橡胶加工工艺ppt课件.ppt

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1、,1 橡胶的基本概念,2 生胶和配合剂,3 橡胶的主要性能指标,4 橡胶的成型原理,橡胶的基本概念,橡胶是高弹性的高分子材料，由于橡胶具有其他材料所没有的高弹性，因而也称作弹性体。,橡胶的共性,橡胶的发现,天然橡胶发现很早，考古发掘表明，远在十一世纪，南美洲人就开始使用橡胶球做游戏和祭品。直到哥伦布第二次航行探险（1493-1496）时，他们将橡胶带到了欧洲，欧洲人才开始认识天然橡胶。1735年法国科学家康达明（Condamine)参加了南美考察队，把一些最早的橡胶制品带到欧洲，并描述了印第安人利用橡胶树乳汁的情况。,橡胶的利用,橡胶的工业研究和应用开始于十九世纪初。通过长期不断的实践，Goo

2、dyear在1839年发明了硫化方法，为橡胶制品的工业化生产打下了基础。使用有机硫化促进剂提高了生产效率后，橡胶制品的应用范围不断扩大合成橡胶对开拓橡胶工业的应用领域作出了杰出的贡献。七十年代以来开始进入橡胶的分子设计时期。,橡胶的用途生活用和运动用,橡胶的用途医疗用,橡胶的用途交通用,橡胶的其它用途,橡胶的分类,橡 胶,液体橡胶热塑性橡胶,通用橡胶特种橡胶,性能和用途,天然橡胶合成橡胶,材料来源,天然橡胶的来源,生胶的化学组成,天然橡胶的结构：线型聚异戊二烯,天然橡胶（顺式）,杜仲胶（反式）,通 用 合 成 橡 胶,凡是性能与天然橡胶相近，物理机械性能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其他一般

3、橡胶制品的，称为通用合成橡胶。,1 丁苯橡胶2 顺丁橡胶3 异戊橡胶4 乙丙橡胶5 丁基橡胶6 氯丁橡胶,特 种 合 成 橡 胶,凡是具有特殊性能，专门用于制作耐热、耐寒、耐化学物质腐蚀、耐溶剂、耐辐射等特种橡胶制品橡胶称为特种合成橡胶。,1 丁腈橡胶2 硅橡胶 3 氟橡胶4 聚氨酯橡胶5 丙烯酸酯橡胶6 氯磺化聚乙烯,丁 苯 橡 胶 styrene butadiene rubber（SBR）,丁苯橡胶是最早工业化的合成橡胶，也是合成橡胶中产量和消耗量最大的胶种。1933年德国采用乙炔合成路线首先研制出高温乳液聚合丁苯橡胶；1937年由德国Farben公司首先实现工业化；50年代初，出现了性能

4、优异的低温(5-8)丁苯橡胶;目前，丁苯橡胶(包括胶乳)的产量约占整个合成橡胶生产量的55%，低温乳聚丁苯橡胶约占整个丁苯橡胶产量的80%。,丁苯橡胶的聚合,丁苯橡胶按其合成方法通常分为乳液聚合丁苯橡胶（简称乳聚丁苯橡胶，ESBR）和溶液聚合丁苯橡胶（简称溶聚丁苯橡胶，SSBR）,乳聚丁苯橡胶（ESBR),乳聚丁苯橡胶是自由基聚合，自工业化生产以来，己过其鼎盛时期，生产技术成熟，产品质量稳定，品种牌号齐全。ESBR 工业化初期,采用高温(50)聚合工艺合成的产品凝胶含量高,相对分子质量分布变宽度可达7.5 以上,称为硬橡胶。随着氧化-还原引发体系的开发,使得低温(5)ESBR软胶产品的性能优于

5、高温硬胶,低温聚合工艺逐步取代热法聚合工艺。,乳聚丁苯橡胶的优点,硫化曲线平坦，胶料不易焦烧和过硫。耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。高温耐磨性好，适用于乘用胎。加工中分子量降到一定程度后不再降低，因而不易过炼，可塑度均匀。硫化胶硬度变化小。提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。丁苯橡胶很容易与其它高不饱和通用橡胶并用，尤其是与天然橡胶或顺丁橡胶并用，经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。,乳聚丁苯橡胶的缺点,丁苯橡胶纯胶强度低，需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加配合剂的难度比天然橡胶大，配合剂在橡胶中分散性差。反式结构多，侧基上带有苯环，因而滞后损失大，生热高，

