橡胶加工原理学习教案

1、会计学1第一页，共67页。2t1t1蠕变曲线(t) t3、有缓冲减震作用4、对温度依赖性大5、具有(jyu)高绝缘性6、有老化现象7、必须加入配合剂蠕变橡胶受外力压缩或拉伸时，形变随时间而发展，最后达最大形变量的现象。 t应力松弛曲线线型聚合物交联聚合物第1页/共66页第二页，共67页。3顺式1，4结构(jigu)三叶橡胶。-中国橡胶第一树 中国橡胶母树 在室温下具有弹性和柔软性弹性橡胶；反式1，4结构马来胶。室温下是硬固状态，50时软化为橡胶弹性体天然硬橡胶。 第2页/共66页第三页，共67页。4n易溶于非极性溶剂；不能溶于极性易溶于非极性溶剂；不能溶于极性溶剂。溶剂。n化学性质化学性质n含

2、活性基团不饱和双键，能发生各含活性基团不饱和双键，能发生各种化学反应：加成、取代、氧化和交种化学反应：加成、取代、氧化和交联等。联等。n物理机械性能物理机械性能n弹性好，弹性伸长率可达弹性好，弹性伸长率可达10001000。n机械强度较高，耐挠曲性，透气性，机械强度较高，耐挠曲性，透气性，电性能良好。电性能良好。第3页/共66页第四页，共67页。5能的合成橡胶。能的合成橡胶。n通用合成橡胶：丁苯、顺丁、氯丁、通用合成橡胶：丁苯、顺丁、氯丁、丁基、聚异戊二烯、乙丙、丁腈等。丁基、聚异戊二烯、乙丙、丁腈等。n特种橡胶：三元乙丙、氯磺化聚乙特种橡胶：三元乙丙、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氨基甲酸酯以

3、及烯、氯化聚乙烯、聚氨基甲酸酯以及硅橡胶、氟橡胶，丙烯酸酯橡胶、氯硅橡胶、氟橡胶，丙烯酸酯橡胶、氯橡胶、聚硫橡胶等。橡胶、聚硫橡胶等。n按结构特点：饱和橡胶，不饱和按结构特点：饱和橡胶，不饱和胶胶n按极性：极性胶，非极性胶。按极性：极性胶，非极性胶。n（2 2）结构与性能）结构与性能n不同的种类有不同的大分子链组成，不同的种类有不同的大分子链组成，链的规整性不同，立体链的规整性不同，立体(lt)(lt)构型也构型也不一样，分子量及分子量分布也不相不一样，分子量及分子量分布也不相同，其性能也不同。同，其性能也不同。第4页/共66页第五页，共67页。6顺式结构增加，物理机械性能提高；顺式结构减少，

4、低温性能提高，但加工工艺性能及机械强度，耐磨性，弹性和伸长率等性能降低，结晶倾向增加，出现(chxin)塑料的性能。丁二烯与苯乙烯共聚 无规或嵌段丁苯橡胶。化学结构式： 第5页/共66页第六页，共67页。7分类：乳液聚合丁苯低温丁苯、高温丁苯。溶液聚合丁苯无规丁苯胶：分子量分布较窄，弹性和耐低温性良好，永久变形小。部分嵌段丁苯胶：低温性较好，但强度较低，永久变形大，具热塑性，需高温混炼，加工性能(xngnng)较好。嵌段丁苯胶SBS：热塑性弹性体。抗张强度高，伸长率大，低温性能(xngnng)和耐磨性较好，但耐热和耐溶剂性较差丁苯胶板第6页/共66页第七页，共67页。8合理控制PS，PB比例(

5、bl)获良好的弹性和加工性能。苯乙烯含量增加，橡胶耐磨性，硬度提高。苯乙烯含量下降，橡胶的耐寒性提高，加工温度降低 第7页/共66页第八页，共67页。9异戊橡胶(y w xin jio) 聚异戊二烯定向聚合，几乎(jh)可以取代天然橡胶。 乙丙橡胶 乙烯和丙烯的共聚物，三元乙丙橡胶，第三单体为双环戊二烯和三叉降冰片烯。 丁基橡胶 异丁烯与少量异戊二烯在低温下阳离子共聚的产物。具良好的气密性，适合作内胎、轮胎的气密层。 氯丁橡胶其它：丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸酯类橡胶、氯磺化聚乙烯、热塑性弹性体等 第8页/共66页第九页，共67页。10捆包胶由天然或合成胶乳经凝聚、干燥、捆包而

