性 强度及耐老化性能均比天然橡胶差 故大战后终止生产 1928年原苏联列别捷夫直接从乙醇制造丁二烯成功 1929年美国齐柯尔 Thiokol 公司生产了聚硫系合成橡胶 1930年英国发表了二烯烃经高压聚合制造弹性体的专利 1931年美国杜邦 DuPont 公司生产了氯丁橡胶 1932年原苏联生产了丁钠橡胶 1933年德国法本 Farben 公司取得了采用乳液聚合法制造丁苯橡胶的专利 1937年该公司又实现了丁腈橡胶的工业化生产 此间 德国 原苏联成为主要的合成橡胶生产和研究的国家 太平洋战争开始后 美国被切断了天然橡胶的来源 被迫从德国购买专利 组织合成橡胶生产 1942年生产了丁苯橡胶 1943年美国首先实现丁基橡胶的工业生产 这时英国 法国主要采用天然橡胶 1948年德国生产了低温丁苯橡胶 直至20世纪50年代 橡胶工业的主要原料仍以天然橡胶为主 随着高分子科学的发展 1955年出现了有规立构聚合方法 终于合成了化学结构和天然橡胶完全相同的合成橡胶 异戊橡胶 并由美国实现工业化 此后 1960年美国菲利浦公司 PhillipsCo 实现了顾丁橡胶的工业化生产 1963年意大利蒙特迪生集团 MontedisonGroup 公司工业生产了三元乙丙橡胶 这期间 除二烯类橡胶外 一些特种合成橡胶 如硅橡胶 氟橡胶 聚氨酯橡胶等 都进行着广泛研究并投入工业生产 第三代橡胶 热塑性橡胶 热塑性弹性体 它是 类在常温下具有橡胶弹性 而在高温下能像热塑性塑料一样易于塑化成型的高分子材料 热塑性橡胶被应用是在1965年美国壳牌 Shell 化学公司生产的苯乙烯与丁二烯的三嵌段共聚物 简称SBS 之后 热塑性橡胶由于不需要热炼 硫化 可简化工艺 节省能源 加工成本低 又因弹性 塑性转化的可逆性 所以下脚料和废次品等可再行利用 热塑性橡胶可大致划分为聚氨酯类 苯乙烯类 聚烯烃类 聚酯类和其它类五大类 1 3橡胶工业常用术语1 3 1胶料术语 生胶塑炼胶混炼胶 硫化胶再生橡胶 生胶生胶是未经塑 混炼的橡胶的统称 是制造胶料的最根本的原料 销售的橡胶原材料 再生橡胶再生橡胶 reclaimedrubber 以橡胶制品生产中已硫化边角废料 使用过的废旧橡胶为原料加工成有一定可塑度的 能重新使用的橡胶 简称再生胶 塑炼 Mastication 又称素炼 轧炼 是指生胶在机械力 热和氧等作用下 从强韧的弹性状态转变为柔软且具有塑性的状态 亦即增加其可塑性 流动性 的工艺过程称为塑炼 塑炼的实质是降低分子量 降低粘度 降低粘流温度 塑炼过的生胶称为塑炼胶 塑炼和塑炼胶 混炼和混炼胶 混炼 Milling 是将塑炼胶或具有一定可塑性的生胶与各种配合剂经机械作用使之均匀混合的工艺过程 混炼后得到的生胶与各种配合剂的均匀混合物称之为混炼胶 混炼后得到的混炼胶的质量 对硫化胶的性能有很大影响 硫化和硫化胶 硫化 Vulcanization 硫化是橡胶与硫化剂 硫磺 和促进剂等在一定的温度 压力下 使橡胶大分子链发生交联反应的过程 也就是塑性橡胶转化为弹性橡胶或硬质橡胶的过程 广义地说 硫化是指胶料经过化学或物理方法处理后 使橡胶大分子通过交联从线型转变为网状结构 从而改善橡胶的物理机械性能和化学性能的工艺过程 混炼胶经过硫化过程后即可得到硫化胶 1 