6、弹性低，耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。收缩大，生胶强度低，粘着性差。硫化速度慢。耐屈挠龟裂性比天然橡胶好，但裂纹扩展速度快，热撕裂性能差。,溶 聚 丁 苯 橡 胶,20世纪60年代中期，由于阴离子聚合技术的发展，溶聚丁苯橡胶（SSBR）开始问世。它是采用阴离子型(丁基锂)催化剂，使丁二烯与苯乙烯进行溶液聚合的共聚物。溶聚丁苯橡胶采用阴离子活性聚合，分子量分布窄、顺式含量高优异,滚动阻力小,抗湿滑性和耐磨性能优异，是轮胎面胶理想的材料。其发展正处于稳步上升阶段。合成SSBR的基本工艺：以烷基锂为引发剂，烷烃或环烷烃为溶剂，THF为无规剂，醇类为终止剂。根据聚合条件和所用催化剂的不同，可以分为

7、无规型和无规嵌段型两种。,溶聚丁苯橡胶的性能和应用,SSBR 是综合性能介于ESBR 和BR 之间的一种通用SR。可大量用于轮胎胎面胶、制鞋工业及其它橡胶工业制品。SSBR 的生产成本略高于ESBR,但其性能要比ESBR 优越得多,因此从性能价格比来看,SSBR 比ESBR 有更大的优势,这促使SSBR 得到迅速发展。,硅橡胶是由各种硅氧烷聚合而成的。主链全是由硅、氧两种原子所组成。随所用硅烷化学结构的不同，硅橡胶有不同的品种和特性。二甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶为通用型。苯基链节在5以下的甲基苯基硅橡胶为耐寒型，苯基链节达12的甲基苯基硅橡胶为耐燃型，甲基苯基乙烯基硅橡胶为耐油型。,硅橡胶,

8、硅橡胶主链全部由单键组成，每一个键都可以内旋转，所以有较好的柔顺性；由于氧原子上无取代基或原子、减少了对内旋转的阻碍；而且硅原子比碳原子的体积大，把两个甲基撑了出去，使两个甲基的距离比连接于碳原子来得大，减弱了它们的相互作用，因而减少了内旋转的阻碍，所以硅橡胶在70仍有良好的弹性。硅橡胶由于主链是Si-O键，键能大，所以具有较高的耐热性能，但其它性能远低于通用橡胶。仅在特殊情况下使用。硅橡胶属于半有机、半无机的聚合弹性体，是目前最好的既耐高温又耐严寒的橡胶，它的耐老化性、电绝缘性也非常好，是制造航空工业用垫圈、油封、防震配件、电绝缘制品以及人造器官和美容业的宝贵材料。,硅橡胶的结构、性能和用途

9、,液体橡胶是一种分子量为10000以下的粘稠状可流动液体。液体橡胶的交联点可为分子末端官能团和分子内官能团。分子末端有官能团的液体橡胶称作遥爪型液体橡胶，遥爪型液体橡胶经固化成型后其物性比一般液体橡胶好。根据液体橡胶主链结构的不同，可分成不同系列：1 聚硫橡胶系列 2 硅橡胶系列3 聚氨酯橡胶系列 4二烯类橡胶系列,液体橡胶,优点：加工简便，易于实现连续化、自动化生产，不需大型设备具流动性，适于浇铸成型，可提高生产效率。降低动力消耗适于制造形状和尺寸复杂的橡胶制品。可以在现场硫化。能在室外进行喷涂并具有良好的涂覆性。缺点：原料价格高强度低需要建立独立的设备体系，以适应新的加工工艺,液体橡胶的优

10、点和 缺点,热塑性橡胶是在常温下具有橡胶弹性，而在高温下能象热塑性塑料一样易于塑化成型的一类新型高分子材料。热塑性橡胶在常温下是两相体系。以SBS为例，其中的聚丁二烯相当于橡胶相，而聚苯乙烯相当于结晶相；聚丁二烯部分构成连续相，聚苯乙烯分散于其中。聚丁二烯决定了材料的高弹性能、良好的低温性能、耐磨性能。而聚苯乙烯则起物理交联点的作用。,热塑性橡胶,橡胶配合剂,1 硫化系统,2 补强剂和填充剂,3 软化剂和增塑剂,4 防老剂,硫化促进剂,目的：降低硫化温度，缩短硫化时间，改善硫化胶的物理机械性能噻唑类次磺酰胺类秋兰姆类胍类醛胺类二硫代氨基甲酸盐类黄原酸盐类,补强剂,目的：提高硫化橡胶的扯断强度、

