第八章 橡胶的成型加工原理

Transcription

1 第 九 章 橡 胶 的 成 型 加 工 原 理 本 章 主 要 内 容 橡 胶 的 概 述 橡 胶 的 成 型 橡 胶 的 硫 化

2 9.1 橡 胶 的 概 述 橡 胶 的 基 本 概 念 橡 胶 是 高 弹 性 的 高 分 子 材 料, 也 称 弹 性 体 橡 胶 在 较 小 的 外 力 作 用 下 能 显 示 出 高 度 变 形 的 能 力, 而 在 外 力 除 去 后, 又 能 恢 复 原 来 的 形 状 SBS

3 橡 胶 除 在 小 变 形 区 域 外 ( 小 于 50%), 没 有 固 定 的 杨 氏 模 量, 小 变 形 范 围 内 的 杨 氏 模 量 约 为 1.0N/mm2 橡 胶 的 拉 断 强 度 不 高 橡 胶 的 缺 点

4 9.1.2 橡 胶 制 品 的 加 工 过 程 通 常 在 橡 胶 材 料 中 加 入 补 强 剂 交 联 剂 抗 氧 剂 增 塑 剂 分 散 剂 增 黏 剂 等. 橡 胶 制 品 实 际 上 是 多 种 材 料 的 复 合 体 橡 胶 的 加 工 指 由 生 胶 及 其 配 合 剂 经 过 一 系 列 化 学 与 物 理 作 用 制 成 橡 胶 制 品 的 过 程 : 生 胶 的 塑 炼 塑 炼 胶 与 各 种 配 合 剂 的 混 炼 及 成 型 胶 料 的 硫 化 等

5

6 SBS, is a hard rubber, which is used for things like the soles of shoes, tire treads, and other places where durability is important.

7 9.1.3 橡 胶 的 主 要 性 能 品 质 指 标 (1) 可 塑 度 试 样 在 外 力 作 用 下 产 生 压 缩 形 变 大 小 和 除 去 外 力 后 保 持 形 变 的 能 力 R = h h 0 0 h h 2 1 P = S R = S = h h 0 0 h h 0 0 h + h h h 1 1 一 定 规 格 的 试 样 在 一 定 温 度 压 力 下 压 缩 3min, 量 出 试 样 高 度 h 1, 取 出 试 样, 室 温 下 3min 后 测 试 样 高 度 h 2, 原 始 高 度 h 0 P- 可 塑 性, R - 弹 性 回 复 性,S- 柔 软 性

8 (2) 门 尼 粘 度 未 硫 化 胶 料 在 一 定 温 度 (100 ) 压 力 ( ~ Pa) 和 时 间 (4min) 时 的 抗 剪 切 能 力 门 尼 粘 度 越 高, 平 均 分 子 量 越 大, 可 塑 性 小 (3) 门 尼 焦 烧 测 定 胶 料 在 一 定 温 度 (120 ) 压 力 ( ~ Pa) 下 开 始 硫 化 ( 即 门 尼 粘 度 突 然 上 升 ) 的 时 间

9 (4) 抗 张 强 度 抗 张 强 度 : 在 规 定 温 度 下, 把 试 样 放 在 拉 力 试 验 机 上, 以 一 定 的 速 度 进 行 拉 伸 至 断 裂, 胶 料 单 位 横 截 面 积 上 所 承 受 的 最 大 拉 力 ο = P bh (b,h 分 别 是 试 样 工 作 的 宽 度 和 最 小 厚 度 )

10 定 伸 强 度 : 试 样 达 到 一 定 的 伸 长 率 时, 胶 料 单 位 面 积 上 所 受 到 的 力 扯 断 伸 长 率 : 试 样 被 扯 断 时 的 伸 长 与 试 样 原 始 长 度 的 比 值 ε = L 1 L 0 L 0 100% (L 0 和 L 1 是 试 样 试 验 前 和 扯 断 时 的 工 作 标 距 ) 扯 断 永 久 变 形 H d = L 2 L 0 L 0 100% (L 0 和 L 2 是 试 样 在 试 验 前 和 扯 断 后 停 留 3min 对 接 起 来 的 标 距 )

11 (5) 耐 磨 性 能 阿 克 隆 磨 耗 磨 耗 格 拉 西 里 磨 耗 邵 坡 尔 磨 耗 皮 克 磨 耗

12 (6) 弹 性 摆 锤 弹 性 : 一 定 重 量 的 摆 锤 子 一 定 高 度 冲 击 一 定 厚 度 的 橡 胶 试 样, 以 摆 锤 弹 回 的 高 度 来 衡 量 弹 性 的 大 小 有 效 弹 性 : 试 样 受 力 伸 长 后 卸 荷, 试 样 收 缩 的 恢 复 功 与 伸 长 时 所 消 耗 功 之 比 的 百 分 数 有 效 弹 性 大, 橡 胶 弹 性 好

13 (7) 耐 低 温 性 能 拉 伸 耐 寒 系 数 : 在 常 温 和 一 定 低 温 下, 用 同 样 的 负 荷 拉 伸 试 样 同 样 长 的 时 间 (5min), 试 样 在 低 温 和 常 温 的 伸 长 之 比 K f = L L 2 1 (L 1 和 L 2 为 常 温 和 低 温 下 试 样 的 伸 长 )

14 压 缩 耐 寒 系 数 : 一 定 低 温 下, 试 样 压 缩 至 原 高 80%, 5min 后 去 除 负 荷 使 试 样 恢 复,3min 后 测 出 试 样 高 度 K y = h h 2 0 h h 1 1 (h 0 和 h 1 为 试 样 压 缩 前 后 的 高 度, h 2 试 样 去 除 负 荷, 恢 复 3min 时 的 高 度 ) 脆 化 温 度 : 在 玻 璃 化 温 度 以 下, 随 温 度 的 降 低, 当 外 力 作 用 于 橡 胶 时, 橡 胶 不 再 产 生 强 迫 高 弹 形 变 而 产 生 脆 性 破 坏 所 对 应 的 温 度

15 9.1.4 橡 胶 的 组 成 一 橡 胶 ( 生 胶 ) 1 橡 胶 的 定 义 与 分 类 (1) 橡 胶 的 定 义 又 叫 弹 性 体, 是 指 在 常 温 下 具 有 高 弹 性 的 聚 合 物 在 成 型 加 工 中, 橡 胶 这 种 原 材 料, 又 叫 生 胶, 是 指 没 有 经 过 加 工 和 配 合 的 橡 胶 (2) 橡 胶 的 分 类 除 按 照 来 源 以 及 性 能 与 用 途 分 类 外, 还 可 以 按 照 结 构 特 点 进 行 分 类, 即 饱 和 橡 胶 与 不 饱 和 橡 胶 极 性 橡 胶 与 非 极 性 橡 胶

16 橡 树 之 泪 根 据 来 源 分 类 : 天 然 橡 胶 合 成 橡 胶

17 根 据 性 能 与 用 途 不 同 分 类 : 通 用 合 成 橡 胶 : 简 称 通 用 橡 胶, 是 指 性 能 与 天 然 橡 胶 接 近, 且 物 理 机 械 性 能 与 加 工 性 能 较 好, 能 替 代 天 然 橡 胶 而 广 泛 用 作 轮 胎 和 其 它 一 般 橡 胶 制 品 的 橡 胶 特 种 合 成 橡 胶 : 简 称 特 种 橡 胶, 是 指 具 有 特 殊 性 能, 专 门 用 作 耐 热 耐 寒 耐 溶 剂 耐 腐 蚀 耐 辐 射 等 特 种 橡 胶 制 品 的 橡 胶

18 2 橡 胶 的 品 种 丁 苯 橡 胶 (SBR): 合 成 橡 胶 中 产 量 最 大 的 品 种, 约 占 60%; 主 要 用 于 制 作 轮 胎, 也 用 于 制 作 其 他 橡 胶 制 品, 如 胶 带 胶 鞋 等 顺 丁 橡 胶 (BR): 顺 式 -1,4- 聚 丁 二 烯 橡 胶 的 简 称, 主 要 用 于 制 作 轮 胎 异 戊 橡 胶 (IR): 顺 式 -1,4- 聚 异 戊 二 烯 橡 胶 的 简 称, 主 要 用 来 替 代 天 然 橡 胶 氯 丁 橡 胶 (CR): 通 常 用 于 胶 带 胶 管 以 及 各 种 防 腐 衬 里 等 工 业 制 品, 也 可 用 于 电 线 电 缆 胶 鞋 等 方 面

