第九章 胶料的加工.ppt

1、第9章：橡胶化合物的加工，第1节：橡胶化合物的加工性能。生胶或胶料的流动性能是整个橡胶加工过程中最重要的基本性能。粘度、弹性记忆和断裂过程的力学性能是影响生胶加工性能和流动性能的主要因素。影响这些性质的主要链结构参数是平均分子量、分子量分布和长链支化。1.粘度门尼粘度是指未硫化橡胶在一定温度(100)、压力(31066106帕)和时间(4毫米)下的抗剪切性。橡胶的加工性能可以通过门尼粘度来判断。高门尼粘度表明平均分子量大，可塑性小，生胶不易塑化，胶料不易混合均匀，挤出性能差；相反，平均分子量小，塑性大，在混合过程中容易粘在辊上，这也可能影响硫化产品的强度。分子量分布的表达式，常用的是非均匀性系

2、数：橡胶的普通累积重量分数之比：M0.1样品中10%分子的分子量低于m0.1样品中10%分子的分子量低于M0.9。弹性记忆1。除了不可逆变形，弹性记忆橡胶还具有可恢复的弹性变形。2.影响弹性记忆的因素。流动时的可恢复变形。松弛时间。橡胶含量、炭黑、软化剂含量、挤出速度和温度对弹性效应的影响橡胶中橡胶含量高，弹性和挤出膨胀率大，半成品表面粗糙。加入炭黑会降低膨胀率。因为炭黑中的大量空隙可以吸收橡胶，所以可以在流动过程中引起弹性变形的“自由橡胶”减少了。添加软化剂还可以降低橡胶的膨胀率，从而降低分子间作用力，缩短松弛时间。随着温度的升高，分子间的距离增加，分子间的作用力减小，弛豫时间缩短，因此膨胀

3、率降低。提高挤出速度，膨胀率增加。3.橡胶的断裂特性1。生橡胶的变形由于实际的生橡胶既不是完整的弹性体，也不是完整的塑料体，它是一种既有弹性又有粘性的粘弹性体。因此，生胶在外力作用下会发生弹性变形、粘弹性变形、塑性变形甚至断裂。2。影响生胶断裂特性的因素分子量、分子量分布、支化度3。生胶失效特性的表征用总和、变形指数、生胶的理想断裂能密度、生胶的实际断裂能密度、断裂伸长率、生胶被拉至断裂点时的长度、拉伸前的生胶长度、第二段塑化等表示。薄通：在塑化过程中，减小辊距，使橡胶板变薄，以便冷却。生胶塑化是指通过机械应力、热、氧或添加一些化学试剂(如胶溶剂)将生胶的塑性提高到便于加工的塑性状态的过程。通

4、过塑炼获得的生橡胶称为塑炼橡胶。第一，生橡胶塑化的目的是在混炼过程中促进橡胶和配合剂的混炼和分散；便于压延、挤出和成型；使胶料易于渗入纤维中；提高浆料在溶剂中的粘附性和溶解性；改善模具中化合物的流动性，使产品有清晰的图案轮廓。使橡胶具有适当的塑性对橡胶制品的加工和成品质量非常重要。但这并不意味着可塑性越大越好。如果塑化过度，不仅会给加工工艺带来一些困难，还会降低产品的强度、弹性和耐磨性。因此，在满足加工工艺要求的前提下，应尽可能降低塑性。2.抹灰法机械抹灰法、化学抹灰法和机械抹灰法：通过机械力的破坏作用，如开炼机、密炼机和螺杆塑炼机，降低生胶的弹性在机械塑化法中，开炼机的温度一般在80以下，属

5、于低温机械塑化；密炼机和螺杆塑化机的塑化和出料温度均在120以上，甚至高达160180，属于高温机械塑化。低温塑化：1。机械作用将应力集中在大分子链的中部；2.分子链越长，越容易断裂。3.分子量分布变窄；4.在塑化的初始阶段，分子量迅速降低，然后趋于平坦。高温塑化1。分子量分布不会太窄；2.氧化在最大和最小分子量部分都起作用。塑化的本质是打破橡胶的大分子链，减少大分子链的长度。促使大分子链断裂的因素有两个：机械损伤和热氧化开裂。第2节塑化，1。塑化目的2。塑化对橡胶性能的影响是什么？橡胶塑性的表达式(威廉氏塑性、穆尼粘度、德夫硬度)A .威廉氏塑性(P):在一定温度下的试样由在一定载荷下两块平