11、定伸强度、耐磨性等物理机械性能。炭黑白炭黑 超细活性碳酸钙 活性陶土,填 充 剂,目的：增加胶料的容积，从而降低生产成本或改善加工性能。沉淀碳酸钙硫酸钡滑石粉云母粉,return,软 化 剂 和 增 塑 剂,目的：改善橡胶的加工和成型性能，增加橡胶的塑性。物理增塑剂：使橡胶溶胀，增大橡胶分子间的距离，降低分子间的作用力，从而使胶料的塑性增加。化学增塑剂：加速橡胶分子在塑炼时的断链作用，并使已断链的橡胶分子趋于稳定,防老剂,橡胶的老化：橡胶在加工、贮存和使用过程中，由于受到各种外界因素（如热、氧、臭氧、金属离子、电离辐射、光、机械力等）的作用，而逐步失去其原有的优良性能，以至最后丧失了使用价值。

12、添加防老剂的目的：抑制橡胶的老化现象。物理防老剂：石蜡化学防老剂：热稳定剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光屏蔽剂,橡胶的主要性能指标,可塑度门尼粘度门尼烧焦抗张强度、定伸强度、扯断伸长率和扯断永久变形磨耗弹性耐低温性能,橡胶配方设计的意义橡胶配方设计的原则橡胶配方的组成及表示方法橡胶配方设计的程序橡胶配方设计方法特种橡胶的设计原则,return,橡胶的配方设计,橡胶的成型加工过程,1 塑炼,2 混炼,3 压延,4 压出,5 硫化,塑炼就是在橡胶的加工过程中，首先通过机械、热、氧和加入化学试剂等方式，使生胶由强韧的弹性状态转变为柔软、便于加工的塑性状态。,塑 炼,使生胶获得一定的可塑性，使之适合于混炼、

13、压延、挤出和成型等工艺操作。使生胶的可塑性均匀化，以便制得质量均匀的胶料。,塑炼的目的,要增加橡胶的可塑性或塑性变形，必须使橡胶分子易于发生大分子链的位移运动，但橡胶的分子链很长，分子间吸引力大且线性分子之间存在大量缠结点，大大阻碍了长链分子的位移运动。所以减少橡胶分子链的长度（降低分子量）,是降低分子间作用力、增大橡胶分子的塑性变形的最有效方法。,橡胶的弹性变形和塑性变形,实验表明，在热、光、氧、机械力和某些化学药品的作用下，橡胶分子主链和侧链都可以断裂。工艺上可用以降低橡胶分子量获得可塑性的塑炼方法可分成两大类。机械塑炼法：采用开炼机、密炼机、螺杆塑炼机等的机械作用切断分子链而获得生胶可塑

14、性。化学塑炼法：在化学药品的作用下，使橡胶大分子链解聚而达到塑化的目的。,塑炼方法,影响橡胶分子链断裂的主要因素,2 氧的作用,4 化学增塑剂的作用,生胶在塑炼机械剧烈的拉伸、挤压和剪切应力的反复作用下，长链分子产生局部应力集中，致使分子链断裂，然后断链的活性自由基为氧或其他自由基受体所俘获而稳定，变成较短的分子而增加了可塑性。温度的降低，生胶粘度的增加，分子滑动性降低，塑炼时遭受机械力的作用增大。当温度一定时，随着施加于橡胶上的总机械功的增大（如增加塑炼机械的转速），分子链降解程度就愈大。,机械力的作用,橡胶分子受到炼胶机辊间剪切力的作用，分子链会被拉直，大分子链在中间部位发生断裂。,分子链

15、断裂的几率与作用于分子链上的机械功成正比，而与胶料的温度成反比。,天然橡胶薄通塑炼时分子量和可塑性的变化,天然橡胶在不同介质中的塑炼效果,氧的作用,在低温塑炼时，橡胶大分子受机械力的作用，分子链被切断而形成自由基，这种自由基能迅速地与氧产生化学反应，从而使断链后自由基得到稳定。无氧（氮气保护）存在时，断链所形成的自由基可发生偶合或支化反应，此时则得不到塑炼效果。随塑炼时间增长，橡胶重量和丙酮抽出物（其中有含氧化合物）的含量不断增加。这说明氧确实参与了橡胶的化学反应。,实验表明，生胶结合0.03%的氧就能使分子量降低50%；结合0.5%的氧，10万分子量就会降到5000。,天然橡胶在不同温度下的

16、塑炼效率,C线,H线,温度的作用,曲线可视为由两个曲线组成。其中C线是所谓的冷塑炼，H线相当于热塑炼。在冷塑炼阶段，分子链断裂的主要原因是由于机械力的作用。在热塑炼阶段，主要是氧化使分子链断裂。,使用化学塑解剂能提高塑炼效果。它在塑炼中的作用与氧相似。不同塑解剂的作用机理也各不相同。根据他们的使用温度，可分为：低温塑解剂：苯醌和偶氮苯高温塑解剂：过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈高低温通用型塑解剂：硫醇及其二硫化物类、二邻苯甲酰胺二苯基二硫化物低温塑解剂起自由基受体的作用，使断链的橡胶自由基稳定，从而生成较短的分子。高温塑解剂在高温时分解成极不稳定的自由基，促使橡胶分子生产自由基，进而氧化断链，起引发