3橡胶工业常用术语1 3 2生胶和混炼胶性能测试 灰分可塑度门尼粘度 门尼焦烧焦烧时间正硫化时间 1 3橡胶工业常用术语1 3 3硫化胶常用性能测试 硬度拉伸强度伸长率 撕裂强度定伸应力永久变形 1 3橡胶工业常用术语1 3 4硫化胶特殊性能测试 回弹性耐磨性耐油性 耐溶剂性耐化学性老化 1 4橡胶制品分类及其应用 橡胶品种很多 分类方法也不统一 较常用的分类方法有以下三种 按照使用原材料来源进行分类 按照橡胶性能和用途进行分类 按照橡胶用途的类别进行分类 按照使用原材料来源进行分类 按照使用材料来源可分为天然橡胶和合成橡胶两大类 天然橡胶制品合成橡胶制品 按照橡胶性能和用途进行分类 按照橡胶性能和用途可分为通用橡胶和特种橡胶两大类 通用橡胶 凡是性能与天然橡胶相同或接近 物理性能和加工性能较好 能广泛用于轮胎和其它一般橡胶胶制品 特种橡胶 凡是具有特殊性能 专供耐热 耐寒 耐化学腐蚀 耐油 耐溶剂 耐辐射等特殊性能橡胶制品 通用橡胶和特种橡胶之间并无严格的界限 例如 乙丙橡胶就兼具上述两方面的特点 按照橡胶用途的类别进行分类 按照橡胶用途的类别可分为轮胎和非轮胎制品 非轮胎橡胶制品包括 胶管 胶带 胶鞋 密封制品 橡胶减震制品 胶布及胶布制品 胶辊 胶板 橡胶防腐蚀衬里和衬胶制品 防水卷材和防水涂料 纺织用橡胶制品 硬质橡胶制品 医用橡胶制品 体育及日常生活用橡胶制品 胶乳制品 其他橡胶杂品 2 橡胶工业常用助剂及作用 2 1硫化剂2 2硫化促进剂2 3硫化活性剂2 4防焦剂2 5光稳定剂 2 6抗氧剂 防老剂 2 7增塑剂2 8补强填充剂2 9发泡剂2 10其他助剂 3 1橡胶制品配方基本组成3 2典型橡胶制品配方举例分析3 3橡胶制品性能与配方设计 3 橡胶制品基本组成与配方 3 1橡胶制品配方基本组成 3 1 1生胶3 1 2硫化体系3 1 3填充与补强体系 3 1 4增塑与软化体系3 1 5防护 防老 体系3 1 6其他体系 典型的橡胶配方包括以下几个部分 3 1 1生胶体系 天然橡胶 NR合成橡胶 BR SBR NBR EPDM再生橡胶 胎面再生胶 鞋面再生胶 杂皮再生胶 3 1 2硫化体系 硫化剂 S TMTD DCP ZnO MgO硫化促进剂 M DM D CZ TMTD硫化活性剂 ZnO SA防焦剂 CTP 3 1 3填充与补强体系 补强剂 炭黑 白炭黑填充剂 碳酸钙 陶土 滑石粉 3 1 4增塑与软化体系 增塑剂 二丁酯 二辛酯等软化剂 白油 机油 凡士林 油膏 环烷油 古马隆 松香 石油树脂 3 1 5防护 防老 体系 酚类防老剂 264 2246 SP胺类防老剂 4010 4010NA 4020 RD D其他类防老剂 MB 3 1 6其他体系 颜料阻燃剂抗静电剂防霉剂防鼠剂 3 3橡胶制品性能与配方设计 拉伸强度定伸应力伸长率及永久变形回弹性硬度 压缩永久变形撕裂强度耐磨耗性耐屈挠性耐疲劳性 3 3 1拉伸强度 拉伸强度是硫化胶诸多物理机械性能之一 是指试片受拉伸作用至断裂时单位面积上所承受的最大拉伸应力 单位MPa 就纯胶配方 即末加补强剂者 硫化胶的拉伸强度来说 天然橡胶和聚氨酯橡胶最高 丁基橡胶 乙丙橡胶 氯丁橡胶次之 而丁苯橡胶 顺丁橡胶和丁腈橡胶最差 橡胶加入补强填充剂后 炭黑和白炭黑等 