橡胶加工工艺课件.ppt

2019 12 19 1 徐卫兵 WeibingXu Dept ofPolymerScienceandEngineeringOffice Room401 ShenghuaBuildingTel 2901455Email xwb105105 橡胶加工工艺RubberProcessingTechnology 2 2019 12 19 课程的内容与学时分配 橡胶加工工艺RubberProcessingTechnology 橡胶加工工艺RubberProcessingTechnology 3 2019 12 19 选用教材和参考书目 选用教材 橡胶及塑料加工工艺 张海等编 北京 化学工业出版社 主要参考书目 1 材料配合与混炼加工 橡胶部分 杜军 袁仲雪主编 北京 化学工业出版社 2003 2 实用橡胶制品生产技术第二版 纪奎江主编 北京 化学工业出版社 2001 3 实用橡胶工艺学 杨清芝主编 北京 化学工业出版社 2006 4 2019 12 19 第一章绪论 橡胶 定义ASTM D1566 AmericaSocietyofTestandMaterial 橡胶是一种材料 它在大的变形下能迅速而有力地恢复其变形 能够被改性 硫化 改性的橡胶实质上不溶于 但能溶胀于 沸腾的苯 甲乙酮 乙醇 甲苯混合物等溶剂中 改性的橡胶室温下 20 27 被拉伸到原来长度的2倍并保持1min后除掉外力 它能在1min内恢复到原来长度的1 5倍以下 具有上述特征的材料称为橡胶 注 1 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 2 橡胶在室温下具有高弹性 3 橡胶能够被改性是指它能够硫化 4 改性的橡胶即硫化胶不溶解但能溶胀 一 基本概念 5 2019 12 19 ASTMD1566 90 Materialthatiscapableofrecoveringfromlargedeformationsquicklyandforcibly andcanbe oralreadyis modifiedtoastateinwhichitisessentiallyinsoluble butcanswell insolvent suchasbenzene methylethylketone andethanoltolueneazeotrope Arubberinitsmodifiedstate freeofdiluents retractswithin1mintolessthan1 5timesitsoriginallengthafterbeingstretchedatroomtemperature 20to27 totwiceitslengthandheldfor1minbeforerelease 6 2019 12 19 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 7 2019 12 19 二 橡胶材料的特点 1 高弹性 弹性模量低 伸长变形大 有可恢复的变形 并能在很宽的温度 50 150 范围内保持弹性 2 粘弹性 橡胶材料在产生形变和恢复形变时受温度和时间的影响 表现有明显的应力松弛和蠕变现象 在震动或交变应力作用下 产生滞后损失 3 电绝缘性 橡胶和塑料一样是电绝缘材料 8 2019 12 19 4 有老化现象 如金属腐蚀 木材腐朽 岩石风化一样 橡胶也会因为环境条件的变化而产生老化现象 使性能变坏 寿命下降 5 必须进行硫化才能使用 热塑性弹性体除外 6 必须加入配合剂 其它如比重小 硬度低 柔软性好 气密性好等特点 都属于橡胶的宝贵性能 9 2019 12 19 三 表征橡胶物理机械性能的指标 拉伸强度 又称扯断强度 抗张强度 指试片拉伸至断裂时单位断面上所承受的负荷 单位为兆帕 MPa 以往为公斤力 平方厘米 kgf cm2 定伸应力 旧称定伸强度 指试样被拉伸到一定长度时单位面积所承受的负荷 计量单位同拉伸强度 