17、剂的作用。而高低温通用型的塑解剂兼有上述两项功能。,化学增塑剂的作用,(),(),低温塑炼，无化学塑解剂时,（）和（）是新生成的橡胶大分子过氧物自由基，在室温下不稳定，通过吸收橡胶或其他物质中的氢原子而失去活性,（）,（）,（）,（）,生成了稳定的橡胶分子端部的氢过氧化物（）和分子内氢过氧化物（），使分子链长度变短。也可能生成橡胶的-O-O-型的交联，不过实验表明在低温塑炼时这种交联为数极少。,低温塑炼，有化学塑解剂时，以硫酚为例：,高温塑炼，无化学塑解剂时，在空气中氧的自动氧化作用下，橡胶分子中的-碳原子上的氢原子被脱出,（）,空气充足时，继续发生氧化,（）,（）,所得的醛再度氧化生成羧酸，

18、在非常高的温度下，羧酸与醇反应还可能生成酯。,高温下，有化学塑解剂时，塑解剂的存在会对橡胶的自动氧化起促进作用，以过氧化苯甲酰为例：,return,塑炼时，生胶受到炼胶机械的剧烈摩擦作用而产生静电。辊筒（或转子）的金属表面与橡胶接触处所产生的平均电位差在2000-6000伏特之间，甚至可达15000伏特。辊筒与生胶间经常有电火花出现，这种放电作用使生胶表面周围的空气中的氧活化，生成原子态氧和臭氧，从而促进对橡胶分子的断链作用。,静电的作用,生胶塑炼方法很多，工业中广为采用的是机械塑炼法。按所用设备可分为：由于塑炼设备的不同，所采用的工艺条件也不一样，因而影响塑炼效果的因素也不相同。,塑炼方法,

19、1 开炼机塑炼,2 密炼机塑炼,3 螺杆塑炼机,准备工艺,为了便于加工，生胶塑炼前需进行烘胶切胶破胶,开炼机塑炼,开炼机由前后平行排列的两个以不同速度相对旋转的辊筒构成。两辊筒表面线速度之比为速比，一般前后辊的速比为1：1.15-1.27，后辊比前辊快15-25%。前辊筒可以水平调节辊距，控制胶片厚度。辊筒中空，可通入冷水或蒸汽调节温度。,影响开炼机塑炼的因素,辊温辊距时间容量超前系数化学塑解剂,密炼机塑炼,密炼机主要部件包括密炼室、转子、上顶栓、下顶栓、冷却系统、润滑系统、密封装置和传动装置。,（1）密炼机转子比开炼机辊筒转速高，转子的断面结构复杂，转子之间的速比变化在1：0.91-1.47

20、的范围。另外，混炼室壁是固定的，与转子间的速度梯度很大，更促使胶料本身受到强烈的摩擦、撕裂和搅拌作用。（2）胶料在密炼室中受力作用面较开炼机大。（3）密炼机转子表面有棱面花纹，使胶料翻转并沿着转子的轴向中心翻动，起到了开炼机手工捣胶的作用。（4）密炼室内炼胶时摩擦生热大，温度较高，一般为120-140，随着转子转速的提高，上顶栓压力增大，温度可达到160以上，是橡胶受到剧烈的氧化裂解作用，促使生胶塑性增大。,密炼机与开炼机的比较,影响密炼机塑炼的因素,1 转子转速,2 温度,3 时间,4 容量和上顶栓压力,5 化学塑解剂,螺杆机塑炼,螺杆机塑炼的特点是高温下连续进行。在螺杆机中，生胶一方面受到

21、螺杆的强烈机械搅拌作用，另一方面由于生胶受螺杆与机身间的摩擦而产生大量热，温度可高达150-180，从而加速氧化裂解，获得塑炼效果。影响螺杆机塑炼的因素机温胶温填胶速度出胶空隙,一 橡胶配方设计的意义二 橡胶配方设计的原则三 橡胶配方的组成及表示方法四 橡胶配方设计的程序五橡胶配方设计方法六特种橡胶的设计原则,return,橡胶配方设计,配方设计的基本要求是：原材料使用合理制品质量高工艺性能好。配方研究可以分为 三个方面：基础配方的研究性能配方的研究工艺配方的研究,基础配方研究是研究新的生胶品种或新型配合剂的一般性质及特性，包括分子结构、物理化学性质及反应机理的确定，对橡胶性质的影响。性能配方