19 丁 基 橡 胶 (IIR): 也 叫 异 丁 橡 胶, 最 适 合 用 来 制 造 内 胎 防 辐 射 手 套, 以 及 其 他 气 密 性 要 求 较 高 的 橡 胶 制 品 乙 丙 橡 胶 (EPR,EPM): 乙 烯 和 丙 稀 的 共 聚 物, 主 要 用 于 制 造 汽 车 配 件 和 工 业 橡 胶 制 品 丁 腈 橡 胶 (NBR): 可 广 泛 用 于 耐 油 橡 胶 制 品 的 制 造, 也 可 用 于 制 作 真 空 橡 胶 制 品 和 减 震 橡 胶 制 品 硅 橡 胶 : 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 SBS: 主 要 用 于 制 作 胶 鞋 胶 管 等

20 二 橡 胶 的 配 合 剂 由 于 橡 胶 的 分 子 间 力 很 小, 链 的 柔 性 较 高, 故 有 : (1) 物 理 机 械 性 能 很 差 ; (2) 温 度 稍 高 时 会 变 软 发 粘 ; (3) 遇 溶 剂 时 很 容 易 发 生 溶 胀 和 溶 解 ; (4) 在 不 太 大 的 作 用 力 下 发 生 塑 性 形 变, 难 以 保 持 一 定 的 形 状 ; 所 以, 未 经 配 合 和 硫 化 的 生 胶 是 没 有 什 么 实 际 用 途 的

21 ( 一 ) 硫 化 系 统 橡 胶 用 硫 磺 进 行 硫 化, 通 常 是 由 硫 化 剂 ( 硫 磺 ) 促 进 剂 活 性 剂 组 成 的 硫 化 系 统 构 成 1 硫 化 剂 橡 胶 中 的 线 形 大 分 子 链 在 化 学 作 用 下, 通 过 化 学 键 的 连 接 而 成 为 空 间 网 状 结 构 的 过 程, 叫 做 硫 化 ( 固 化 交 联 ) 使 橡 胶 发 生 交 联 的 化 学 物 质, 叫 做 硫 化 剂 ( 固 化 剂 交 联 剂 )

22 (1) 硫 磺 适 用 于 天 然 橡 胶 与 不 饱 和 橡 胶 (2) 有 机 过 氧 化 物 主 要 适 用 于 饱 和 橡 胶, 也 可 用 于 不 饱 和 橡 胶 (3) 某 些 金 属 ( 锌 铅 镁 ) 的 氧 化 物 主 要 用 于 具 有 活 性 官 能 团 的 橡 胶

23 2 硫 化 促 进 剂 为 了 降 低 硫 化 温 度, 缩 短 硫 化 时 间, 改 善 硫 化 胶 的 物 理 机 械 性 能, 硫 磺 硫 化 时, 还 必 须 加 入 硫 化 促 进 剂 按 照 结 构 进 行 分 类, 硫 化 促 进 剂 主 要 如 下 : 二 硫 化 秋 兰 姆 四 硫 化 秋 兰 姆 及 二 硫 化 吗 啡 啉 等, 除 作 为 硫 化 促 进 剂 外, 还 可 以 作 为 硫 化 剂 使 用 3 硫 化 活 性 剂 为 了 使 硫 磺 的 硫 化 更 为 完 善, 通 常 还 要 加 入 活 性 剂 最 常 用 的 硫 化 活 性 剂 : 硬 脂 酸 氧 化 锌

24 ( 二 ) 补 强 填 充 剂 1 补 强 剂 的 定 义 与 种 类 能 够 提 高 硫 化 橡 胶 的 扯 断 强 度 定 伸 强 度 耐 撕 裂 强 度 耐 磨 性 等 物 理 机 械 性 能 的 配 合 剂, 叫 做 补 强 剂 常 用 的 是 炭 黑, 其 次 是 白 炭 黑 ( 沉 淀 二 氧 化 硅 ) 超 细 活 性 碳 酸 钙 活 性 陶 土 等 在 橡 胶 工 业 中, 炭 黑 是 仅 次 于 生 胶 而 居 第 二 位 的 重 要 原 材 料, 其 耗 用 量 是 生 胶 的 40~50%, 对 非 结 晶 性 橡 胶 的 补 强 非 常 重 要

25 2 填 充 剂 的 定 义 与 种 类 为 增 加 容 积 而 节 约 生 胶, 从 而 降 低 成 本, 或 改 善 工 艺 性 能 ( 特 别 是 挤 出 与 压 延 性 能 ) 的 配 合 剂, 叫 做 ( 惰 性 ) 填 充 剂, 也 叫 增 容 剂 最 常 用 的 填 充 剂 是 : 沉 淀 碳 酸 钙 硫 酸 钡 滑 石 粉 云 母 粉 等 3 橡 胶 的 补 强 机 理 炭 黑 与 橡 胶 之 间 的 结 合 反 应, 是 炭 黑 对 橡 胶 补 强 的 基 本 原 因 首 先 粘 流 态 的 橡 胶 分 子 润 湿 炭 黑, 然 后 很 好 的 吸 附 在 炭 黑 表 面, 形 成 物 理 结 合

26 更 重 要 的 是, 由 于 炭 黑 表 面 的 不 均 匀 性, 在 炭 黑 与 橡 胶 的 混 合 以 及 胶 料 硫 化 时, 炭 黑 表 面 的 活 性 点 与 橡 胶 分 子 的 自 由 基 形 成 化 学 结 合, 使 橡 胶 分 子 链 形 成 结 实 的 凝 胶 (1) 弱 键 和 强 键 学 说 (2) 炭 黑 粒 子 间 橡 胶 链 的 有 限 伸 长 学 说 (3) 分 子 链 滑 动 学 说

27 4 补 强 效 果 的 影 响 因 素 影 响 因 素 主 要 有 : 炭 黑 的 种 类 用 量 粒 径 和 结 构 (1) 炭 黑 的 种 类 炭 黑 的 种 类 不 同, 其 表 面 性 质 不 一 样, 即 活 性 不 同, 当 然 补 强 效 果 不 同 (2) 炭 黑 的 用 量 炭 黑 用 量 对 橡 胶 的 补 强 有 一 个 峰 值 在 峰 值 之 前, 用 量 增 加, 补 强 效 果 增 加 ; 峰 值 后, 随 用 量 增 加, 补 强 效 果 下 降, 甚 至 为 零, 作 填 充 剂 的 作 用

28

29 (3) 炭 黑 的 粒 径 炭 黑 的 粒 子 愈 细, 即 比 表 面 积 愈 大, 则 活 性 和 补 强 效 果 愈 大 一 般 粒 径 <0.3μm, 具 有 显 著 的 补 强 效 果 ; 在 0.3~ 1.5μm 时, 是 略 有 补 强 作 用 粒 径 过 大, 只 起 到 填 充 剂 的 作 用 (4) 炭 黑 的 结 构 炭 黑 的 结 构 愈 高, 由 于 吸 油 能 力 愈 高, 则 愈 易 分 散, 故 补 强 效 果 增 加

30 ( 三 ) 软 化 剂 和 增 塑 剂 1 软 化 剂 和 增 塑 剂 的 作 用 能 够 增 加 橡 胶 塑 性 的 物 质, 叫 做 增 塑 剂 或 软 化 剂 增 塑 剂 和 软 化 剂 具 有 以 下 作 用 : (1) 改 善 加 工 性 能 使 生 胶 软 化, 增 加 可 塑 性, 降 低 粘 度 与 混 炼 温 度, 节 省 动 力 消 耗, 改 善 配 合 剂 的 分 散 与 混 合, 有 利 于 压 延 挤 出 和 成 型 等 操 作 (2) 提 高 使 用 性 能 降 低 硫 化 胶 的 硬 度, 提 高 硫 化 胶 的 拉 伸 强 度 伸 直 率 回 弹 率 耐 寒 性 等 性 能

31 2 软 化 剂 和 增 塑 剂 的 作 用 机 理 按 作 用 机 理 的 不 同, 增 塑 剂 可 以 分 为 物 理 增 塑 剂 ( 软 化 剂 ) 与 化 学 增 塑 剂 ( 塑 解 剂 ) 物 理 增 塑 剂 的 作 用 是 : 使 橡 胶 分 子 溶 胀, 增 大 橡 胶 分 子 间 距 离, 降 低 分 子 间 作 用 力, 从 而 使 胶 料 的 塑 性 增 加 化 学 增 塑 剂 的 作 用 是 : 加 速 橡 胶 分 子 在 塑 炼 时 的 断 链 作 用, 同 时 起 作 自 由 基 接 受 体 的 作 用, 使 已 断 裂 的 橡 胶 分 子 稳 定