其拉仲强度都将增加 特别是丁苯橡胶等二烯类合成橡胶中加人炭黑后的效果更为明显 粒径越小 粒径分布越窄者 拉伸强度值就越大 硫化体系和软化剂也有影响 3 3 2定伸应力 定伸应力是指试样被拉伸至定长度时所受的力与试样在拉伸前的截面积之比 单位为MPa 橡胶工业中常测定伸长为100 300 和500 时的定伸应力 要求高定伸应力的橡胶制品 可以使用天然橡胶 丁腈橡胶 聚氨酯橡胶 交联密度对定伸应力的影响也很大 因此配方中的硫黄和促进剂的用量要多一 些 促进刑可使用MBT MBTS DPG或DPG与胺类促进剂并用 也可以使用次磺酰胺类促进剂CBS NOBS等 定伸应力还受补强填充剂的影响 粒径小 结构度高的炭黑可以提高定伸应力 硬质陶土的效果比软质陶土显著 此外 碳酸镁 碳酸钙对提高定伸应力也有一定的作用 制造低定伸应力橡胶制品时 可采用天然橡胶或丁基橡胶 硫黄用量要小 促进剂可使用MBTS 软化剂可使用硫化油膏和锭子油 3 3 3伸长率及永久变形 试片受拉伸时 在拉伸方向上将产生伸长变形 伸长的长度相对于试片原长度的百分比叫作伸长率 试片拉断时的伸长率 则叫拉断伸长率 简称伸长率 所谓永久变形 是指胶料受应力作用而变形 解除应力经放置一定时间后 不能全部恢复到原来形状而残留的变形 永久变形包括压缩永久变形和扯断永久变形 试片扯断后的永久变形 称为扯断永久变形 习惯上常称为永久变形 天然橡胶纯胶配合硫化胶的伸长率高达600 1000 天然橡胶炭黑配合硫化胶的伸长率为100 600 顺丁橡胶硫化胶的伸长率可达500 之多 通常橡胶的实用伸长率多在100 1000 之间 伸长率也是检验橡胶老化的一项最可靠的物性指标之一 要想得到大的伸长率 通过硫化不足和加大软化剂用量也可以实现 但导致永久变形增大 因此 最好是通过使用醛胺类促进剂和减少硫黄用量达到目的 另外填充剂应少用 若需使用可选择硅酸铝 对于炭黑的配合 最好使用粒径大者 若使用高定伸 高耐磨炉黑会使伸长率显著降低 炭黑用量增加时 伸长率趋于减小 天然橡胶制品的伸长率与胶料的生胶含量呈很好的比例 但合成橡胶并不那么明显 制造永久变形小的制品 应使用球状粒子填充剂 而不宜用片状 针状等填充剂 3 3 4回弹性 回弹性又称冲击弹性 通常是指橡胶受冲击之后恢复原状的能力 试验时使一定高度的重物自由落到橡胶试祥表面上 用重物回弹的高度来评价 要得到回弹性优异的硫化胶 可选用顺丁橡胶 异戊橡胶 天然橡胶和硅橡胶 其中前三种橡胶受硫化影响很大 必须注意 硫化剂和促进剂用量要多一些 最好使用超促进剂 填充剂用量越少 即生胶含量越高 越有利 与其它填充剂相比 炭黑对弹性降低的倾向大 持别是细粒子炭黑更显著 因此最好使用中粒子炭黑 回弹性与炭黑结构度关系不大 制作高弹性硫化胶时应使用通用炉黑 低定伸半补强炉黑及高定仰半补强炉黑 此外 还可以使用重质碳酸钙和碳酸镁 3 3 5硬度 提高橡胶的硬度的方法通过增加填充剂的用量 但用量太多时 不仅会使混炼增加困难 而且有损于胶料压出和压片的加工性能 采用粒径小 结构度高的中超耐磨炉黑和高耐磨炉黑等可以制得高硬度硫化胶 但加工过程中生热大 容易产生焦烧 加入高苯乙烯树脂 NRSBRBR等 酚醛树脂 NBRCR等 树脂类物质 采用硫磺硫化体系 