22、研究的目的是根据产品的使用条件，通过性能配方的研究，使胶料具有符合使用要求的性能，同时也是为了提高质量、设计新产品、探求使用新的特性配合剂的目的而进行的。工艺配方研究的目的是试验配方的工艺加工性能。有些配方试验物理机械性能很好，但是生产中不易加工，甚至是不能加工。工艺配方就是要解决这个问题。,要使产品性能满足使用的要求或给定的指标；在保证满足使用性能的情况下，尽量节约原材料和降低成本，或在不提高产品成本的情况下提高产品的质量；要使胶料适合于混炼、压延、挤出、硫化等工艺操作以及有利于提高设备的生产率；对于多层或多部件产品，要考虑产品各部件不同胶料的整体配合，使各部件胶料在硫化速度上和硫化胶性能上

23、达到协调；在保证质量的前提下，应尽可能地简化配方。,以重量份数来表示的配方。以重量百分数来表示的配方。以体积百分数来表示的配方。按炼胶机的容量来制定的配方，称为生产配方。,return,橡胶配方表示方法,先要确定产品的技术要求，然后根据这些要求制订产品的性能指标，作为配方设计的依据。确定产品的技术要求时，应了解产品使用时的负荷，工作温度，接触介质，使用寿命，胶料在产品结构中所起的作用等。第二为缩短试验时间，应详细收集技术资料，了解同类或类似产品所做过的配方试验情况、技术经验，为进行配方设计时做参考。第三，制定基本试验配方和变量试验范围。第四，进行试验室的小配合试验与数据整理，从中选出综合平衡性

24、能的最佳配方。第五，将选取的配方进行复试和扩大中试，最后确定生产配方。,return,配方设计程序,根据主要性能指标确定作为主体材料的生胶品种及含胶率；根据生胶的类型和品种、加工要求（如采用的硫化工艺方法和条件）及产品性能要求确定硫化体系及其用量；根据胶料的性能要求、比重及成本确定补强填充剂的品种和用量；根据胶种、填料种类、胶料性能、加工条件确定增塑剂（或软化剂）的品种和用量；最后确定防老剂以及专用配合剂（如着色剂、发泡剂等）的品种和用量。,制定基本配方的步骤,配方设计的程序首先要确定产品的技术要求，然后根据这些要求制订产品的性能指标，作为配方设计的依据。在橡胶配方设计中，往往要进行许多变量试

25、验来优选最佳的配方，目前多采用数理统计的方法来进行试验，其中等高线图解法、正交试验设计法和回归分析试验设计法三种方法进行。当然，对经验丰富的配方设计人员来说，亦可以采用单变量的试验方法，对胶料的性能作适当的调整。,橡胶配方设计方法,橡胶在高温下会很快发生臭氧龟裂、氧化裂解、交联破坏或其他物理因素的破坏，很少能在120以上能长期保持其物理机械性能。例如，硫化的天然橡胶在102经8小时后扯断强度损失25%，176 经8小时后已失去使用价值。橡胶的耐热性能，主要取决于所用橡胶的品种。所以在设计配方时，首先应考虑生胶的选择。,耐热橡胶配方设计原则,天然橡胶和大多合成橡胶都是二烯烃的聚合物和共聚物，其主

26、链结构中含有大量双键。双键容易被臭氧破坏而导致裂解，双键旁的次甲基上的氢很容易被氧化，导致裂解，因此容易高温老化。而不含双键的乙丙橡胶、丙烯腈-丙烯酸酯橡胶，以及双键含量较少的丁基橡胶则较耐高温。此外，分子主链中含有硫原子的聚硫胶和含氧原子的聚醚或氯醇胶也有较好的耐高温老化性能。主链均为非碳原子构成，如二甲基硅橡胶，由于硅氧键键能大于碳氧键，主链中有没有双键，所以能在200 以上长期使用。如果主链结构相同，双键或单键的数量相近，则橡胶的耐高温氧化性受取代基性质的影响很大。带有供电取代基者容易氧化，而带吸电取代基则较难氧化。,生胶的选择,橡胶的耐热温度范围,耐热橡胶配方除对胶种做合理的选择外，选

27、用配合剂也非常重要。如经特殊的配合，通用橡胶的耐热温度会有所提高。选用具有热稳定性和不挥发的软化剂，如高闪点的石油系油类，分子量大、软化点高的聚酯类增塑剂，或在硫化时可起聚合作用的软化剂，如古马隆树脂、低分子橡胶等；并尽可能降低其用量。选择高效硫化体系或树脂、过氧化物硫化体系 选用活性较低的防老剂 选用耐热性好的填充剂,配方举例耐热密封垫圈(对177喷气机燃料油),丁睛40 100 促进剂TMTD 0.25氧化锌 5 巯基乙酸 5硬脂酸 1.5 防老剂H 3 硫磺 0.5 超轻质燃烧氧化镁 100硫化条件：154x 60min硫化胶性能：老化前 在175下浸于B型燃料油中，经500小时老化后拉