32 3 软 化 剂 和 增 塑 剂 的 种 类 (1) 石 油 系 软 化 剂 是 橡 胶 工 业 中 用 量 最 大 的 一 类 软 化 剂, 其 特 点 是 软 化 效 果 好, 来 源 丰 富, 成 本 低, 适 用 于 各 种 通 用 橡 胶 最 常 用 的 是 操 作 油, 其 次 是 石 蜡 凡 士 林 沥 青 石 油 树 脂 等 (2) 动 植 物 油 系 软 化 剂 最 常 用 的 是 松 香 和 松 焦 油, 不 仅 可 以 增 加 胶 料 的 塑 性, 还 可 增 加 胶 料 的 粘 着 性, 适 用 于 天 然 橡 胶

33 (3) 煤 焦 油 系 软 化 剂 煤 焦 油 系 软 化 剂, 主 要 有 煤 焦 油 和 古 马 隆 树 脂 (4) 合 成 酯 类 增 塑 剂 常 用 的 有 : 邻 苯 二 甲 酸 二 丁 酯 和 二 辛 酯 磷 酸 三 甲 酯, 主 要 用 作 极 性 橡 胶 的 增 塑 剂 (5) 液 体 聚 合 物

34 ( 四 ) 防 老 剂 1 橡 胶 的 老 化 橡 胶 及 其 制 品, 在 加 工 储 存 和 使 用 过 程 中, 由 于 受 到 各 种 外 界 因 素 的 作 用 ( 如 热 光 氧 臭 氧 金 属 离 子 机 械 力 等 ), 而 逐 步 失 去 原 有 性 能, 以 致 最 后 丧 失 使 用 价 值, 这 种 现 象 叫 做 老 化

35 2 防 老 剂 的 定 义 与 种 类 (1) 定 义 能 够 抑 制 橡 胶 老 化 现 象 的 化 学 物 质, 叫 做 防 老 剂 (2) 种 类 物 理 防 老 剂 主 要 是 : 石 蜡 化 学 防 老 剂 主 要 有 : 酚 类 防 老 剂 ( 用 于 浅 色 和 透 明 制 品 ) 胺 类 防 老 剂 ( 用 于 黑 色 和 深 色 制 品 ) 这 2 类 防 老 剂 也 叫 抗 氧 剂, 广 义 的 防 老 剂 还 应 该 包 括 热 稳 定 剂 紫 外 光 稳 定 剂 光 屏 蔽 剂

36 3 防 老 机 理 (1) 石 蜡 的 防 老 机 理 在 常 温 下 石 蜡 在 橡 胶 中 的 溶 解 度 极 小, 因 而 会 迁 移 到 橡 胶 表 面, 形 成 的 薄 层 对 氧 臭 氧 起 隔 离 作 用, 从 而 防 老, 用 量 一 般 为 1~3 份 (2) 化 学 防 老 剂 的 作 用 机 理 在 氧 热 光 和 应 力 作 用 下, 橡 胶 分 子 产 生 自 由 基, 进 一 步 与 橡 胶 分 子 发 生 反 应, 从 而 使 橡 胶 的 分 子 链 发 生 断 裂 等 而 老 化 ; 化 学 防 老 剂 会 很 快 的 与 自 由 基 反 应 并 生 成 稳 定 的 化 合 物, 终 止 链 反 应 过 程, 延 缓 氧 化 速 度, 推 迟 自 动 催 化 反 应, 从 而 防 老

37 9.2 橡 胶 的 成 型 生 胶 的 塑 炼 1 塑 炼 的 目 的 与 要 求 (1) 塑 炼 的 定 义 (1) 塑 炼 的 定 义 橡 胶 加 工 过 程 中, 把 高 弹 性 生 胶 转 变 成 可 塑 性 胶 料 的 工 艺 过 程, 叫 塑 练 ; 经 过 塑 炼 而 获 得 一 定 可 塑 性 的 胶 料, 叫 做 塑 炼 胶

38 (2) 塑 炼 的 目 的 使 生 胶 具 有 一 定 的 可 塑 性, 使 之 适 合 于 混 炼 压 延 挤 出 成 型 等 工 艺 操 作 (3) 塑 炼 的 要 求 在 能 满 足 其 它 工 艺 要 求 ( 混 炼 压 延 挤 出 ) 的 前 提 下, 尽 量 避 免 过 度 的 塑 炼

39 2 塑 炼 的 原 理 橡 胶 中 的 分 子 间 作 用 力 相 对 较 小, 但 由 于 分 子 量 很 大, 每 一 根 分 子 链 所 受 到 的 总 作 用 力 都 非 常 大, 因 此 分 子 链 的 相 对 位 移 很 困 难, 表 现 为 粘 度 很 高, 难 发 生 不 可 逆 形 变, 难 于 加 工 降 低 橡 胶 的 分 子 量, 是 生 胶 获 得 可 塑 性 的 最 有 效 方 法 橡 胶 的 塑 炼 过 程, 实 质 上 是 一 系 列 力 - 化 学 反 应 的 结 果 橡 胶 在 机 械 剪 切 力 氧 的 主 要 作 用 下 产 生 分 子 链 的 断 裂, 使 橡 胶 的 分 子 量 降 低, 从 而 使 可 塑 性 增 加

40 (1) 低 温 塑 炼 以 机 械 降 解 作 用 为 主, 氧 起 到 稳 定 自 由 基 的 作 用 (2) 高 温 塑 炼 以 自 动 氧 化 降 解 作 用 为 主, 机 械 作 用 起 到 强 化 橡 胶 与 氧 的 接 触

41 3 塑 炼 的 影 响 因 素 (1) 分 子 量 的 影 响 (1) 分 子 量 的 影 响 低 温 塑 炼 时, 橡 胶 中 分 子 量 越 大 的 分 子 链, 所 受 到 的 机 械 力 越 大, 越 先 被 切 断 ; 而 分 子 量 小 的 分 子 链, 则 不 易 被 切 断 天 然 橡 胶 的 分 子 量 在 70 万 顺 丁 胶 40 万 丁 苯 胶 30 万 以 下 时, 一 般 不 易 受 到 机 械 力 的 作 用, 所 以 塑 炼 过 程 中 橡 胶 的 分 子 量 下 降 到 一 定 程 度 后, 达 到 稳 定 高 温 塑 炼 时, 由 于 氧 化 作 用 对 所 有 长 短 的 分 子 链 都 能 产 生, 因 此 平 均 分 子 量 会 变 小, 整 体 向 低 值 移 动

42 (2) 温 度 的 影 响 低 温 塑 炼 中, 温 度 越 低, 则 粘 度 越 大, 分 子 链 也 伸 得 越 直, 所 受 的 机 械 剪 切 力 愈 大, 故 橡 胶 的 可 塑 性 增 加 越 快, 因 此 尽 可 能 降 低 辊 温 和 胶 料 的 温 度 高 温 塑 炼 中, 温 度 越 高, 则 氧 的 活 性 增 大, 塑 炼 效 率 增 加

43 (3) 氧 的 影 响 无 论 是 低 温 塑 炼, 还 是 高 温 塑 炼 中, 氧 气 都 会 促 进 橡 胶 的 塑 炼 过 程

44 (4) 化 学 塑 解 剂 的 影 响 化 学 塑 解 剂 会 促 进 橡 胶 的 塑 炼 过 程 自 由 基 接 受 型 塑 解 剂 : 如 苯 硫 酚 五 氯 硫 酚 等, 能 与 低 温 塑 炼 时 产 生 的 橡 胶 自 由 基 结 合, 从 而 提 高 塑 炼 效 率 自 由 基 引 发 剂 型 塑 解 剂 : 如 BPO ABIN, 在 高 温 作 用 下 产 生 自 由 基, 使 橡 胶 发 生 氧 化 断 链 反 应, 从 而 提 高 塑 炼 效 率 混 合 型 塑 解 剂 : 在 低 温 时 起 着 自 由 基 接 受 体 的 作 用, 在 高 温 时 起 着 氧 化 断 链 的 作 用