增加硫磺用量或增加橡胶的交联程度均可提高橡胶的硬度 制作低硬度硫化胶时 应少加填充剂 但是这样作对成本不利 而且胶料收缩率大 制品外观也差 此外 对于丁苯橡胶 丁腈橡胶等 必须加入一定量的填充剂才能得到好的物性 所以添加软化剂是必要的 但是添加量大了会产生析出现象 制成油膏使用有助于解决析出现象 填充剂可使用中粒子热裂炉黑和细粒子热裂炉黑等 而浅色橡胶制品可使用轻质碳破钙和表面经过处理的碳酸钙丁苯橡胶等合成橡胶可控制适当久硫以降低硬度 氧化锌用量的减少对降低硬度亦有效 提高橡胶的硬度的方法 3 3 6压缩永久变形 橡胶受压缩产生永久变形时 所需力的大小与液体相同 这表示橡胶分子间与低分子流体分子间的间隙相同 故特别适用于制作缓冲制品 硫化程度小的橡胶 永久变形大 随着硫化的进行 永久变形减小 因此减小永久变形 必须使制品达到正硫化 另外 要对填充剂粒子的形状进行选择 球状粒子和片状粒子较好 不宜使用针状 棒状的粒子 胶料中加人碳酸镁 含水硅酸铝和陶土时 会增大压缩永久变形 制品在高温下使用时 用过氧化物交联 可以降低压缩永久变形 3 3 7撕裂强度 撕裂强度是指将特殊试片 带有割门或直角形试片 撕裂时所需的最大力 表示了材料的抗撕裂性 其单位为kN m 天然橡胶和氯丁橡胶等结晶性的橡胶抗撕裂性好 一放说来合成橡胶的撕裂强度比天然橡胶羌 但聚氯酯橡胶除外 几种橡胶的抗撕裂性强弱顺序是 天然橡胶 氯丁橡胶 丁苯橡胶 丁腈橡胶 补强填充剂对撕裂强度的影响也很大 各向同性的细粒子炭黑 表面经处理的碳酸钙 立德粉 氧化锌等提高抗撕裂性 炭黑用量一般在50 60份时可得到最高撕裂强度 促进刑种类对撕裂强度也有影响 使用促进硫化效果慢 硫化平坦性好的促进刑可赋予硫化胶好的抗撕裂性 如醛胺类促进剂 MBTS和CZ等 促进剂用量不能过量 最好是欠一点 3 3 8耐磨耗性 影响硫化胶耐磨耗的因素很多 它与多种物性都有关系 但最基本的是摩擦现象 也即硫化胶摩擦系数的大小 而摩擦系数主要取决于胶种 配方硫化程度 其次是磨耗外力的影响 硫化胶的磨耗外力有五种 即刨削力 冲击力 切割力 撕裂力从剪力 所以耐磨耗性优异的橡胶材料除了摩擦系数小之外 还应具有优异的物理机械性能 以克服上述各种外力的作用 使用树脂 塑料 和橡胶并用时可以提高橡胶的耐磨性 如NR LDPE NBR PVC SBR EVA等 当工艺相对较复杂 需要高温共混 耐磨耗性要求高的橡胶制品 胶种的选样很重要 而且与磨耗条件有很大关系 如天然橡胶和丁苯橡胶以15 为临界点 当低于15 时天然橡胶的耐磨耗性较好 当高15 时丁苯橡胶的耐磨耗性较好 聚氨酯橡胶的耐磨耗性能虽优异 但耐冲击 耐切割性却铰差 补强填充剂对橡胶的耐耗性能也有很大影响 粒径小 特别是相同粒径组成的高结构度炭黑 能提高硫化胶的耐磨耗性能 使用高耐磨炉黑和中超耐磨炉黑的硫化胶耐磨耗性能均较好 炭黑的用量增加过多时 耐磨耗性能降低 对于自色制品来说 选择白发黑 氧化锌作补强剂时耐磨耗性能较好 但成本会提高 考虑到炭黑的吸附作用 硫黄和促进剂用量要比纯胶配合和其它填充刑配合多一些 而且选择促进剂时 要考虑到平坦硫化性和耐老化性 以用噻唑类促进剂较好 3 3 9耐屈挠性 橡胶在往复屈挠过程中 由于化学和机械的作用 