橡胶工艺学培训

橡胶工艺学摘要一、 基本概念：橡胶：橡胶是一种有机高分子材料，最典型的特征是高弹性。生胶：未加入任何配合剂的橡胶，分子呈线形结构，可溶于有机溶剂。混炼胶：生胶与各种配合剂经过加工混合均匀，但未硫化的橡胶，还是线形大分子，可溶于有机溶剂。硫化胶：混炼胶在一定条件下，经交联而得到三维网状结构的橡胶，但不能溶解，只可溶胀。配方：指生胶与各种配合剂按一定比例的一种组合。硫化：又称交联，是指橡胶的线形分子在一定条件下发生物理或化学作用，形成三维网状结构的过程。硫化三要素：温度、时间、压力。二、 橡胶配合五大体系：1、 生胶：母体材料，提供最主要的性能。2、 硫化体系：包括硫化剂、促进剂、活化剂。使橡胶由线形变成网状，可提高胶料的强度、稳定产品尺寸和形状。3、 补强填充体系：包括补强剂、填充剂。提高化学性能，改善加工工艺性能，增大体积，降低成本。4、 防护体系：通过化学、物理作用，延长制品寿命。5、 增塑体系：增大流动性，降低胶料粘度，改善加工性能，降低成本。另外还有其他加工配合体系：发泡、着色、导电、阻燃、香味等。6、 橡胶加工过程：1）炼胶（塑炼、混炼）2）压延3）挤出4）成型5）硫化三、 常用生胶简介：1、 八大胶名称：1） 天然橡胶NR（包括烟片胶、皱片胶、标准胶）。2） 通用合成胶SR：T苯胶（SBR）/顺丁胶（BR）/乙丙胶（EPMEPDM）/丁基胶（IIR）/氯丁胶（CR）丁月青胶（NBR）异戊胶（IR）2、 天然橡胶NR:1） 主要成份：聚异戊二烯，以及蛋白质、丙酮抽出物等杂质。2） NR胶主要产自巴西三叶橡胶树而得名，还有少量树也产橡胶：杜仲、银菊等。3） 天然胶分类：三叶胶：烟片胶、皱片胶、标准胶（果粒胶）。其他胶：杜仲胶、银菊胶等。4） 天然胶分级：（1） 按外观质量分级，分为烟片胶、皱片胶。是通过外表有无气泡、小树皮屑、有无霉斑、胶锈杂质、透明度，通过眼看手拉来分级。国标烟片胶分自RSSNO.1〜RSSNO.5共5级，称为1#—5#烟片胶。皱片胶分6级。（2） 按理化指标分级：称为标准胶。指标有杂质含量、塑性保持率、塑性初值、挥发物含量、灰分含量、氮含量、颜色指数等7个主要指标。ISO2000分为SMR5L（绿色）SMR5（绿色）SMR10（褐色）SMR20（红色）SMR50（黄色）五个等级（颜色为包装标志）。国标胶分为SCRCV/SCRL/SCR5L/SCR10L/SCR20/SCR50六级。5） NR的物理性能：（1）补强性能好，机械强度高（2）弹性好，通用胶中仅次于顺丁胶（3）优异的自粘性和互粘性（4）耐磨性能好（4）动态生热低（5）综合加工性能好。缺点：耐老化性差，耐非极性油、耐溶剂性差。易于做胎面等各种制品。3、异戊橡胶IR又称人造天然橡胶。1） 主要成分：顺1,4异戊二烯2） 物性：强度比NR低，伸长量大，耐老化性差。为白色透明体，适于浅色、彩色制品。异戊橡胶是由异戊二烯合成的一种橡胶，最接近天然橡胶，而耐水性，电绝缘性超过天然橡胶。全名为顺-1,4-聚异戊二烯橡胶。由异戊二烯制得的高顺式（顺-1,4含量为92%〜97%）合成橡胶，因其结构和性能与天然橡胶近似，故又称合成天然橡胶。它是一种综合性能很好的通用合成橡胶，主要用于轮胎生产，除航空和重型轮胎外，均可代替天然橡胶。但它的生胶强度、粘着性、加工性能以及硫化胶的抗化学式撕裂强度、耐疲劳性等均稍低于天然橡胶。4、丁苯橡胶SBR1）分类：分为乳聚丁苯与溶聚丁苯。乳聚丁苯分高温乳聚和低温乳聚，高温乳聚50°C，低温乳聚5°C.