45 4 塑 炼 的 方 法 常 用 炼 胶 机 ( 分 为 开 放 式 与 密 闭 式 ), 也 可 用 螺 杆 机 塑 炼 (1) 开 炼 机 塑 炼 开 炼 机 的 塑 炼, 属 于 低 温 塑 炼 控 制 的 工 艺 条 件 有 : 辊 温 辊 距 辊 速 和 速 比 装 胶 容 量 塑 炼 时 间 等, 前 3 项 主 要 影 响 塑 炼 时 的 机 械 剪 切 力 辊 温 低 辊 距 小 滚 速 和 速 比 高 时, 受 到 的 机 械 剪 切 力 高, 有 利 于 提 高 塑 炼 效 率 塑 炼 时 间 在 20min 内, 塑 炼 效 率 增 加 较 快 ;20min 以 后, 增 加 较 小

46 (2) 密 炼 机 塑 炼 密 炼 机 的 塑 炼, 属 于 高 温 条 件 下 的 塑 炼 以 140~160 为 宜, 橡 胶 的 可 塑 性 是 随 着 塑 炼 时 间 的 延 长 而 增 加 的

47 5 常 用 橡 胶 的 塑 炼 特 性 一 般 来 讲, 天 然 橡 胶 的 塑 炼 比 较 容 易, 合 成 橡 胶 的 塑 炼 比 较 困 难 (1) 天 然 橡 胶 用 开 炼 机 塑 炼 时, 通 常 采 用 低 温 (40~ 50 ) 薄 通 ( 辊 距 0.5~1mm) 时, 塑 炼 效 果 较 好 用 密 炼 机 塑 炼 时, 温 度 宜 在 155 以 下

48 (2) 丁 苯 橡 胶 软 丁 苯 胶, 可 以 不 需 塑 炼 或 轻 微 塑 炼, 长 时 间 塑 炼 只 能 少 许 提 高 可 塑 性 只 有 采 用 高 温 塑 炼 法, 才 能 得 到 比 较 好 的 效 果, 但 要 控 制 温 度 和 时 间 (3) 顺 丁 橡 胶 常 用 的 顺 丁 橡 胶, 一 般 不 需 要 塑 炼 (4) 丁 腈 橡 胶 软 丁 腈 胶 一 般 不 需 要 塑 炼 硬 丁 腈 胶 则 必 须 进 行 充 分 塑 炼, 应 采 用 开 炼 机 在 低 温 (40 以 下 ) 薄 通 ( 小 辊 距 ) 低 容 量 下 进 行 ; 不 宜 用 密 炼 机 塑 炼, 否 则 容 易 生 成 凝 胶

49 (4) 氯 丁 橡 胶 通 用 型 的 氯 丁 橡 胶, 一 般 不 需 进 行 塑 炼 如 果 塑 炼, 则 温 度 要 控 制 在 70 以 下, 这 是 因 为 : 氯 丁 橡 胶 的 物 理 状 态 随 温 度 而 变 化 在 常 温 ~70 时 为 弹 性 态, 容 易 包 辊, 而 不 粘 辊 ; 在 70~94 时 为 粒 状, 严 重 的 粘 辊, 不 能 进 行 塑 炼 混 炼 压 延 等 工 艺 ; 温 度 继 续 升 高 时 为 塑 性 态, 非 常 柔 软, 难 加 工

50 9.2.2 胶 料 的 混 炼 1 混 炼 的 目 的 通 过 机 械 剪 切 力 和 挤 压 的 作 用, 使 塑 炼 胶 ( 生 胶 ) 与 各 种 配 合 剂 均 匀 混 合 而 分 散 的 过 程, 叫 做 混 炼 混 炼 的 目 的 是 : 提 高 橡 胶 产 品 的 使 用 性 能 改 善 橡 胶 工 艺 性 能 降 低 生 产 成 本

51 2 混 炼 的 机 理 橡 胶 的 混 炼 包 含 着 塑 炼 胶 与 配 合 剂 的 混 合 分 散 和 产 生 结 合 等 过 程, 同 时 也 包 含 着 橡 胶 发 生 的 各 种 流 动 过 程 在 混 炼 加 工 条 件 下 橡 胶 是 粘 度 很 大 的 热 塑 性 的 粘 流 体, 处 于 流 动 状 态

52 炭 黑 在 橡 胶 中 的 均 匀 分 散 过 程 分 为 如 下 几 个 阶 段 : (1) 炭 黑 颗 粒 的 润 湿 过 程 炭 黑 颗 粒 被 流 动 状 态 的 生 胶 所 润 湿, 也 就 是 生 胶 分 子 逐 渐 进 入 炭 黑 颗 粒 聚 集 体 的 空 隙 中 而 成 为 包 容 橡 胶 随 着 润 湿 过 程 的 不 断 进 行, 单 位 重 量 的 混 合 体 系 的 体 积 ( 比 体 积 ) 不 断 减 少, 当 达 到 某 一 恒 定 值 时 不 再 下 降, 也 就 是 空 隙 的 比 体 积 为 零, 此 时 润 湿 过 程 终 结 在 此 阶 段, 可 看 作 炭 黑 已 被 混 合, 但 未 分 散 V 比 = V 生 胶 + V 炭 黑 + V 空 隙

53 (2) 炭 黑 颗 粒 的 分 散 过 程 含 有 高 浓 度 炭 黑 的 包 容 橡 胶, 在 机 械 剪 切 力 的 作 用 下 被 搓 开, 变 成 较 小 的 团 块 而 分 散 在 整 个 胶 料 中, 即 分 散 阶 段 当 胶 料 受 到 足 够 大 的 剪 切 力 作 用 时, 已 混 入 橡 胶 中 的 炭 黑 聚 集 体 ( 二 次 结 构 ) 破 裂, 以 更 细 的 颗 粒 ( 一 次 结 构 ) 分 散 于 橡 胶 中, 并 与 橡 胶 逐 渐 生 成 结 合 橡 胶, 即 充 分 分 散

54 3 混 炼 的 影 响 因 素 生 胶 混 炼 性 能 的 好 坏, 常 用 炭 黑 混 入 时 间 BIT 来 表 示 炭 黑 混 入 时 间 BIT 的 值 越 小, 表 示 生 胶 越 容 易 混 炼 炭 黑 在 生 胶 中 被 混 炼 到 均 匀 分 散 程 度 所 需 要 的 时 间, 叫 做 炭 黑 混 入 时 间 BIT(Black Incorporation Time)

55 (1) 配 合 剂 的 种 类 疏 水 性 的 配 合 剂, 如 各 种 炭 黑, 其 表 面 特 性 与 橡 胶 相 同, 容 易 被 橡 胶 所 润 湿, 具 有 好 的 混 炼 效 果 亲 水 性 的 配 合 剂, 如 碳 酸 钙 陶 土 氧 化 锌 锌 钡 白 等, 其 表 面 特 性 与 橡 胶 不 同, 不 易 被 橡 胶 所 润 湿, 因 此 为 了 获 得 良 好 的 混 炼 效 果, 需 要 加 入 各 种 表 面 活 性 剂, 用 来 改 善 无 机 填 料 与 橡 胶 之 间 的 界 面 状 况 表 面 活 性 剂 还 起 到 稳 定 剂 的 作 用, 能 稳 定 已 分 散 的 配 合 剂 粒 子 在 胶 料 中 的 分 散 状 态, 不 致 聚 集 成 结 团, 从 而 提 高 胶 料 的 稳 定 性 (2) 配 合 剂 的 尺 寸 与 结 构 通 常 粒 子 越 小, 越 难 分 散 ; 结 构 性 越 强 ( 二 次 结 构 ), 空 隙 越 大, 则 越 易 分 散

56 4 混 炼 的 方 法 开 炼 机 混 炼 密 炼 机 混 炼, 还 有 螺 杆 机 混 炼 (1) 开 炼 机 混 炼 不 同 的 胶 料, 需 要 根 据 原 材 料 特 点, 采 用 一 定 的 加 料 顺 序 加 料 顺 序 是 : 生 胶 ( 塑 炼 胶 ) 小 料 ( 促 进 剂 活 性 剂 防 老 剂 等 ) 液 体 软 化 剂 补 强 剂 填 充 剂 硫 磺 优 点 是 : 适 合 混 炼 的 胶 料 品 种 多, 可 以 制 造 特 殊 胶 料 ; 缺 点 是 : 粉 剂 飞 扬 大, 劳 动 强 度 大, 生 产 效 率 低, 生 产 规 模 小 因 此, 生 产 中 常 把 各 种 配 合 剂 与 橡 胶 混 炼 成 母 炼 胶, 例 如 促 进 剂 母 炼 胶, 从 而 提 高 混 炼 的 均 匀 性, 减 少 粉 剂 飞 扬, 提 高 生 产 效 率