28、伸强度(MPa)：14.9 14.0扯断伸长率：6l0 155硬度(邵氏，度)：77 65体积膨胀()：1 20,为了使各种橡胶制品性能符合使用要求，改善加工工艺性能、节约生胶降低成本，必须在生胶中加入各种配合剂，在炼胶机上将各种配合剂加至具有一定塑性的生胶中制成混炼胶的过程称为混炼。对混炼工艺的要求：,混炼,使各种配合剂全部均匀地分散于生胶中，保证胶料性能均匀一致。使配合剂（特别是增强剂）达到最好的分散度，并与生胶结合，以获得良好的补强效果。使胶料具有一定的可塑度，保证各项加工操作顺利进行。在保证混炼均匀的基础上，尽可能缩短混炼时间，提高生产效率，降低能耗。,1 配合剂的加工和准备,2 混炼

29、理论,3 混炼工艺,4 常用胶的混炼特性,粉碎干燥筛选软化剂的预热和过滤膏剂与母炼胶的准备称量与配合,配合剂的加工和准备,混炼胶是由各种细粒状配合剂作分散相，生胶为分散介质的多组分胶态分散体系。,混炼胶的结构,亲水性和疏水性配合剂,根据配合剂的表面特性，一般可把它们分为两类：亲水性配合剂：碳酸镁、碳酸钙、硫酸钡、陶土、氧化锌、锌钡白、氧化镁、氧化钙和其它碱性无机物等。这类配合剂的表面特性与生胶不同，两者界面极性相差很大，因此与生胶作用的活性较小，不易被橡胶润湿，在混炼中难以均匀分散；疏水性即亲胶性配合剂，如各种炭黑。这类配合剂粒子表面特性与生胶相近，两者界面极性相差较小，相互作用活性较大。,炭

30、黑在橡胶中的分布示意图,以炭黑为例，在混炼初期，橡胶渗入到炭黑凝聚体的空隙中，因此初期形成的是浓度很高的炭黑-橡胶团块，分布在不含炭黑的橡胶中。当炭黑所有空隙都已充满橡胶后，这些浓度很高的炭黑-橡胶团块在很大的剪切应力下被搓开，团块逐渐变小，直至达到充分分散。,炭黑补强机理-弱键和强键学说,粒径大小相近的填料与胶料耐磨性的关系,炭黑补强机理-炭黑粒子间橡胶链的有限伸长学说,炭黑补强机理-分子链滑动学说,影响炭黑补强效果的因素,炭黑的种类 炭黑的用量 炭黑的粒径 炭黑的结构,K-分散因数；Re-凝聚物半径;-橡胶粘度;-切变速度;C-聚集体间的内聚力。,混炼时，橡胶分子结合到活性填料粒子表面上形

31、成一种不溶于橡胶溶剂的产物，称为结合橡胶或炭黑凝胶。结合橡胶的形成过程十分复杂：,结合橡胶,部分是橡胶分子通过范德华力吸附在粒子的表面部分是在炼胶时橡胶分子链断裂时生成的大分子自由基通过化学键与粒子表面的活性部位结合而成的或者是炼胶时炭黑凝聚物破裂生成的活性很高的新鲜表面直接与橡胶分子反应的结果还有的是橡胶分子缠结在已与粒子结合的橡胶分子中，或与之发生了交联反应。,并用胶的混炼,随着并用胶分布形态的不同，会出现不同的结构分布。一种橡胶包围另一种橡胶。两种橡胶彼此间形成互连网络结构。,橡胶工业中最古老的混炼方法与密炼相比，其缺点是生产效率低、劳动强度大、环境卫生及安全性差。开炼机混炼的灵活性大，

32、适用于小规模、小批量的生产。对于品种变换频繁，胶料需用量不大的橡胶产品的生产，开炼机有其特殊用途。开炼机混炼还特别适用于几种特殊胶料的生产，如海绵胶、硬质胶和某些生热量较大的合成橡胶（如丙烯腈含量较高的硬丁腈胶）。,开炼机混炼,包辊,吃粉过程,翻炼,用开炼机混炼时，真正起混炼作用的只是在堆积胶处和辊缝中，胶料在辊筒表面上只是呈稳定的层流，而在密炼机中，则全部胶料同时受到捏炼，胶料的混炼过程与流动状态都要比用开炼机混炼时复杂得多。,密炼机混炼,混炼历程,（1）装料容量（2）上顶栓压力（3）转子的转速和混炼时间（4）混炼温度,影响密炼机混炼质量的因素,连续混炼：传递式连续混炼机,连续混炼：隔板式连