6、成的胶块。颗粒胶高温下具热塑性。制品(zhpn)常温下具橡胶弹性。粉末胶呈粉末状。乳胶呈液状，含4060%的水。液体胶呈液状，使用必须脱除溶剂。 分子量1万以下，硫化或固化后具固体硫化胶相同的立体网状结构。捆包胶加工工艺过程 第9页/共66页第十页，共67页。11n4 4、 螺杆机塑炼螺杆机塑炼特点：高温下，特点：高温下，连续塑炼。连续塑炼。n二、胶料的混炼通过机械作用二、胶料的混炼通过机械作用使生胶与各种配合剂均匀混合的过程。使生胶与各种配合剂均匀混合的过程。n开放式炼胶机混炼；密炼机混炼；开放式炼胶机混炼；密炼机混炼；螺杆混炼机混炼螺杆混炼机混炼n三、压延三、压延n1 1、胶片压延、胶片压

7、延经预热的胶料，用压经预热的胶料，用压延机压制成一定厚度和宽度的胶片。延机压制成一定厚度和宽度的胶片。n2 2、压型、压型将胶料压制成具有一定断将胶料压制成具有一定断面形状和表面面形状和表面(biomin)(biomin)有某种花纹有某种花纹的胶片。的胶片。n3 3、纺织物的挂胶、纺织物的挂胶使纺织物通过压使纺织物通过压延机辊筒间隙，使其表面延机辊筒间隙，使其表面(biomin)(biomin)挂上一层薄胶，制成挂胶帘布或挂胶挂上一层薄胶，制成挂胶帘布或挂胶帆布，作为橡胶制品的骨架层。帆布，作为橡胶制品的骨架层。n4 4、贴胶、压力贴胶、擦胶、贴胶、压力贴胶、擦胶第10页/共66页第十一页，共

8、67页。12n的热塑性。的热塑性。n（二）压出（二）压出n（三）冷却截断，称量和卷取（三）冷却截断，称量和卷取n五、硫化五、硫化n使橡胶发生一系列的化学变化，从使橡胶发生一系列的化学变化，从塑性状态转变为弹性状态，从而使物塑性状态转变为弹性状态，从而使物理机械性能理机械性能(xngnng)(xngnng)和化学性能和化学性能(xngnng)(xngnng)提高，成为可使用的材料。提高，成为可使用的材料。硫化的方法(fngf)：平板硫化；注压硫化；硫化罐硫化；个体硫化机硫化；共熔盐硫化 第11页/共66页第十二页，共67页。13n门尼粘度门尼粘度平均分子量增加，可平均分子量增加，可塑性降低塑性降

9、低生胶不易塑炼，混炼，挤生胶不易塑炼，混炼，挤出性能差。出性能差。n门尼粘度小门尼粘度小平均分子量小，可塑平均分子量小，可塑性大性大混炼时易粘辊，硫化制品强度混炼时易粘辊，硫化制品强度较差。较差。n三、门尼焦烧三、门尼焦烧反映未硫化胶硫反映未硫化胶硫化特性的指标。化特性的指标。n定义定义胶料在一定温度（胶料在一定温度（120120），），压力（压力（3 31061066 6106Pa106Pa）开始硫化）开始硫化（即门尼粘度突然上升）的时间。（即门尼粘度突然上升）的时间。n四、抗张强度，定伸强度，扯断伸四、抗张强度，定伸强度，扯断伸长率和扯断永久变形。长率和扯断永久变形。n五、磨耗五、磨耗n六

10、、弹性六、弹性n七、耐低温性能七、耐低温性能第12页/共66页第十三页，共67页。14高。高。n特点：化学活性不大，适于天然橡特点：化学活性不大，适于天然橡胶和不饱和的合成橡胶。胶和不饱和的合成橡胶。n有机过氧物、金属氧化物有机过氧物、金属氧化物n硫化条件硫化剂在胶料中均硫化条件硫化剂在胶料中均匀分布。匀分布。-影响硫磺在胶料中溶解影响硫磺在胶料中溶解度的因素度的因素n胶料表面粘上灰尘胶料表面粘上灰尘(huchn)(huchn)或手摸或手摸时，亚稳状态时，亚稳状态S S在胶料表面呈细微结在胶料表面呈细微结晶析出晶析出喷硫喷硫n减少或避免喷硫的措施：减少或避免喷硫的措施：n采用低温短时间混炼，使