57 (2) 密 炼 机 混 炼 先 把 生 胶 和 配 合 剂 加 入 到 混 炼 室 中 混 合 均 匀 后, 排 胶 在 压 延 机 上 压 制 成 片, 并 使 胶 料 温 度 降 低 ( 低 于 100 ); 然 后 再 加 入 硫 化 剂 和 需 低 温 加 入 的 配 合 剂, 通 过 捣 胶 装 置 反 复 压 炼, 以 混 炼 均 匀 密 炼 机 混 炼 可 以 分 为 2 种 混 炼 工 艺, 具 体 如 下 : 一 段 混 炼 法 : 是 通 过 密 炼 机 和 压 延 机 的 一 次 混 炼 就 得 到 均 匀 混 炼 胶 的 混 炼 方 法 ;

58 两 段 混 炼 法 : 是 通 过 密 炼 机 和 压 延 机 的 两 次 混 炼 而 得 到 均 匀 混 炼 胶 的 混 炼 方 法 加 料 顺 序 是 : 生 胶 ( 塑 炼 胶 ) 小 料 ( 促 进 剂 活 性 剂 防 老 剂 等 ) 补 强 填 充 剂 液 体 增 塑 剂 密 炼 机 优 点 : 机 械 化 程 度 高, 劳 动 强 度 小, 混 炼 时 间 短, 生 产 效 率 高, 减 少 粉 剂 的 飞 扬

59 5 常 用 橡 胶 的 混 炼 特 性 (1) 天 然 橡 胶 天 然 橡 胶 在 机 械 作 用 下, 塑 性 增 加 很 快, 发 热 量 比 合 成 橡 胶 的 少, 配 合 剂 易 于 分 散 加 料 顺 序 对 配 合 剂 分 散 程 度 的 影 响 不 如 合 成 橡 胶 那 样 显 著, 但 混 炼 时 间 长, 对 胶 料 性 能 的 影 响 比 合 成 橡 胶 要 大 采 用 开 炼 机 混 炼 时, 辊 温 一 般 为 50~60, 前 辊 较 后 辊 要 高 5 左 右 采 用 密 炼 机 混 炼 时, 多 用 一 段 混 炼 法

60 (2) 丁 苯 橡 胶 混 炼 时 生 热 大 升 温 快, 混 炼 温 度 应 比 天 然 橡 胶 的 低 ; 对 粉 剂 的 润 湿 能 力 较 差, 故 粉 剂 难 于 分 散, 所 以 混 炼 时 间 要 比 天 然 橡 胶 的 长 采 用 开 炼 机 混 炼 时, 需 要 增 加 薄 通 次 数 采 用 密 炼 机 混 炼 时, 可 采 用 二 段 混 炼 法, 混 炼 时 要 注 意 温 度 控 制

61 (3) 氯 丁 橡 胶 氯 丁 橡 胶 的 物 理 状 态 随 温 度 而 变 化 在 常 温 ~70 时 为 弹 性 态, 易 包 辊, 混 炼 时 配 合 剂 易 于 分 散 ; 在 70~94 时 为 粒 状, 出 现 粘 辊 现 象, 不 能 进 行 塑 炼 混 炼 压 延 等 工 艺 ; 温 度 继 续 升 高 时 为 塑 性 态, 非 常 柔 软, 配 合 剂 难 均 匀 分 散 采 用 开 炼 机 混 炼 时, 辊 温 一 般 控 制 在 40~50, 温 度 高 则 易 粘 辊 ; 加 料 时 先 加 MgO, 后 加 ZnO, 这 样 可 避 免 焦 烧 ; 掺 入 10% 的 天 然 橡 胶 或 顺 丁 橡 胶 时, 能 改 善 工 艺 性 能 用 密 炼 机 混 炼 时, 可 采 用 二 段 混 炼 法,ZnO 在 第 二 段 混 炼 的 压 延 机 上 加 入

62 (4)2 种 以 上 橡 胶 并 用 混 炼 方 法 有 2 种 : 第 一 种 是 橡 胶 各 自 塑 炼, 然 后 混 匀, 在 加 入 配 合 剂 进 行 混 炼 ; 第 二 种 是 橡 胶 各 自 混 炼, 然 后 再 混 炼 均 匀 其 中, 第 二 种 方 法 能 提 高 混 炼 的 均 匀 程 度

63 9.2.3 橡 胶 的 压 延 橡 胶 的 压 延 有 如 下 3 种 类 型 : 将 胶 料 制 成 一 定 厚 度 和 宽 度 的 胶 片 ; 在 胶 片 上 压 出 某 种 花 纹 ; 在 作 为 制 品 结 构 的 骨 架 织 物 上 覆 上 一 层 薄 胶 ( 如 贴 胶 擦 胶 等 ) 橡 胶 压 延 的 工 艺 一 般 为 : 胶 料 热 炼 供 胶 压 延 半 成 品 冷 却 卷 取 截 断 放 置 等

64 ( 一 ) 胶 片 压 延 是 指 将 胶 料 压 制 成 一 定 厚 度 和 宽 度 的 胶 片 例 如 : 雨 鞋 的 面 胶 运 输 带 的 覆 盖 胶 胶 板 等, 常 用 压 延 制 造 1 压 延 的 方 法 不 积 胶 法 适 用 于 天 然 橡 胶, 积 胶 法 适 用 于 丁 苯 橡 胶 等 适 量 的 积 胶, 可 使 胶 片 光 滑, 减 少 气 泡, 而 且 胶 片 的 致 密 性 好 ; 但 积 胶 过 多, 会 代 入 气 泡 等

65 2 压 延 的 影 响 因 素 主 要 有 : 胶 料 的 热 炼 可 塑 度 辊 温 辊 速 等 (1) 胶 料 的 热 炼 热 炼 的 目 的 是 : 进 一 步 提 高 胶 料 中 填 料 的 分 散 均 匀 性, 特 别 是 热 可 塑 性, 使 胶 料 柔 软 而 具 有 一 定 的 流 动 性, 易 于 通 过 辊 筒 而 压 延 热 炼 可 分 2 次 进 行 : 第 一 次 为 粗 炼, 采 用 低 温 薄 通 法 ( 辊 温 在 40~45, 辊 距 1~2mm), 提 高 胶 料 的 均 匀 性 ; 第 二 次 为 细 炼, 细 炼 时 辊 温 较 高 (60~70 ), 辊 距 较 大 (5~6mm), 使 胶 料 的 热 塑 性 增 加

66 (2) 胶 料 的 可 塑 度 胶 料 的 可 塑 度 愈 大, 则 流 动 性 好, 容 易 得 到 光 滑 的 胶 片 但 可 塑 度 太 大, 则 易 产 生 粘 辊 现 象 ; 可 塑 性 小, 则 压 片 不 光 滑, 收 缩 率 大 一 般 压 片 胶 料 的 可 塑 度 是 0.25~0.35 (3) 压 延 机 的 辊 温 对 于 含 胶 率 高 的 或 弹 性 大 的 胶 料, 辊 温 应 高 些 ; 对 于 含 胶 率 低 的 或 弹 性 小 的 胶 料, 辊 温 应 低 些 常 用 橡 胶 的 压 片 温 度 见 教 科 书 p365 图 11-8

67 (4) 压 延 机 的 辊 速 与 辊 速 比 辊 速 快, 则 生 产 能 力 大 ; 辊 速 慢, 则 生 产 能 力 小 辊 速 要 结 合 胶 料 的 可 塑 度, 可 塑 度 大 的 胶 料, 辊 速 可 以 高 些 ; 可 塑 度 小 的 胶 料, 辊 速 要 低 些 辊 筒 之 间 有 一 定 速 比, 有 利 于 气 泡 的 排 除, 但 对 胶 片 光 滑 度 不 利 因 此, 通 常 在 三 辊 压 延 机 中 采 用 中 下 辊 等 速, 中 上 辊 采 用 低 速 比 的 方 法

68 3 压 延 效 应 (1) 定 义 压 延 后 的 胶 片, 其 纵 向 扯 断 强 度 比 横 向 的 大, 伸 长 率 比 横 向 的 小, 收 缩 率 则 比 横 向 的 大, 这 种 纵 横 向 性 能 差 异 的 现 象, 叫 做 压 延 效 应 (2) 解 释 这 是 由 于 胶 料 中 的 橡 胶 和 配 合 剂 分 子 经 压 延 作 用 后, 产 生 定 向 排 列 的 结 果 (3) 应 用 对 球 胆 制 品 是 不 利 的 ; 对 需 要 高 纵 向 扯 断 强 度 的 制 品, 是 有 利 的