常用的有100 300 和500 定伸应力 它反映的是橡胶抵抗外力变形能力的高低 10 2019 12 19 3 伸长率 试片拉断时 伸长部分与原长度之比 用百分比表示 4 永久变形 试样拉伸至断裂后 标距伸长变形不可恢复部分占原始长度的百分比 在解除了外力作用并放置一定时间 一般为3min 以 表示 11 2019 12 19 12 2019 12 19 13 2019 12 19 裤型试样 BS903 A3 1982 单位 mm 裤型试样在试验机上的位置 5 撕裂强度 将特殊试片 带有割口或直角形 撕裂时单位厚度所承受的负荷 表示材料的抗撕裂性 单位为k 14 2019 12 19 回弹性 又称冲击弹性 指橡胶受冲击之后恢复原状的能力 以 表示 15 2019 12 19 硬度 表示橡胶抵抗外力压入的能力 常用邵尔硬度计测定 橡胶的硬度范围一般在20 100之间 单位为邵氏A 16 2019 12 19 17 2019 12 19 8 磨耗 将试样与砂轮在一定倾斜角度和一定的负荷作用下进行摩擦 测定试样一定里程的磨耗体积 将试样轮夹在胶轮轴上 电机通过减速系统带动试样轮在胶轮轴上作顺时针方向旋转 负荷托架上的试验用重砣使砂轮紧贴在试样轮上 并保证砂轮向左的 即作用在试样轮上 横向作用力为26 7N 0 2N 砂轮做逆时针方向转动 1 胶轮轴与砂轮轴之间的夹角 15 0 5 25 0 5 试样的行驶里程 1 61km 2 阿克隆磨耗机使用的砂轮砂轮尺寸 直径150mm 厚度25mm 中心孔直径32mm 3 砂轮材料组成 磨料为氧化铝 粘合剂为陶土 粒度为36 硬度为中硬度2 4 试样夹板 夹板直径56mm 工作面厚度12mm 阿克隆磨耗试验机 18 2019 12 19 四 橡胶的发展历史 1 天然橡胶的发展历史考古发现 人类在11世纪就开始使用橡胶 在南美制造橡胶球 橡胶鞋及橡胶瓶 1493年 1496年哥仑布发现新美洲大陆时 发现海地岛上土人玩的球能从地上弹起来 此后 欧洲人才知道橡胶的这种性质 1735年 法国科学家Condamine参加南美洲科考 带回了最早的橡胶制品 直到1823年 英国人马辛托希创办了世界上第一个橡胶厂 生产防水布 这是橡胶工业的开始 1839年 Goodyear发明了硫化 这两项发明为橡胶工业的发展奠定了基础 1862年 Honcock发明了双辊机1876年 英国开始在东南亚殖民地国家种植橡胶树1888年 Dunlop发明了充气轮胎1904年 发现硫化活化剂ZnO 炭黑可以补强1906年 发现促进剂苯胺1921年 发现促进剂D 从此橡胶工业得到迅速发展 19 2019 12 19 2 合成橡胶的发展历史 1 对天然橡胶的剖析和仿制1820年 法拉第明确了橡胶由C和H组成 1860年 威廉姆斯 Williams 发现橡胶经蒸馏可产生异戊二烯化合物 并认为它是橡胶的基本化学组成 1875年 鲍查达 Bouchardat 认为异戊二烯能合成出类似橡胶的物质 这是最早的关于人工合成橡胶的报道 20 2019 12 19 2 合成橡胶的诞生 建立与发展1881年霍夫曼用1 3 戊二烯合成橡胶 1900年 前苏联孔达科夫用2 3 二甲基 1 3 丁二烯合成出橡胶 1929年 美国齐柯尔 Thiokol 公司生产了聚硫系合成橡胶 1931年 美国DuPont公司生产CR 1932年前苏联工业生产了丁钠橡胶后 相继生产的合成橡胶有SBR 1935年德国Farbon公司 NBR 1937年德国Farbon公司 50年代 Zeigler Natta发现了定向聚合 导致了橡胶工业的新飞跃 出现了BR 1960年美国Phillips公司 EPDM 1960年意大利Montedison公司 IR等新胶种 1965 1973年间出现了热塑性弹性体 21 2019 12 19 3 国内橡胶工业的发展概况我国从1904年开始在雷州半岛等地种植NR 50年代将橡胶树北移种植成功 并在云南 广西等地大面积种植 现在 我国NR产量占世界第四位 1915年 