丁苯橡胶的用途按国际合成橡胶生产协会（IISRP）的规定，可以用数字表示六大丁苯橡胶系列，即1000系列（高温乳聚丁苯橡胶）,1100系列（高温乳聚丁苯橡胶炭黑母炼胶）,1500系列（低温乳聚丁苯橡胶）,1600系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）,1700系列（低温乳聚充油丁苯胶）,1800系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）,其中以1500系列产品为主.绝大多数丁苯橡胶用于轮胎工业，其次是汽车零件，工业制品，电线和电缆包皮，胶管和胶鞋等.2）性能：（1）抗湿滑性能（2）耐磨性能（3）耐老化、耐热性能、抗撕裂性能较好（4）自粘性、互粘性差（5）滞后损失大，硫化胶生热高。5、 顺丁橡胶BR1） 性能：（1）高弹性、耐寒性（-72C）（2）生热最低，动态耐疲劳性好、适于胎侧（3）耐磨性好，适合用于胎面（4）强度最低（5）加工性能差，包辊性差（6）贮存时具有冷流性。2） 用途：通用胶，用于轮胎、管带、鞋等。6、 乙丙橡胶 _1） 分为二元乙丙胶（EPM）与三元乙丙胶（EPDM）。2） 性能：1、化学稳定性在通用胶中最好2、电绝缘性能优异3、耐水、耐过热水、水蒸汽性能优异4、密度最小5、强度低、粘性差。7、 丁基橡胶IIR性能1）优异的气密性一适于制造内胎、药用瓶塞。2） 阻尼性优异---适于减震、吸波、吸音制品。3） 耐水蒸气、耐化学介质好。4） 粘合性差、加工性能差。其他作用：防腐衬里，胶粘剂、防水建材等。8、 丁腈橡胶NBR性能：1）耐油性好（通用胶中最好）2） 是一种半导体材料，具有抗静电性3） 气密性仅次于IIR4） 耐老化性能较NR、SBR、BR好5） 耐低温性较差。9、 氯丁橡胶CR性能1）具有阻燃性（离火自熄）2） 强度高（仅次于NR、CIR）3） 粘合性能好4） 耐天气性能优异（用作气球）5） 耐低温差6） 在温度高时易粘辊。10、 特种胶：1） 氟橡胶：耐高温（250C以下），耐油、耐介质性能好。2） 硅橡胶：耐高温、耐低温、良好的透气性，生物医学性能。3） 聚氨基甲酸脂橡胶（聚氨脂橡胶）：最高的耐磨性。四、硫化体系：1、 硫化体系一般包括：硫磺（硫磺剂）/无机氧化物（活性剂）/有机化合物（促进剂）。2、 硫化历程：橡胶硫化包括焦烧期、热硫化期、平坦硫化期、过硫化期四个阶段。1） 焦烧阶段：焦烧：混炼胶在加工或停放过程中产生的一种早期硫化现象。焦烧时间：从胶料开始加热起至胶料的转矩从最低值上升10个单位时间所需的时间，用T10表示。包括炼胶、压延、挤出时的操作焦烧时间，也包括在模腔内的时间，即剩余焦烧时间。焦烧时间的长短关系到生产加工的安全性。如果挤出时的操作焦烧时间占用过多，剩余焦烧时间就较少，导致橡胶刚放入模具就结束，胶料不能充分流动，影响粘合性能。这要求操作焦烧时间尽量短，从而有足够的剩余焦烧时间。2） 热硫化阶段：为工艺正硫化时间，是胶料硫化的时间。3） 平坦硫化阶段：这时进入熟化阶段，交联反应与重排、裂解反应趋于平衡，在热的作用下，继续硫化至平衡。4） 过硫化期：该阶段一般性能下降，也有上升（顺丁胶），也有不升不降情况。性能下降即返原。返原是指胶料达到正硫化后再继续硫化，交联键裂解，交联密度下降，使胶料性能下降的现象，也称返硫。理想的硫化曲线（1）焦烧时间足够长（2）热硫化期尽可能短（3）平坦期尽可能长（4）最高转矩要大。3、 常用硫化剂：只要能使橡胶分子发生化学交联作用的都称为硫化剂。硫磺（分硫磺粉S与不溶性硫磺IS）、硫载体（DTDM、TMTD等）、过氧化物（ZnO/MgO）、树脂（酚醛树脂）、异氰酸酯（主要用于聚氨脂橡胶）。4、 促进剂：指能降低硫化温度、加快硫化速度、缩短硫化时间、改善胶料性能。