69 ( 二 ) 压 型 胶 料 的 压 型, 是 指 将 胶 料 压 制 成 具 有 一 定 断 面 形 状 或 表 面 有 某 种 花 纹 的 胶 片 1 压 型 的 原 理 压 型 的 原 理 主 要 是 根 据 胶 料 的 流 动 性 的 变 化, 即 胶 片 从 压 型 机 出 来 后, 采 用 急 速 冷 却 的 办 法, 使 花 纹 定 型 2 压 型 的 要 求 压 型 要 求 规 格 准 确 花 纹 清 晰 胶 料 致 密 性 好 等

70 ( 三 ) 织 物 挂 胶 指 在 作 为 制 品 结 构 的 骨 架 织 物 上 覆 上 一 层 薄 胶 ( 贴 胶 擦 胶 等 ) 挂 胶 可 以 分 为 贴 胶 压 力 贴 胶 擦 胶 等 3 种 1 挂 胶 的 目 的 帘 子 布 帆 布 等 织 物 挂 胶 的 目 的, 是 为 了 使 织 物 的 线 与 线 层 与 层 之 间 互 相 紧 密 的 贴 合 成 一 个 整 体, 共 同 承 受 外 力 的 作 用 ; 还 可 提 高 织 物 的 弹 性 防 水 性, 保 证 制 品 具 有 良 好 的 使 用 性 能

71 2 贴 胶 贴 胶 是 指 利 用 压 延 机 上 两 个 转 速 相 同 的 辊 筒 的 压 力, 将 一 定 厚 度 的 胶 片 贴 在 纺 织 物 上 的 过 程 贴 胶 的 分 类 : 一 次 两 面 贴 胶 ( 使 用 四 辊 压 延 机 ) 与 一 次 单 面 贴 胶 ( 使 用 三 辊 压 延 机 ) 之 分 \ 贴 胶 时, 进 行 贴 合 的 两 个 辊 筒 的 辊 速 是 相 同 的 ; 供 胶 的 两 个 辊 筒 的 辊 速 可 以 相 同, 也 可 以 有 一 定 的 速 比 贴 胶 的 优 点 : 速 度 快, 对 织 物 损 伤 少, 织 物 的 耐 疲 劳 性 提 高 ; 贴 胶 的 缺 点 : 胶 料 不 易 贴 入, 布 与 胶 的 附 着 力 较 差, 而 且 两 面 胶 层 之 间 有 空 隙, 容 易 产 生 气 孔

72 3 压 力 贴 胶 是 指 利 用 积 胶 的 压 力, 将 胶 料 挤 压 到 布 缝 中 的 过 程 压 力 贴 胶 的 优 点 : 布 与 胶 的 附 着 力 较 好 ; 压 力 贴 胶 的 缺 点 : 是 织 物 承 受 较 大 的 张 力, 容 易 产 生 劈 缝 罗 股 压 偏 等 毛 病, 且 织 物 表 面 胶 层 较 薄 因 此, 实 际 工 业 中, 压 力 贴 胶 一 般 都 与 贴 胶 结 合 使 用

73 4 擦 胶 是 指 利 用 压 延 机 的 辊 筒 转 速 不 同 所 产 生 的 剪 切 力 和 辊 筒 的 压 力, 将 胶 料 擦 入 到 布 缝 中 的 过 程 擦 胶 法 的 特 点 是 : 进 行 擦 胶 的 两 个 辊 筒 之 间 存 在 着 速 比 一 般 在 1:1.3~1.5 范 围 内, 显 然, 速 比 越 大, 则 剪 切 力 越 大, 胶 料 的 渗 透 性 越 好 ; 当 然 织 物 承 受 的 张 力 也 就 越 大 一 般 擦 胶 只 适 用 于 帆 布

74 5 挂 胶 的 影 响 因 素 (1) 胶 料 的 可 塑 度 为 了 提 高 胶 料 的 流 动 性 和 渗 透 性, 增 加 胶 料 与 织 物 的 附 着 力, 一 般 要 求 胶 料 具 有 较 大 的 可 塑 度 例 如 : 天 然 橡 胶 用 于 贴 胶 时, 其 合 适 的 可 塑 度 为 0.4~0.5; 用 于 擦 胶 时, 则 为 0.5~0.6

75 (2) 胶 料 的 热 炼 用 于 贴 胶 和 擦 胶 的 胶 料, 要 热 炼 并 且 要 翻 炼 均 匀, 热 炼 后 胶 料 温 度 比 压 延 低 5~15 (3) 辊 温 适 当 提 高 辊 温, 可 使 可 塑 性 增 大, 从 而 提 高 胶 料 的 附 着 力 (4) 织 物 的 干 燥 与 灰 尘 水 分 与 灰 尘 均 会 影 响 织 物 的 掉 胶

76 ( 四 ) 常 用 橡 胶 的 压 延 特 性 1 天 然 橡 胶 天 然 橡 胶 的 热 塑 性 大, 收 缩 率 小, 故 压 延 容 易 ; 天 然 橡 胶 的 另 一 个 特 点 是 容 易 向 热 辊 粘 附 因 此, 压 延 时 应 适 当 控 制 各 辊 筒 的 温 差, 使 胶 片 在 辊 筒 间 顺 利 转 移

77 2 丁 苯 橡 胶 丁 苯 橡 胶 的 收 缩 率 较 天 然 橡 胶 大, 因 此 用 于 压 延 的 胶 料, 必 须 充 分 塑 炼 胶 料 中 增 加 软 化 剂 填 料 或 掺 入 少 量 的 天 然 橡 胶, 是 减 少 收 缩 的 有 效 方 法 此 外, 由 于 收 缩 快 而 裹 入 的 空 气 多, 因 而 气 泡 多 并 且 难 于 排 除 是 丁 苯 橡 胶 的 另 一 个 特 点 因 此, 丁 苯 橡 胶 的 压 延 温 度 应 低 于 天 然 橡 胶, 一 般 低 于 5~ 15, 压 延 前 胶 料 的 热 炼 需 要 多 次 薄 通

78 3 氯 丁 橡 胶 氯 丁 橡 胶 对 温 度 的 敏 感 性 大, 通 用 氯 丁 橡 胶 在 70~94 时 因 胶 粘 辊 而 不 易 压 延 因 此, 必 须 控 制 辊 温, 即 在 低 于 或 高 于 此 温 度 范 围 进 行 操 作 如 果 压 延 质 量 一 般, 可 采 用 低 温 法, 即 辊 温 不 超 过 60 ; 若 要 求 压 延 质 量 高 的 胶 片, 可 采 用 高 温 法, 辊 温 高 于 95 这 样, 胶 料 的 收 缩 率 最 小, 能 够 准 确 保 持 应 有 的 厚 度 ; 但 压 延 后 要 迅 速 冷 却 胶 料 中 掺 入 少 量 的 石 蜡 硬 脂 酸 或 10% 左 右 的 天 然 橡 胶 顺 丁 橡 胶, 均 能 减 少 粘 辊 现 象

79 4 丁 腈 橡 胶 丁 腈 橡 胶 的 热 塑 性 较 小, 收 缩 性 比 丁 苯 橡 胶 还 要 大, 因 此 胶 料 中 加 入 填 充 剂 或 软 化 剂, 能 减 少 收 缩 率, 当 填 充 剂 的 重 量 占 生 胶 重 量 的 50% 以 上 时, 才 能 得 到 表 面 光 滑 的 胶 片 丁 腈 橡 胶 的 另 一 个 特 点 是 粘 性 小, 易 粘 于 冷 辊 上 因 此, 压 延 时 上 辊 温 度 要 高 些, 中 辊 温 度 应 低 些, 下 辊 温 度 比 中 辊 略 低 要 在 较 高 辊 温 和 小 容 量 条 件 下 热 炼 均 匀, 才 能 压 延 操 作

80 9.2.4 橡 胶 的 挤 出 指 使 胶 料 通 过 挤 出 机, 连 续 不 断 的 制 成 各 种 不 同 半 成 品 的 过 程 1 挤 出 的 目 的 (1) 初 步 造 型 橡 胶 挤 出, 是 在 挤 出 机 中 对 胶 料 进 行 加 热 和 塑 化, 通 过 螺 杆 的 旋 转, 使 胶 料 在 螺 杆 与 机 筒 筒 壁 之 间 受 到 强 大 的 挤 压 力, 不 断 向 前 输 送, 并 借 助 于 口 型 而 挤 出 各 种 断 面 的 半 成 品, 以 达 到 初 步 造 型 的 目 的 例 如 : 轮 胎 胎 面 内 胎 胶 管 内 外 层 胶 电 线 电 缆 外 套 以 及 各 种 异 形 截 面 的 制 品, 都 采 用 此 法 制 造