在广州建立第一个橡胶加工厂 广州兄弟创制树胶公司 生产鞋底1919年 在上海建立清和橡皮工厂1927年 在上海建立正泰橡胶厂 生产胶鞋1928年 建立大中华橡胶厂 生产胶鞋1937年 日本在青岛建立现在的青岛橡胶二厂我国从1958年开始合成橡胶 国产第一块合成胶是四川长寿化工厂于1958年生产的CR 1960年兰州化工厂生产SBR 1962年兰化生产NBR 目前国内几家大石化如燕山石化 兰州石化 齐鲁石化 高桥石化等均生产合成橡胶 通用的合成橡胶除了IIR外 其它均能生产 22 2019 12 19 我国橡胶工业从50年代后开始飞速发展 逐渐形成了以上海的正泰 大中华 青岛的橡胶二厂 黑龙江的桦林橡胶厂为中心的橡胶工业格局号称橡胶界的四大家族 其中正泰 大中华生产胶鞋 胶带 胶二和桦林生产轮胎 到1990年止 全国县级以上的橡胶企业就有1000多家 产值180亿元 90年代 我国橡胶工业得到了蓬勃发展 个体 私营橡胶企业如雨后春笋般发展起来 96年以后由于受气候等因素的影响 世界NR的产量锐减 致使NR的价格飞涨 橡胶工业的发展受到一定程度的影响 但在国内工业总产值 化工工业总产值中仍然占有相当比重 橡胶企业主要集中在北京 上海 山东 沈阳 贵阳 重庆 安徽 浙江等地 23 2019 12 19 橡胶工业 十一五 科学发展规划 发展方针认真实施科学发展 循环经济和名牌战略 转变增长方式 技术创新 产品创新 效益创新 以节能 安全 环保新产品替代现有老产品 实现企业效益最大化 进一步发展大型企业 企业集团和区域集约化生产 使中国逐步成为橡胶强国 总体目标以8 10 的年增长速度发展 利税力争同步增长 主导产品出口占35 左右 节能降耗 资源利用 要切实实现国家 十一五 发展纲要提出的目标 并争取有新突破 24 2019 12 19 轮胎年总产量拟控制在3亿 3 2亿条 子午化率不低于70 半钢子午胎基本实现无内胎化 为经济型轿车配套的轮胎要安全 节能 环保 积极发展50 45 40 35 30系列高档轮胎和跑气保用轮胎 全钢子午胎要发展无内胎和公制宽基轮胎 全钢子午胎占子午胎总量的比例宜控制在20 25 工程机械轮胎要积极发展子午胎 同时 不应再扩大斜交胎产能 尤其是不能以合资 合作等名义新建斜交胎厂 逐步淘汰60万套以下规模的斜交胎企业 积极推进充氮硫化等新工艺的应用 淘汰子午胎刷汽油等落后工艺 禁止割标胎和无三包轮胎在市场流通 实行轮胎召回制 限制并逐步取消轮胎外包装 25 2019 12 19 橡胶制品非轮胎汽车用橡胶制品 重点培育品牌 扶持大公司 大企业集团 满足各类汽车对密封 减震 制动 传动和输油输气等配套橡胶制品的需求 建筑工程类橡胶制品 重点发展防水 减震产品 为市政建设 高层建筑 公路桥梁涵洞等配套 为电子 家电配套的橡胶制品 要搞好高档产品的配套服务 国防橡胶制品 要能满足航天 航空 航海等国防建设的需要 26 2019 12 19 其他橡胶制品要重点开发 生产高性能新产品 要抓住国家重点整治矿山安全生产的机遇 搞好高强力及阻燃输送带 机械化采煤机组用高压胶管 密封制品的配套和阻燃导风筒的生产 供应 胶管要加快产品结构调整和升级换代 重点放在高附加值产品上 如汽车胶管和海上输油胶管等 V带在培育大企业名牌的同时 应做好区域品牌培育 要抓住奥运商机 开发生产竞技体育用专业运动鞋以及自行车胎 摩托车胎 同时 这三类产品要转变出口增长方式 乳胶制品要发展节育 防病和提高生活质量的安全套 提高医用手套等医疗用产品的质量性能 着力开发合成胶乳安全套和医用手套 同时要培育品牌和强势企业 减少贴牌加工 27 2019 12 19 废橡胶综合利用要努力搞好废橡胶 包括废旧轮胎 输送带以及胶鞋鞋底等 的综合利用 到2010年时 要以再生胶 胶粉为主 废旧橡胶综合利用率达到80 85 有条件的轮胎厂要进军翻胎业 并重点实施子午胎翻胎工艺 预硫化胎面和中垫胶制造技术攻关 翻胎设备要国产化 促使轮胎翻新率提高到8 10 旧输送带要发扬矿山就地修补再利用的传统 