11、采用低温短时间混炼，使S S在胶料在胶料中均匀分散。中均匀分散。n加入能提高硫化溶解度的物质，加入能提高硫化溶解度的物质，如再生胶，软化剂等。如再生胶，软化剂等。n加入吸附加入吸附S S的配合剂。的配合剂。第13页/共66页第十四页，共67页。15促进剂M ：2硫醇基苯并噻唑(sizu) 促进剂DM：二硫化二苯并噻唑 对硫化促进剂要求：活性高硫化促进剂的活性缩短橡胶达到正硫化所需的时间的能力。正硫化时间硫化橡胶达到最佳物理机械性能的硫化时间硫化平坦线要长正硫化曲线上在正硫化时间内出现平台硫化平坦线硫化的临界温度要高硫化的临界温度硫化促进剂对硫化过程发生促进作用的温度。硫化促进剂对橡胶老化性能和

12、物理机械性能不产生恶化作用活性剂加速催化剂活性和促进作用的金属氧化物、有机酸类和胺类。橡胶硫磺硫化：硫磺、促进剂和活性剂组成的硫化体系。 第14页/共66页第十五页，共67页。16酚类防老剂（AH）胺类防老剂：效果优、全面。但污染、变色性大。对苯二胺类高效(o xio)，多功能，低毒防老剂！酚类：防护效果不如胺类。优点：不污染，不变色。第15页/共66页第十六页，共67页。17nC C、常用增塑剂、常用增塑剂n物理增塑剂：硬脂酸，油酸，松物理增塑剂：硬脂酸，油酸，松焦油，三线油，六线油等。焦油，三线油，六线油等。n化学增塑剂：含硫化合物。化学增塑剂：含硫化合物。nD D、选择原则、选择原则n增

13、塑剂分子的极性要与橡胶的极增塑剂分子的极性要与橡胶的极性相对应。性相对应。n增塑剂的凝固点增塑剂的凝固点TgTg（橡胶的），（橡胶的），差值越大越好。差值越大越好。n有利于提高有利于提高(t go)(t go)制品性能和制品性能和降低成本。降低成本。第16页/共66页第十七页，共67页。18耐寒，耐油等性能，延长寿命。耐寒，耐油等性能，延长寿命。b、补强原理碳黑(tn hi)具表面活性，能与橡胶相结合。炭黑凝胶分散不好的C聚集体炭黑链纯胶物理作用：橡胶吸附于碳黑表面，润湿碳黑物理吸附，较弱。化学作用：碳黑上有活性很大的活化点，具不配对的电子，与橡胶起化学作用。橡胶吸附在碳黑的表面上，橡胶的若干

14、个点与碳黑表面起化学的结合化学吸附。特点：分子链比较容易在碳黑表面上滑动，但不易和碳黑脱离。橡胶与碳黑构成了一种能够滑动的强固的键。两个补强效应：第17页/共66页第十八页，共67页。19粒子(lz)粗细二次结构：碳黑后加工处理时由于物理吸附而形成(xngchng)的松散结构。碳黑的结构影响：加工性能结构越高，越易分散，压出性能越好。硫化胶性能结构高，导电性能提高，硬度提高，定伸强度提高。炭黑用量抗张强度天然胶丁苯胶细粒子C高耐磨C碳黑的结构一次结构：碳黑在制造过程中，相邻的颗粒相互熔接在一起，并连接起来形成一种链状结构。 C比表面积C凝胶第18页/共66页第十九页，共67页。20蒙脱土结构第

15、19页/共66页第二十页，共67页。21两种复合材料的扯断伸长率比较两种复合材料的撕裂强度比较在一定含量下有机(yuj)土对三元乙丙橡胶具有超强补强效果 第20页/共66页第二十一页，共67页。22确定胶料技术(jsh)要求基本试验配方试验与整理资料最佳配方中试确定最佳工艺条件生产配方第21页/共66页第二十二页，共67页。23第22页/共66页第二十三页，共67页。24出弹性行为；出弹性行为；n温度温度(wnd)(wnd)上升，粘度下降，表现上升，粘度下降，表现出液体的平稳的流动性质。出液体的平稳的流动性质。n（3 3）橡胶结构对粘弹性的影响）橡胶结构对粘弹性的影响n分子量增加，弹性增加，可