6、行板之间的高度变化来表示：当试样完全塑性时，在70时，试样原始厚度h1，H2=h1=0(P=1)。(2)抹灰机理(1)塑化的目的和作用是打破橡胶的分子链，减少大分子的长度。裂解可以发生在大分子的主链或侧链上。2.氧、电、热、机械力和增塑剂在塑化过程中的作用。塑化机理与这些因素密切相关，其中氧和机械力起着重要的作用，它们相辅相成。3.塑炼的分类低温塑炼和高温塑炼，前者主要是机械降解，氧起稳定自由基的作用；后者主要是自动氧化降解，机械作用加强了橡胶和氧气之间的接触。1。低温塑化机理、剪切力、在空气中、自由基和氧的作用、()、()是新生成的橡胶大分子过氧化物自由基，在室温下不稳定，反应如下：形成稳定

7、物质，分子长度减小。、也可能产生面向对象类型的交联产品。在自由基受体如化学增塑剂苯硫酚的存在下，机械断链产生的橡胶大分子自由基会发生反应：高温塑化机理：在高温下，大分子自由基()是由于空气中的氧自动氧化橡胶分子而形成的，并且()可以在氮气或空气不足的情况下交联。当有足够的空气时，它可以继续被氧化。()，()，()，或，()，在化学增塑剂(如过氧化苯甲酰)的存在下，高温会促进生橡胶的自动氧化：，在氮或氧缺乏的情况下，自由基()相互反应，并被还原成大分子或交联形成凝胶。()，()，此时，它作为自由基受体和自由基引发剂，可表示如下：生成的橡胶自由基()在空气中根据()被氧化和分解，产生稳定的短分子。

8、机械力对生橡胶分子的断链效应可以用以下公式进行理论分析：(1)分子断链的概率；K1、K2常数；分子化学键能；F0作用于分子链的力；断链时的伸长长度；F0链断裂时的机械功：(=)作用在分子链上的剪切力；平均分子量m最长的分子的分子量包括长链分支和缠结点。低温塑化时，1。机械作用将应力集中在大分子链的中间；2.分子链越长，越容易断裂。3.分子量分布变窄；4.分子量在塑化阶段迅速下降，然后趋于平缓。高温塑化1。其机理不同于低温塑化；2.分子量分布不太窄；3.氧化对最大和最小分子量都有影响如果氧存在，它可以阻止自由基。在机械塑化过程中，当温度较低时，橡胶的粘度较高，施加在分子上的机械力较大，分子链断裂

9、的几率较大，塑化效果好；当温度很高时，橡胶的粘度降低，机械力导致分子链断裂的几率也降低，即发生滑移，塑化效果差。然而，如果提供足够的能量，它会导致橡胶大分子的氧化开裂。低温：主要作用是机械降解，氧起稳定自由基的作用；高温：自动氧化降解是主要作用，机械作用可以加强橡胶和氧气的接触。机械力的塑化效应随着温度的升高而降低，氧化开裂对塑化的影响随着温度的升高而增大，因此一定存在一个塑化效应最差的温度范围。化学塑化是在机械塑化过程中加入胶溶剂以提高塑化效果的一种方法。增塑剂一般可分为三种类型：(1)自由基接受型；(2)自由基引发型；(3)混合型，(1)自由基接受型：用于低温塑化。它能稳定断裂橡胶分子的自

10、由基，并产生更短的分子。如苯硫酚。(2)自由基引发型：用于高温塑化。它在高温下分解成不稳定的自由基，然后引发橡胶分子产生大分子自由基，这些自由基被氧化和破坏。如各种过氧化物。(3)混合型：既可用于低温塑化，也可用于高温塑化。低温塑化时，起终止作用；当在高温下塑化时，它起引发作用。为了便于生橡胶的塑化，生橡胶在塑化前需要烘烤、切割和破碎。(1)烤胶：便于切割和进一步加工。因为生胶，尤其是天然橡胶，经常在低温下结晶变硬，如果不加热去除结晶，就会变软，不利于切胶，同时会消耗大量电能，甚至在塑化过程中损坏设备。天然橡胶的烘烤温度一般为5060，烘烤时间为2436小时。如果冬季适当延长橡胶的干燥时间，冬

11、季温度较低时丁腈橡胶会变得很硬，因此在塑化前有必要将生胶预热至2030。(2)切胶：切胶是为了方便运输和操作。烘烤后的大胶块切成小胶块，天然橡胶切成1020公斤，氯丁橡胶不超过10公斤。(3)破胶：用破胶机将切好的橡胶块破胶，进行塑化。5.几种常见橡胶的塑化特性橡胶的塑化特性因其化学组成、分子结构、分子量和分子量分布而有显著差异。与天然橡胶和合成橡胶的塑化特性相比，低温塑化时最好满足以下主要条件：1。橡胶分子的主链上有弱键；2.橡胶的剪应力很大；3.切割后的橡胶大分子基团不容易与其他橡胶分子复合或反应；4.橡胶大分子氧化反应中存在的过氧化物将尽可能破坏橡胶分子，而不是成为交联反应的引发剂。天然