在弯曲部分所产生的表面裂口称为屈挠龟裂 橡胶的屈挠龟裂分为两个阶段 即龟裂发生阶段和龟裂增长的蔓延阶段 如以天然橡胶和丁苯橡胶相比时 天然橡胶容易产生龟裂 但龟裂增长速度促 而丁苯橡胶难以产生龟裂 一旦出现龟裂则增加速度很快 耐屈挠龟裂性能主要取决于胶种 几种橡胶的抗屈挠龟裂的能力顺序如下 丁基橡胶 氯丁橡胶 丁苯橡胶 丁腈橡胶 天然橡胶 而抵抗龟裂增长的能力顺序如下 丁基橡胶 氯丁橡胶 天然橡胶 丁苯橡胶 丁腈橡胶 但是 丁基橡胶抗龟裂能力在常温附近最高 在高温下显著降低 补强填充剂对耐屈挠性能也有较大影响 表面经过处理的 粒径为40 80微米的填充剂较好 粒径大 各向同性的填充剂易与屈挠中的橡胶形成空隙 从而促进龟裂的增长 补强填充剂用量过多会使硫化胶的定伸应力和硬度过高 致龟裂部分的应力增大 加快龟裂的增长速度 所以必须注意补强填充剂的用量 填充剂分散不良会使硫化胶在屈挠中形成应力集中点 同时促进空隙的产生 可以使用脂肪酸金属盐 如硬脂酸锌 来提高分散效果 胶料的硫化程度对耐屈挠龟裂影响显著 如过硫则耐屈挠性能明显下降 为提高耐屈挠性 硫化程度要取的比正硫化稍欠一点 促进剂可选用噻唑类促进剂 抗屈挠龟裂最好的防老剂是DPPD 它对天然橡胶有抗氧作用 对丁苯橡胶亦同时具有抗臭氧龟裂作用 3 3 10耐疲劳性 橡胶承受交变循环应力或应变时所引起的局部结构变化和内部缺陷的发展过程 称为橡胶的疲劳 它使材料的力学性能下降 并最终导致龟裂或完全断裂 橡胶的疲劳实质是受力和热的作用时橡胶产生老化的现象 包括了屈挠疲劳和老化疲劳 橡胶产生疲劳的条件很多 例如 伸长或压缩 周期性的外力作用等 同一种橡胶在不向疲劳条件下 表现的耐疲劳性也不一样 如天然橡胶和丁苯橡胶经受反复变形时 反复变形小 丁苯橡胶的耐疲劳破坏性优于天然橡胶 而反复变形大 天然橡胶的耐疲劳破坏性则优于丁苯橡胶 所以必须根据不同疲劳条件选择最适宜的橡胶 硫化体系对耐疲劳性能的影响很大 传统硫化体系的硫化胶要比有效硫化体系和过氧化物硫化体系的硫化胶耐疲劳性能好 一般说来 高耐磨炉黑比槽法炭黑的疲劳寿命长 添加填充剂的硫化胶其耐疲劳性能有所提高 采用极性 软化点高的软化剂可改善疲劳性能 防老剂因抑制了氧化老化和臭氧老化等疲劳所产生的化学反应 故提高了橡胶的耐疲劳性 4 橡胶制品的生产与制备工艺 4 1塑炼4 2混炼4 3压延4 4压出 4 5硫化4 6橡胶加工设备4 7橡胶测试设备 4 1塑炼 生胶塑炼是指根据生产工艺的需要 通过机械应力 热 氧或加入某些化学试剂 如塑解剂 等方法 使生胶的可塑度提高到便于加工的塑性状态的过程 通过塑炼过程所得到的生胶称为塑炼胶 生胶塑炼的目的是为了获得适合各种加工工艺要求的可塑性 具体有以下几点 使于橡胶与配合剂在混炼过程中混合 分散均匀 便于压延 压出和成型 使胶料易于渗入纤维 提高胶料的粘着性和在溶剂中的溶解性 提高胶料在模具中的流动性 使制品有清晰的花纹轮廓 4 2混炼 混炼是指在炼胶机上将各种配合刑均匀地混到生胶 塑炼胶 中的过程 混炼胶的质量对胶料进一步加工和成品的质量有着决定性的影响 即使配方很好的胶料 如果混炼不好 将会出现配合剂分散不均匀 胶料可塑度过高或过低 易焦烧 喷霜等 使压延 压出 涂胶和硫化等工艺不能正常进行 