16、塑性下分子量增加，弹性增加，可塑性下降降难加工。难加工。n分子量分布宽，易加工。分子量分布宽，易加工。n支化度高，生成不溶凝胶支化度高，生成不溶凝胶合成胶合成胶变硬变硬难加工，硫化胶机械性能降难加工，硫化胶机械性能降低。低。n如：天然橡胶如：天然橡胶n分子量大，弹性高，可塑性低，难分子量大，弹性高，可塑性低，难加工加工必须塑炼。必须塑炼。n天然胶、丁苯胶、丁腈胶等分子量天然胶、丁苯胶、丁腈胶等分子量分布宽，易于加工。分布宽，易于加工。n顺丁胶，异戊二烯胶分子量分布窄，顺丁胶，异戊二烯胶分子量分布窄，不易加工。不易加工。第23页/共66页第二十四页，共67页。25第24页/共66页第二十五页，共

17、67页。26第25页/共66页第二十六页，共67页。27bbedUUdbeUbU形变指数 理想生胶断裂能量密度实际生胶断裂能量密度 0IIbbbbI0I断裂伸长 生胶被拉至断裂点时长度 生胶拉伸前的长度 db增加加工性能好。 影响(yngxing)断裂特性的因素：分子量，分子量分布，支化度。分子量分布宽，支化度低，加工性能好；分子量大，支化度高，加工性能不好。第26页/共66页第二十七页，共67页。28第27页/共66页第二十八页，共67页。29降低粘度的方法使橡胶分子链断裂，大分子长度。 塑炼(s lin)方法：在炼胶机中轧炼生胶，橡胶分子链在力和氧作用下断裂。塑炼(s lin)中可加入化学

18、塑解剂提高塑炼(s lin)效果力化学反应的结果。分类：低温塑炼(s lin)机械降解为主，氧起稳定游离基的作用。高温塑炼(s lin)自动氧化降解作用为主，机械作用强化橡胶与氧接触。力或化学作用第28页/共66页第二十九页，共67页。30游离基与氧气(yngq)作用 过氧化物游离基与其它橡胶分子反应 第29页/共66页第三十页，共67页。31低温塑炼机理：分子链在机械力作用下降解生成游离基，氧气稳定了生成的游离基，从而达到(d do)降低分子链长度的目的。若有化学塑解剂存在，则塑解剂起稳定自由基的作用。第30页/共66页第三十一页，共67页。32氧气充足(chngz)时，大分子游离基继续氧化

19、 第31页/共66页第三十二页，共67页。33自由基与橡胶(xingjio)分子作用夺取其活性氢原子 混合型化学增塑剂 如：硫醇类在有氧气存在时最先起引发剂作用，然后又起游离基接受体作用： 高温塑炼机理：氧化裂解占主导地位，搅拌作用可强化橡胶与氧的接触化学塑解剂可引发、促进氧化作用，稳定游离基。 第32页/共66页第三十三页，共67页。34RTFEeK/1100F0F 分子链断裂几率；E 分子化学键能； 链断裂时的机械力， 作用于分子链上的力， 链断裂时伸长长度；K1常数。 220)(MMKFM 作用于分子链上的剪应力（）； 平均分子量。K2常数。机械断链规律：大分子中央部分的链最先断裂分子链

20、愈长愈易切断极限分子量机械断链作用在塑炼初期最强烈，分子量下降最快，随后渐趋平缓(pnghun)，进而达极限，分子量不再随变化，该分子量称极限分子量。第33页/共66页第三十四页，共67页。35低温塑炼，机械断链占主导作用。T升高，生胶粘度降低，塑炼时受到作用力减小塑炼效果(xiogu)下降高温塑炼，氧化断链占主导地位。T升高，氧化断链作用加强，塑炼作用加强。T对塑炼的影响曲线呈U 形，中间效果(xiogu)最低。化学塑解剂提高塑炼效果(xiogu)。门尼粘度的降低第34页/共66页第三十五页，共67页。36n使键断裂的剪切应力；使键断裂的剪切应力；n游离基能被稳定；游离基能被稳定；n不发生交