81 (2) 上 下 工 序 的 联 动 化 除 了 造 型 外, 挤 出 机 还 适 用 于 上 下 工 序 之 间 的 联 动 化 例 如 : 在 热 炼 与 压 延 之 间 加 装 一 台 挤 出 机, 不 仅 可 使 前 后 工 序 衔 接 得 更 好, 还 可 提 高 胶 料 得 致 密 性, 使 胶 料 均 匀 紧 密

82 2 挤 出 的 特 点 (1) 挤 出 工 艺 橡 胶 挤 出 的 工 艺 为 : 胶 料 热 炼 供 胶 挤 出 半 成 品 冷 却 裁 断 称 量 与 接 取 等 (2) 挤 出 优 点 a 起 到 补 充 混 炼 和 热 炼 的 作 用, 提 高 胶 料 的 质 量 b 适 用 面 广, 可 以 通 过 口 型 的 变 换 而 挤 出 具 有 各 种 尺 寸 和 各 种 断 面 形 状 的 半 成 品, 例 如 管 板 棒 片 条 等 c 占 地 面 积 小, 重 量 轻 结 构 简 单, 造 价 低, 使 用 灵 活 机 动 等

83 3 挤 出 的 影 响 因 素 (1) 胶 料 的 组 成 与 性 质 一 般 来 说, 顺 丁 橡 胶 的 挤 出 性 能 接 近 天 然 橡 胶 ; 氯 丁 橡 胶 的 挤 出 性 能 类 似 天 然 橡 胶, 但 易 焦 烧 ; 丁 苯 橡 胶 丁 腈 橡 胶 和 丁 基 橡 胶 的 膨 胀 和 收 缩 性 能 都 较 大, 挤 出 操 作 较 困 难, 制 品 表 面 粗 糙

84 (2) 胶 料 中 的 含 胶 量 含 胶 量 大 时, 由 于 粘 弹 性 增 大, 故 挤 出 速 度 慢, 收 缩 大, 表 面 不 光 滑 在 一 定 范 围 内, 随 填 充 剂 含 量 的 增 加, 挤 出 性 能 逐 渐 改 善, 不 仅 挤 出 速 度 有 所 提 高, 而 且 收 缩 也 减 少 ; 但 胶 料 硬 度 增 大, 挤 出 时 生 热 明 显 胶 料 中 加 有 松 香 沥 青 矿 物 油 等 软 化 剂, 可 增 大 挤 出 速 度, 改 善 挤 出 物 表 面 的 光 滑 度 掺 用 再 生 橡 胶 的 胶 料, 其 挤 出 速 度 较 快, 而 且 可 降 低 挤 出 物 的 收 缩 率, 减 少 挤 出 时 的 生 热

85 (3) 胶 料 的 可 塑 性 与 生 热 性 能 胶 料 的 可 塑 性 越 大, 则 挤 出 过 程 中 内 摩 擦 小, 生 热 低, 不 易 焦 烧 ; 同 时 挤 出 速 度 较 快, 挤 出 物 表 面 也 较 光 滑 但 可 塑 性 过 大, 则 挤 出 物 容 易 变 形 走 样, 尺 寸 稳 定 性 差 因 此 胶 管 的 内 层 胶 料, 要 求 可 塑 度 小 一 些, 在 0.2 左 右

86 (4) 挤 出 机 的 特 征 在 挤 出 机 内, 胶 料 要 受 到 一 定 时 间 挤 压 和 剪 切 作 用 而 塑 化 熔 融, 但 不 能 过 热 和 焦 烧, 因 此 要 求 螺 杆 有 适 当 的 长 径 比 和 螺 槽 深 度 挤 出 机 的 大 小 要 依 据 挤 出 物 断 面 的 大 小 和 厚 薄 来 决 定 对 于 实 心 或 圆 形 中 空 的 半 成 品, 一 般 口 型 尺 寸 为 螺 杆 直 径 的 0.3~0.75 左 右 ; 对 于 胎 面 胶 那 样 的 扁 平 半 成 品, 口 型 宽 度 为 螺 杆 直 径 的 2.5~3.5 倍 对 于 小 机 大 断 面 时, 就 尽 可 能 增 加 螺 杆 转 速 或 适 当 提 高 机 头 温 度 ; 对 于 大 机 小 断 面, 则 可 用 加 开 流 胶 孔 等 措 施 解 决 挤 出 氯 丁 橡 胶 时, 要 求 冷 却 的 效 果 好 ; 丁 基 橡 胶 挤 出 时, 要 求 螺 杆 长 径 比 在 7~10 左 右, 螺 槽 浅 些, 螺 杆 与 机 筒 间 隙 应 小 些, 才 会 有 较 大 的 挤 出 速 度

87 (5) 挤 出 温 度 一 般 情 况 下, 口 型 处 的 温 度 最 高, 机 头 次 之, 机 身 最 低 由 于 胶 料 在 口 型 处 的 短 暂 高 温, 使 胶 料 的 热 塑 性 增 大, 分 子 松 弛 较 快, 弹 性 回 复 小, 膨 胀 率 和 收 缩 率 低, 获 得 的 半 成 品 表 面 光 滑, 并 减 少 了 焦 烧 的 危 险

88 (6) 挤 出 速 度 挤 出 速 度, 是 指 单 位 时 间 内 挤 出 物 的 长 度 或 重 量 在 挤 出 机 正 常 挤 出 的 情 况 下, 应 尽 量 保 持 一 定 的 挤 出 速 度 否 则, 因 挤 出 速 度 的 改 变, 会 导 致 机 头 内 压 力 的 改 变, 引 起 挤 出 物 断 面 尺 寸 和 长 度 收 缩 的 差 异

89 (7) 冷 却 目 的 : 挤 出 物 离 开 口 型 时 的 温 度 较 高, 必 须 进 行 冷 却, 降 低 挤 出 物 的 温 度, 减 少 挤 出 物 存 放 时 焦 烧 的 危 险 ; 另 一 方 面, 使 形 状 尽 快 的 稳 定 下 来, 防 止 变 形 冷 却 方 法 : 使 挤 出 物 进 入 冷 却 水 槽 中, 水 流 方 向 应 与 挤 出 方 向 相 反, 以 避 免 挤 出 物 因 骤 冷 而 引 起 的 突 然 收 缩, 导 致 挤 出 物 畸 形 挤 出 大 型 的 半 成 品 ( 如 胎 面 ), 需 在 室 温 下 预 缩 后, 再 进 入 水 槽 中 冷 却, 以 减 少 半 成 品 进 入 水 槽 后 的 变 形 为 了 防 粘, 还 可 在 水 槽 中 加 入 滑 石 粉 等 防 粘 剂 ; 挤 出 中 空 半 成 品, 应 由 机 头 芯 型 喷 射 隔 离 液 或 隔 离 粉 进 行 冷 却 和 防 粘

90 9. 3 橡 胶 的 硫 化 硫 化 及 硫 化 胶 的 结 构 1 硫 化 的 概 念 大 多 数 线 型 聚 合 物 都 属 于 热 塑 性 材 料, 温 度 升 到 它 的 流 动 温 度 时, 便 成 为 粘 稠 的 液 体, 在 外 力 ( 或 自 重 ) 的 作 用 下, 产 生 不 可 逆 的 流 动 在 溶 剂 中 能 够 溶 解 这 样 的 性 质, 很 不 适 合 于 许 多 使 用 的 要 求, 特 别 是 具 有 高 弹 性 能 的 橡 胶 线 型 聚 合 物 的 这 些 性 质 可 以 在 化 学 的 或 物 理 的 作 用 下, 通 过 化 学 键 的 交 联, 形 成 空 间 网 状 结 构 而 得 到 改 善, 这 个 化 学 变 化 过 程 称 为 交 联 橡 胶 都 必 须 经 过 交 联 才 具 有 实 际 用 途

91 硫 黄 是 目 前 橡 胶 工 业 中 应 用 最 广 用 量 最 大 的 硫 化 剂, 因 而 硫 化 一 词 长 期 以 来 几 乎 专 门 用 于 橡 胶 的 交 联 过 程, 往 往 把 硫 化 看 作 是 交 联 的 同 义 词 饱 和 聚 合 物 由 于 键 键 和 杂 原 子 键 的 化 学 惰 性, 不 能 用 硫 黄 交 联, 必 须 用 化 学 活 性 更 大 的 有 机 过 氧 化 物 来 交 联, 如 二 元 乙 丙 橡 胶 硅 橡 胶 聚 乙 烯 等 为 了 提 高 某 些 不 饱 和 橡 胶 的 耐 热 性, 有 时 也 使 用 有 机 过 氧 化 物 交 联