再生胶和胶粉提倡收购 加工 利用配套发展 一要做到清洁 环保 安全 二要提高后加工能力 使再生胶和胶粉不断开辟新的用途 三要做好热能利用的研发和试点 坚决取缔利用废旧轮胎土法炼油 十一五 末 再生胶总产量争取达到200万吨 胶粉产量50万 80万吨 同时 要以国家利益为重 坚决禁止废旧轮胎和其他废旧橡胶产品进口 28 2019 12 19 橡胶原料 十一五 末 全国橡胶总需求量将达到500万吨 其中天然胶230万吨 合成胶270万吨 天然橡胶与合成橡胶的使用比例力争达到1 1 2 天然胶方面 鼓励农垦胶的加工技术改造和橡胶树品种更新 鼓励民营天然橡胶的发展 提高单产和产品质量 合成胶方面 要加快发展异戊胶 卤化丁基胶等短缺品种 丁苯橡胶 顺丁橡胶 丁腈橡胶等要增加牌号 提高质量 要积极建设橡胶国际贸易市场和边贸市场 针对市场秩序 规范复合橡胶的进口 加工和应用 引导期货市场发展 减少恶性炒作 29 2019 12 19 炭黑总需求量将达220万吨左右 提倡发展子午胎专用炭黑和湿法造粒工艺 加强热能循环利用 限制干法造粒工艺 淘汰万吨级以下炭黑生产线 对小厂逐步进行关停并转 同时 要协调好炭黑原料油的供应 特别是煤焦油和乙烯焦油的供应 积极扶持子午胎专用白炭黑生产 以有利于安全 节能 降低滚动阻力 橡胶助剂总需求量将达到32万 33万吨 提倡清洁生产工艺 发展环保助剂 逐步淘汰有毒有害产品的生产和使用 骨架材料总需求量接近100万吨 其中钢丝帘线60万吨 涤纶帘线9万 10万吨 尼龙帘线28万 30万吨 重点对现有产业 产品进行结构性调整 同时做好芳纶的应用试点 以满足轮胎产品升级换代的要求 30 2019 12 19 橡胶机械及模具重点提高质量 使用性能 自动化程度和生产效率 并争取扭转大型密炼 钢丝压延以及检测设备仍依赖进口的局面 同时 要着力抓好高强力输送带 钢丝编缠胶管及汽车橡胶配件等专用设备的研发制造 替代进口 31 2019 12 19 五 橡胶的用途 用途非常广泛 在交通运输 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 最大用途是作轮胎 包括各种轿车胎 载重胎 力车胎 工程胎 飞机轮胎 炮车胎等 一辆汽车约需要240kg橡胶 一艘轮船约需要60 70吨橡胶 一架飞机需要600kg橡胶 一门高射炮约需要86kg橡胶 第二大用途是作胶管 胶带 胶鞋等制品 另外如密封制品 轮船护弦 拦水坝 减震制品 人造器官 粘合剂等 范围非常广泛 有些制品虽然不大 但作用非常重要 32 2019 12 19 33 2019 12 19 顺丁橡胶 34 2019 12 19 35 2019 12 19 36 2019 12 19 37 2019 12 19 六 橡胶加工工艺的主要内容 橡胶加工工艺是研究和探讨橡胶的性质 加工及应用的一门科学技术 是数学 物理 化学 高分子物理 高分子化学 化学工程等多学科得相互渗透及应用 是把基础理论应用到橡胶的加工及使用的桥梁 橡胶加工工艺主要讲述了由单纯的原材料转变为具有特定的性能和形状的橡胶制品的过程 主要内容包括 38 2019 12 19 39 2019 12 19 40 2019 12 19 橡胶的配合 根据制品的性能要求 考虑加工工艺性能和成本等因素 把生胶和配合剂组合在一起的过程 一般的配合体系包括生胶 硫化体系 补强体系 防护体系 增塑体系等 有时还包括其它一些特殊的体系如阻燃 着色 发泡 抗静电 导电等体系 41 2019 12 19 生胶 或与其它高聚物并用 母体材料或基体材料硫化体系 与橡胶大分子起化学作用 使橡胶由线型大分子变为三维网状结构 提高橡胶性能 稳定形态的体系 补强填充体系 在橡胶中加入炭黑等补强剂或其它填充剂 或者提高其力学性能 改善工艺性能 或者降低制品成本 防护体系 加入防老剂 延缓橡胶的老化 提高制品的使用寿命 增塑体系 降低制品硬度和混炼胶的粘度 改善加工工艺性能 42 2019 12 19 橡胶的加工工