21、联反应。不发生交联反应。n合成橡胶与天然胶对比：合成橡胶与天然胶对比：n天然胶甲基共扼效应造成弱键，天然胶甲基共扼效应造成弱键，合成二烯类橡胶无共扼效应，断裂难；合成二烯类橡胶无共扼效应，断裂难；n合成胶初始粘度低，分子合成胶初始粘度低，分子(fnz)(fnz)链短，分子链短，分子(fnz)(fnz)间易滑动，剪切间易滑动，剪切作用下降；作用下降；n 被 切 断 的 丁 二 烯 类 橡 胶 分 子 被 切 断 的 丁 二 烯 类 橡 胶 分 子(fnz)(fnz)游离基稳定性低于聚异戊二游离基稳定性低于聚异戊二烯。烯。n对策：对策：n合成时，控制和调节分子合成时，控制和调节分子(fnz)(fn

22、z)量量大小和分子大小和分子(fnz)(fnz)量分布，降低门量分布，降低门尼粘度，直接混炼。尼粘度，直接混炼。第35页/共66页第三十六页，共67页。37第36页/共66页第三十七页，共67页。38第37页/共66页第三十八页，共67页。39第38页/共66页第三十九页，共67页。402区时混炼的最佳区域(qy)，应使胶料在包辊的2区进行混炼 。第39页/共66页第四十页，共67页。41第40页/共66页第四十一页，共67页。42出现纵横向性能差异的现象。出现纵横向性能差异的现象。n降低压延效应方法：降低压延效应方法：n适当提高压延机辊温或热炼辊温，适当提高压延机辊温或热炼辊温，使胶料热塑性

23、提高。使胶料热塑性提高。n热炼与压延时进胶方向不同。热炼与压延时进胶方向不同。n压延后胶片缓慢自然压延后胶片缓慢自然(zrn)(zrn)冷却，冷却，使大分子松弛。使大分子松弛。第41页/共66页第四十二页，共67页。43第42页/共66页第四十三页，共67页。44n（1 1）贴胶工艺：）贴胶工艺：四辊压延机一次双面贴胶三辊压延机单面两次贴胶中、下两辊间无积胶中、下两辊间有积胶压力(yl)贴胶示意图：第43页/共66页第四十四页，共67页。45四、几种橡胶的压延特性1、天然胶：热塑性大，收缩率小压延易。易粘热辊。2、丁苯胶：收缩率大于天然橡胶。改善方法(fngf)：充分塑炼、热炼；加软化剂；掺少

24、量天然胶；低温压延。3、氯丁胶：7090时不易压延。宜： 低温90压延第44页/共66页第四十五页，共67页。46第45页/共66页第四十六页，共67页。47第46页/共66页第四十七页，共67页。48交联度与弹性(tnxng)关系： ) 3(212322211cRTMWW弹性； 橡胶密度； T绝对温度； Mc两个相邻交联键间橡胶分子的平均分子量； R气体常数； 1、2、3试片在三个座标上拉伸与未拉伸边缘长度之比。 交联度越大，弹性越大。 第47页/共66页第四十八页，共67页。49)(210cMRTAff产生一定(ydng)伸长比所需之力；橡胶密度；R气体常数；T绝对温度；A0试片未拉伸时的

25、横断面积；Mc两相邻交联键间橡胶分子的平均分子量；交联度越大，定伸强度越高。3、伸长率硫化使伸长率下降。二、硫化过程的四个阶段胶料硫化过程中，其性能随硫化时间的变化而变化的曲线硫化曲线。硫化起步阶段欠硫阶段正硫阶段过硫阶段 第48页/共66页第四十九页，共67页。50第49页/共66页第五十页，共67页。51噻唑(sizu)类 亚硫酰胺类 硫化交联反应：1、硫磺与促进剂化学反应多硫化合物中间产物“交联前驱”。2、多硫化合物引发交联反应；3、活性剂有助于硫化剂引发交联反应，且产生新“交联前驱” 。4、交联使线性分子网状大分子，弹性增加，综合性能提高。 示意图：第50页/共66页第五十一页，共67页。521、中间化合物的生成2、中间化合物与橡胶的化学反应生成活性侧基3、交联前驱引发交联4、交联反应继续进行。第51页/共66页第五十二页，共67页。53102112TTKtt102112TTKttt1 ， t2 硫化温度(wnd)为T1 ，T2时所需硫化时间K硫化温度系数：在一定硫化温度下，硫化胶获得某一性能的时间和硫化温度相差10时获得的相同性能的时间之比。 K2时，设原胶料在140时的硫化时间为60min。a、若硫化温度150，硫化时间： (min)30260260110150140102112TTKttb、