33、续混炼机,return,涂胶和浸胶是制取胶布的工艺方法，由于两者的目的不同，所用的设备和操作方法也不相同。涂胶是将胶浆涂覆于织物的表面，以获得一定厚度的胶层。它可作为压延贴胶前的底涂加工，也可作为胶布的加工。而浸胶是将胶乳或胶浆浸渗到织物组织内部，使织物纤维附上胶层，但由于所形成的胶层很薄，一般只作为压延贴胶前的底涂加工，以提高胶料与织物见的粘着性。,涂胶和浸胶,压延工艺可分成压片、贴胶、擦胶和压型等不同的作业。从原理上看，压延过程主要是通过两个辊筒作用把胶料辗压成具有一定厚度和宽度的胶片的过程。从表面上看，压延只是胶料造型的变化，但实质上是一种流体流动过程。在压延过程中，胶料一方面发生粘性流

34、动，一方面又发生弹性变形。压延中的各种工艺现象与胶料的流动性质有关，又与胶料的粘弹性有关。,压延,胶料在辊缝中的受力情况胶料在辊缝中的流动状态胶料粘度在压延中的效应胶料粘弹性质在压延中的效应压延效应压延设备压延工艺,胶料在辊缝中的受力情况,胶料在辊缝中的流动状态,胶料粘度在压延中的效应,胶料粘弹性质在压延中的效应,压延后的胶片容易出现一种纵横方向物理机械性能的差异，即在纵方向的抗张强度大、伸长率小、收缩率大，而在横方向的抗张强度小、伸长率大、收缩率小。这种纵横方向性能各异的现象叫压延效应。产生这种现象的原因，主要是橡胶分子链及针状或片状的填料粒子，经压延后产生取向排列的结果。从加工的角度来看，

35、应该尽可能消除压延效应，否则会造成半成品的变形（纵横方向收缩不一致），给操作带来困难。但从使用的角度来看，有些制品要求纵向强力高的则要利用之；有些制品需要强力分布均匀的，则要消除之。,压延效应,压延设备一 压延机二 压延联动装置压延前的准备工艺一 胶料的热炼二 纺织物的烘干,return,压延工艺,压出是使胶料通过压出机连续制成各种不同形状半成品的工艺过程。它广泛应用于制造胎面、内胎、胶管、各种断面形状复杂或空心的半成品。压出工艺操作简单、经济，半成品质地均匀，生产能力大，是橡胶生产中的一个重要工艺过程。,压出,又称挤出机，由螺杆、机身、机头（包括口型和芯型）、机架和传动装置等部件组成。,压出

36、机,压出机工作原理及胶料的运动状态,在压出过程中，胶料的流动实际上是四种流动的组合，既不会有真正的倒流，也不会有完全封闭型的环流，而是以螺旋形的轨迹在螺槽中向前移动。,胶料在机头所形成的流体静压力的作用下流过口型，在口型中的流动只表现为轴向运动。由于口型的长度一般都很小，因此胶料在口型壁中形成的压力梯度很大，当胶料通过口型时出现较大的流速，而且其速度梯度呈辐射状分布。,胶料在口型中的流动状态和压出膨胀,胶料是一种粘弹性体，当它流过口型时同时经历着粘性流动和弹性回复两个过程，使压出物呈现膨胀现象。出现膨胀现象的原因是因为胶料在入口处产生速度梯度，致使橡胶产生弹性变形，这种现象称为“入口效应”，这

37、种入口效应是引起压出物膨胀的主要原因。压出膨胀量主要取决于胶料流动时可回复变形量和松弛时间的长短。如果松弛时间短，很快就能回复，从口型中出来，胶料的弹性变形已基本上松弛完毕，就表现出较小的压出膨胀量。如果松弛时间长，胶料经过口型后，留存的弹性变形量还很大。压出膨胀量就大。,压出膨胀,硫化,硫化是橡胶制品制造工艺的最后一个过程，也是橡胶制品加工中最主要的物理-化学变化过程。硫化使未硫化胶料变成硫化胶，丛而获得了必需的物理机械性能和化学性能。许多产品的质量和使用寿命，在很大程度上取决于硫化过程。橡胶硫化最早用于橡胶工业时，是指橡胶与硫黄共热的相互作用过程。随着合成橡胶品种的增加和生产技术的发展，硫