而且还将导致制品性能下降 混炼方法通常分为开炼机混炼和密炼机混炼两种 开炼机混炼适用于制造小批量胶料的工厂 有时也用于一些特殊胶料的制造 密炼机混炼则广泛用于大中型企业 4 2 1开炼机混炼 混合过程 开炼机混炼操作顺序可分为三个阶段 即包辊 吃粉和翻炼 包辊是指加入生胶的软化阶段 吃粉是指加入粉剂的混合阶段 翻炼是指吃粉后使生胶和配合剂达到均匀分散的阶段 4 2 2密炼机混炼 密炼机的混炼方法 密炼机的混炼过程可分为三个阶段 即湿润 分散和捏炼 操作方法一般分为一段混炼法和两段混炼法两种 此外 由于广泛地使用合成橡胶 又发展起来一种逆混法 4 3压延 压延是指将混炼胶在压延机上制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程 它包括压片 贴合 压型和纺织物挂胶等 压延机种类很多 为适应不同的丁艺要求 工作辊筒有两个 三个和四个不等 排列形式两辊有立式和卧式 三辊有直立型 型和三角形 四辊有 型 L型 Z型和S型等多种 辊简数量及其排列形式对各种工艺操作的难易 压延半成品质且的高低都有很大影响 4 4压出4 4 1挤出机结构 挤出机的结构通常由螺杆 机筒 机头 机架 加热套 冷却套和传功装装等部分组戊 挤出机重要参数 长径比 螺杆螺纹部分的工作长度和螺杆外直径之比为长径比 它为压出机的重要参数之一 若长径比大 胶料在压出机内走的路程长 受到的剪切 挤压和混炼作用就大 但阻力也大 消耗的功也多 热喂料造型挤出机的长径比一般在4 5之间 而冷喂料挤出机的螺杆长径比一般为8 12 甚至有达20的 挤出机重要参数 压缩比 螺杆加料端一个螺槽容积和出料端一个螺槽容积的比叫压缩比 它表示胶料在压出机内可能受到的压缩程度 橡胶压出机的压缩比一般在1 3 1 4之间 冷喂料挤出机一般为 1 6 1 8 滤胶机的压缩比一般为1 即没有压缩 挤出机重要组成部分 机头 机头的主要作用是将压出机压出的胶料引导到口型部位 将离开压出机螺槽之不规则 不稳定流动的胶料 引导过渡为稳定流动的胶料 使之挤出口型时成为断面形状稳定的胶条 机头结构随压出机用途不同而有多种 值向机头压出胶料的方向与螺杆的轴向相同 其中锥形机头可用于压出纯胶管 内胎胎筒等 喇叭形机头可用于压出轮胎胎面 胶片等扁平胶条 T型和Y型机头 胶料压出方向与螺杆轴向成90 角称T型 成60 角称Y型 适用于压出电线电缆的包皮 钢丝和胶管的包胶等 此外 还有复合机头等各种专门机头 挤出机重要组成部分 口型 口型是决定压山半成品形状和规格的模具 口型安装在机头之前 口则一般可分为两类 一类是压出中空半成品用的 由外门型 芯型及支架组成 芯型有喷射隔离剂的孔道 另一类是压出实心半成品或片状成品用的 为有一定形状的孔板 4 5硫化4 5 1硫化方法 在橡胶制品生产中 硫化是最后的一个加工工序 随着橡胶工业的发展 硫化的概念也有新的发展 硫化剂和高温不再是硫化的必要条件 有些特殊的胶料可在较低温度下 甚至可在室温下硫化 也可以在胶料中不加硫化剂 而采用物理的方法 如用r射线 进行交联 各种橡胶制品的生产 按其需要采用各种不同的硫化方法进行硫化 依硫化条件的不同可分为冷硫化 室温硫化和热硫化三种 冷硫化多用于薄膜浸渍制品的硫化 室温硫化