1） 噻唑类：M、DM、MZ（焦烧时间MVMZVDM）酸性准速级，焦烧时间较短1、优点：硫化曲线的平坦性好2、有苦味，不能与食品接触的橡胶使用。2） 秋兰姆类：TMTM、TMTD（TT）、TETD。酸性超速级促进剂，焦烧时间很短，促进速度很快。5、 氧化锌与硬脂酸反应生成锌皂，组成活化体系，提高了ZnO在橡胶中的溶解度，并与促进剂作用活化促进剂和硫化。ZnO在胶料中的作用1）硫磺硫化体系中作活化剂2）过氧化物硫化体系中提高耐热性3）金属氧化物硫化体系中作硫化剂4）杀菌作用。6、 硫化前橡胶常见的现象：喷霜1） 喷霜：指在一定温度下，溶解在橡胶中的硫磺等配合剂的量超过它在该温度下的溶解度，达到过饱和，多余的硫磺等配合剂就会自动从胶料内部向表面迁移，重新结晶，形成一层白霜的现象。2） 减轻喷霜的措施：（1）低温下加硫磺（2）使用不溶性硫（3）减少硫的用量（4）用硫载体代替硫（5）加硫之前加软化剂（松节油等）（6）胶料中加胶粉或再生胶。7、 常见硫磺硫化体系1） 普通硫磺硫化体系（CV体系、传统体系）性能：强度高、动态疲劳性好，但耐老化、耐热性差，易返原。2） 半有效硫磺硫化体系（SEV）:用硫载体部分代替硫。性能：既有较高强度和动态疲劳性，又有较好的耐热、耐老化性能。3） 有效硫磺硫化体系（ZV）性能：耐热、耐老化性好，返原比较轻，但力学强度低。8、 非硫硫化体系1） 过氧化物硫化体系。2） 金属氧化物硫化体系：（ZnO、MO、PbO），主要用于硫化含氯橡胶，如CR等。五、补强与填充体系：1、 概念：1） 补强：在胶料中加入某种物质，使胶料的拉伸强度、撕裂强度、定伸负荷、模量、抗溶胀性等性能得到显著提高的行为。常用补强剂：炭黑、白炭黑、短纤维、有机树脂、无机纳米材料。2） 填充：在胶料中加入某种物质，能增大胶料的体积、降低成本而又不明显影响胶料性能的行为。如：陶土、碳酸钙、滑石粉等。2、 炭黑：1） 定义：指烃类不完全燃烧或者隔绝空气热裂解所制得的一种黑色的具有高度分散性的粉末物质。主要由碳元素组成，是近乎球形的胶体离子，这些离子大都熔结成不规则的聚集体。2） 制造方法：分为灯烟炭黑、槽法炭黑、炉法炭黑、热裂法炭黑。3） 炭黑的表示（美国材料协会ASTM标准）：N（或S）+0-9数字+任意两位数（公司编号）其中：N炉法S槽法0〜9数字表示炭黑的粒径大小。4） 常用炭黑：（1） N660中等补强性炭黑，平均粒径60nm。（2） N330HAF高耐磨炭黑，平均粒径29nm.5） 炭黑对胶粒的影响：（1） 炭黑粒径越小，拉伸强度、定伸应力、撕裂强度、硬度升高，弹性、伸长率下降。（2） 粒径大的，混炼时易吃粉、易分散、生热小。6） 炭黑的表面活性：炭黑主要由碳原子组成，以共价键结合成六角形层面，另外还有少量的H、O、S等。在炭黑表面形成自由基、氢基、含氧基团。从而与橡胶中的自由基、侧基连接。3、白炭黑：小粒子的二氧化硅V50nm,分气相法、沉淀法制取。1） 表面官能团：-OH,-Si-O-Si-，具有很强的吸附性，一般显酸性。2） 白炭黑补强性能不如炭黑，但加偶联剂（Si-69）后，补强效果可与炭黑相当，但生热低，耐磨性好，适于胎面而且返原性差。六、 防护体系1、 橡胶老化定义：是指生胶或橡胶制品在加工、贮存或使用过程中因受外部环境因素的影响和作用，使性能下降的现象。老化的表现：不饱和胶如天然橡胶等，由于分子链降解而变软发粘；饱和胶（如SBR/BR/NBR）由于交联而发硬发脆，以致裂纹、硼块。2、 常用防老剂：1） 防老剂RD:喹啉类，琥珀色至灰色树脂状粉末，能防护条件苛刻的热氧老化，对金属离子有钝化作用，防屈挠