38、化方法和新型硫化剂越来越多，因此，“硫化”一词的意义也需要加以修正。现在看来，硫化过程的实质就是把塑性的胶料变成为具有高弹性橡胶的工艺过程。该过程要经历一个结构上的转变，即柔软的长链状橡胶分子在特定条件下变成为空间网状结构的过程，这个过程亦称为交联作用。,橡胶在硫化过程中结构和性能的变化,由于硫化前后结构的变化，使橡胶的物理机械性能有下列递变趋向：生胶 硫化胶抗张强度 小 大伸长率 大 小流动性 大 小硬度 小 大热可塑性 大 小压缩变形 大 小粘着性 大 小回弹性 小 大老化性 大 小溶剂膨胀性 大 小定伸强度 小 大,为使硫黄与橡胶反应，必须使硫环裂解。通常硫黄环在160下裂解成为双基的活

39、性硫，这些双基活性硫又常进一步分裂为含硫原子数目较少的双基活性分子。如S-S4-S，S-S2-S和SS等。当硫原子数目减少到2-4个时，活性才有较多的提高。,硫化原理,元素状态的硫黄既不是硫原子，也不是S2分子，而是以稳定的S8环的形式存在。,单用硫黄硫化橡胶时，硫化时间很长，硫黄的利用率很低，硫化胶性能很差。使用促进剂、活性剂、硫黄硫化橡胶，能大大缩短硫化时间，减少硫黄用量，降低硫化温度，改善了硫化胶的各项性能。在硫化过程中起着主要作用的反应，为促进剂、活性剂生成“盐状化合物”，继而和硫黄反应生成多硫化硫醇盐化合物，其反应式及产物可表示如下：,上式中X代表各种常用促进剂的主要基团。,retu

40、rn,(1)无活性剂时的交联反应,(2)有活性剂的交联反应：,另外，还因为锌离子（氧化锌与硬脂酸反应生成的）能与多硫侧基的多硫键中间一个硫原子络合，并催化多硫侧基裂解与另一橡胶分子链的侧基进行反应生成交联键；同时还生成了能够再次进行交联反应的交联前驱。例如：,一般情况下（常用硫化体系）硫化过程中最初生成的交联键多为较长的多硫交联键。在此阶段，多硫交联键将继续变化，长的多硫键变成短的一硫、二硫键。这个短化过程为促进剂的锌盐所催化，并伴随交联键的可逆变位和新的交联键生成。与此同时还有交联键的断裂，橡胶分子键的改性（生成共轭三烯、环硫化合物、顺反异构化等），这些变化导致硫化胶许多性能变坏，称为硫化返

41、原或过硫化。,return,过硫化,交联键类型 键能（kcal/g)-C-C-84-C-S-C-68-C-S-S-C-64-C-Sx-C-64,交联键类型,硫化历程图,正硫化及正硫化时间,正硫化又称最宜硫化，通常是指橡胶制品性能达到最佳值时的硫化状态。正硫化时间是指达到正硫化状态所需的时间。一般来说，只有处于正硫化状态时，橡胶的各项物理机械性能指标才出现最佳值，处在正硫化前期称为欠硫，后期称为过硫，橡胶物理机械性能都较差。正硫化时间必须根据胶料的各项物理机械性能指标综合考虑，但因为橡胶的各项性能指标往往不会在同时间达到最佳值。因此，实际上只能根据某些主要性能指标来选择最佳点，确定正硫化时间。显

42、然，这种正硫化时间只具有工艺意义，故常称为工艺正硫化时间。,硫化是化学交联反应过程，硫化反应动力学的研究结果表明，交联键的生成速度基本上符合一级反应方程式，即,K-交联反应速度常数 t-硫化时间sti-硫化诱导时间 Vut交联密度Vu最大交联密度从硫化反应动力学可知，正硫化是指胶料达到最大交联密度时的硫化状态。因此，正硫化时间是指胶料达到最大交联密度时所需要的时间。用交联密度来测定正硫化时间，叫理论正硫化。,正硫化时间的测定,物理-化学法 游离硫测定法 溶胀法 物理机械性能测定法 300%定伸强度法 抗张强度法 压缩永久变形法 综合取值法 专用仪器法 门尼粘度计法 硫化仪法,硫化条件通常是指橡胶硫化的温度、时间和压力，这些条件对硫化质量有决定性影响，因此通常称为“硫化三要素”。正确制定和控制硫化条件是保证橡胶制品质量的关键因互素。（1）硫化温度和时间（2）硫化压力（3）硫化介质,硫化的影响因素,硫化方法,室温硫化法冷硫化法热硫化法 直接硫化法 热水硫化法 直接蒸汽硫化罐硫化法 热空气硫化法 间接硫化法加压硫化法 罐式硫化机硫化法 个体硫化机硫化法连续硫化法 鼓式硫化机硫化法 热空气连续硫化法 管道硫化法 液体介质硫化,