12、橡胶：天然橡胶容易获得可塑性，上述所有塑化方法都可以使用。恒定粘度和低粘度标准橡胶具有低初始粘度，通常不需要塑化。如果门尼粘度大于60，其他类型的标准粘合剂需要塑化。丁苯橡胶：丁苯橡胶的门尼粘度大多在3560之间。因此，丁苯橡胶可能不会被塑炼。但是，塑化后，可以提高复合剂的分散性，有助于提高产品质量。特别是对于海绵橡胶制品，丁苯橡胶塑化后容易发泡，泡孔尺寸均匀。第三节混合：通过机械作用将生胶与各种混合剂均匀混合的过程。化合物的质量对化合物的进一步加工和产品的质量有决定性的影响轧辊温度轧辊温度主要影响开炼机上橡胶的轧辊缠绕。为了便于操作，橡胶缠绕在前辊上，但是不同的橡胶具有不同的辊缠绕特性。天然

13、橡胶包裹热辊，而大多数合成橡胶包裹冷辊。混合天然橡胶应使前辊的温度高于后辊的温度；混合合成橡胶应使前辊的温度低于后辊的温度。各种橡胶的适宜辊温、混炼时间和混炼时间应根据橡胶混炼机的转速、速比、混炼能力和配合剂用量来确定。在保证混炼胶质量的前提下，要求采用最短的混炼时间。如果混合时间太长，生产效率将会很低，化合物将会“过度精炼”，导致化合物的物理和机械性能下降。不正确的进料顺序将导致不均匀的分散、滚降、过度精炼，甚至烧焦和其他质量问题。一般原则是：先加入用量小、不易分散的配合剂；加入用量大、易分散的复合剂；具有低临界温度和高活性的硫或促进剂必须与其它成分完全混合，或者在橡胶混合物冷却后加入。一般

14、来说，加料顺序是：橡胶(再生胶或各种母料)、固体软化剂、小料(促进剂、活性剂、抗氧化剂)、增强剂、填料、液体软化剂、硫磺。如果大量使用增强剂、填料和液体软化剂，它们可以交替加入以加速混合和分散。混合器混合混合器通常与压片机结合使用。一般分为一段混炼法、两段混炼法和一段混炼法：一段混炼通过密炼机，然后压片制得混合橡胶。适用于比例不超过50%的所有天然橡胶或合成橡胶。两阶段混合法：用密炼机混合两次，然后压片制备橡胶混合物的方法。适用于合成橡胶含量超过50%的胶料。几种常用橡胶的混炼特性(1)天然橡胶机械混炼时，其塑性迅速增加，热值低于合成橡胶，其配合剂易于分散。加料顺序对配混剂分散程度的影响不如合

15、成橡胶明显，但在长时间混合后容易过度细化，对胶料性能的影响比合成橡胶大。用开放式密炼机混炼天然橡胶时，辊筒温度一般在5060之间，前辊筒比后辊筒高5。使用密炼机时，采用一段混炼法。出胶温度应低于150。(2)丁苯橡胶混炼时，丁苯橡胶会产生大量热量并迅速升温，混炼温度低于天然橡胶。配合剂在丁苯橡胶中难以混合和分散，相应的混合时间比天然橡胶长。用开炼机混合时，前辊的温度应比后辊低510。有必要增加薄道次的数量并进行辅助处理，这有利于配混剂的均匀分散。密炼机可采用两级混炼，为防止凝胶，混炼量应较小，出胶温度应低于130。(3)在开炼机上混炼的顺丁橡胶不容易压成薄片，也不容易滚下。为了制造顺丁橡胶卷，可以使用小辊距和低辊温(405)进行混合。混炼胶在顺丁橡胶中的分散度比在天然橡胶中的分散度低，因此需要进行补充加工以获得更好的均匀分散。当与密炼机混合时，容量可增加10%，辊温可稍高，以促进配混剂的分散。出胶温度一般为130140。当炭黑含量较大或使用高结构的细颗粒炭黑时，必须采用两级混合才能分散均匀。(4)氯丁橡胶的工艺性能随温度变化明显。在开炼机上混合时，轧辊温度通常在4050范围内，如果用密炼机混炼时，由于乙丙橡胶的高温热塑性特点，在密炼机条件下，配合剂和油剂容易分