92 2 硫 化 的 过 程 加 有 硫 化 剂 的 橡 胶, 在 加 热 过 程 中 逐 渐 成 为 三 维 空 间 的 网 络 结 构 其 交 联 密 度 的 大 小, 可 通 过 测 定 交 联 密 度 来 判 断 生 产 上 把 硫 化 过 程 分 为 诱 导 期 欠 硫 正 硫 化 和 过 硫 几 个 阶 段 所 示 ) 其 物 理 机 械 性 能 的 变 化 如 图

93 (1) 焦 烧 时 间 : 实 际 指 胶 料 尚 未 有 效 交 联, 仍 处 于 可 以 流 动 阶 段 在 用 硫 化 仪 测 定 的 硫 化 曲 线 中, 以 T 10 表 示, 即 达 到 硫 化 仪 最 大 扭 矩 的 10% 所 对 应 的 时 间 (2) 欠 硫 期 : 在 此 阶 段 胶 料 的 交 联 程 度 仍 较 低, 尚 未 达 到 硫 化 胶 应 有 的 物 理 机 械 性 能 (3) 正 硫 化 时 间 : 以 T 90 表 示, 即 达 到 最 大 扭 矩 的 90%, 硫 化 胶 具 有 较 好 的 物 理 机 械 性 能, 并 在 一 段 时 间 内 性 能 不 发 生 明 显 的 变 化 (4) 硫 化 平 坦 期 : 由 正 硫 化 到 硫 化 胶 性 能 下 降 这 一 段 时 间 过 了 硫 化 平 坦 期 后, 硫 化 胶 的 性 能 发 生 较 大 的 下 降, 这 时 称 为 过 硫 或 称 为 硫 化 返 原 ( 返 硫 )

94 9.3.2 硫 磺 的 硫 化 反 应 机 理 1 橡 胶 与 硫 磺 的 化 学 反 应 元 素 状 态 的 硫 黄 既 不 是 硫 原 子, 也 不 是 S 2 分 子, 而 是 以 稳 定 的 S 8 环 的 形 式 存 在 为 使 硫 黄 与 橡 胶 反 应, 必 须 使 硫 环 裂 解 通 常 硫 黄 环 在 C 下 裂 解 成 为 双 基 的 活 性 硫, 这 些 双 基 在 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-S 4 -S, S-S4-S 等 当 硫 原 子 数 目 减 少 到 2~4 个 时, 活 性 才 有 较 大 的 提 高

95 能 用 硫 黄 硫 化 的 橡 胶, 均 为 二 烯 类 橡 胶, 即 不 饱 和 橡 胶, 其 双 键 和 次 甲 基 均 为 反 应 活 性 点 双 基 活 性 硫 可 按 自 由 基 的 机 理 与 橡 胶 反 应 形 成 交 联 键 现 代 橡 胶 工 业 中, 橡 胶 的 硫 黄 硫 化 通 常 都 由 促 进 剂 活 性 剂 ( 最 常 用 的 是 硬 脂 酸 和 氧 化 锌 ) 和 硫 黄 组 成 完 整 的 硫 化 体 系

96 2 硫 化 过 程 的 主 要 反 应 阶 段 曲 线 1 与 曲 线 2 相 比, 单 用 硫 黄 时, 硬 脂 酸 锌 对 硫 化 起 阻 碍 作 用 加 入 促 进 剂 M( 曲 线 3), 无 论 在 硫 化 速 度 还 是 在 交 联 程 度 都 有 较 大 的 提 高 再 配 用 活 性 剂 硬 脂 酸 锌 ( 曲 线 4, 则 这 两 方 面 的 效 果 更 显 著 效 果 更 显 著 可 见 在 橡 胶 硫 化 过 程 中, 三 种 组 分 都 参 与 一 系 列 反 应, 是 一 个 多 组 分 体 系 中, 各 组 分 相

97 根 据 实 验 分 析, 硫 化 过 程 中 对 硫 化 速 度 及 硫 化 胶 网 络 结 构 的 形 成 起 决 定 作 用 的 主 要 反 应, 可 分 为 四 个 主 要 反 应 阶 段 (1) 硫 化 体 系 各 组 分 之 间 相 互 反 应 生 成 中 间 化 合 物, 主 要 的 中 间 活 性 化 合 物 是 事 实 上 的 硫 化 剂 (2) 中 间 活 性 化 合 物 与 橡 胶 作 用, 在 橡 胶 分 子 链 上 生 成 含 硫 活 性 侧 基 (3) 橡 胶 分 子 链 的 含 硫 活 性 侧 基 和 其 他 橡 胶 分 子 相 互 作 用, 形 成 交 联 (4) 交 联 结 构 的 继 续 发 展

98 3 硫 磺 等 用 量 对 反 应 的 影 响 随 着 硫 黄 和 促 进 剂 用 量 的 增 加, 交 联 密 度 和 硫 化 速 度 逐 渐 提 高 常 用 硫 化 体 系 : 硫 黄 / 促 进 剂 =(2~3)/(1~2) 有 效 硫 化 体 系 : 硫 黄 / 促 进 剂 =(0.3~0.5)/(4~6) 或 单 用 有 机 含 硫 化 合 物 半 有 效 硫 化 体 系 : 硫 黄 / 促 进 剂 =(1~1.5)/(1.5~2.5) 当 使 用 有 效 硫 化 体 系 时, 生 成 的 交 联 键 以 一 硫 键 二 硫 键 为 主, 硫 化 过 程 中 只 有 较 少 的 交 联 键 断 裂, 硫 黄 被 有 效 地 利 用, 交 联 效 率 高 相 反, 使 用 常 用 硫 化 体 系 时, 交 联 键 以 多 硫 键 为 主, 过 了 正 硫 化 时 间 以 后, 交 联 密 度 很 快 下 降, 这 是 由 于 形 成 的 多 硫 键 热 稳 定 性 差 而 断 裂, 硫 黄 的 有 效 利 用 率 低 半 有 效 硫 化 体 系 硫 化 胶 的 结 构 介 于 上 述 两 者 之 间

99 4 硫 化 胶 结 构 与 性 能 的 关 系 (1) 交 联 密 度 的 影 响 (1) 交 联 密 度 的 影 响 当 交 联 密 度 太 小 时, 橡 胶 分 子 间 的 相 对 活 动 性 太 大, 不 利 于 伸 长 结 晶 及 取 向, 在 适 宜 的 交 联 密 度 下, 橡 胶 分 子 链 段 活 动 较 容 易, 伸 长 过 程 中 易 于 取 向 结 晶, 扯 断 强 度 达 到 最 大 值 交 联 密 度 继 续 增 加, 形 成 了 较 紧 密 的 分 子 网 络, 从 而 阻 碍 了 分 子 链 的 取 向 排 列 及 结 晶, 扯 断 强 度 下 降

100 (2) 交 联 键 类 型 的 影 响 (2) 交 联 键 类 型 的 影 响 硫 化 胶 交 联 键 的 热 稳 定 性 和 抗 热 氧 稳 定 性 取 决 于 键 能 的 大 小 碳 碳 键 和 一 硫 键 键 能 高, 称 为 强 键, 热 稳 定 性 好 多 硫 键 为 弱 键, 热 稳 定 性 低 这 些 交 联 键 对 硫 化 胶 扯 断 强 度 的 影 响 却 刚 好 相 反, 也 就 是 说 交 联 键 的 键 能 越 高, 硫 化 胶 的 扯 断 强 度 就 越 低, 硫 化 胶 的 耐 疲 劳 寿 命 也 越 差 这 种 情 况 通 常 用 弱 键 在 伸 长 时 断 裂 及 重 排, 使 应 力 分 布 均 匀 来 解 释 此 外, 还 有 认 为 硫 黄 硫 化 胶 的 交 联 键 分 布 较 均 匀, 而 有 利 于 分 子 链 伸 长 时 的 取 向 结 晶, 提 高 了 硫 化 胶 的 扯 断 强 度

101 9.3.4 硫 化 条 件 对 橡 胶 制 品 质 量 的 影 响 1 硫 化 温 度 和 时 间 各 种 橡 胶 最 宜 ( 获 得 最 佳 性 能 ) 硫 化 温 度 是 : 天 然 橡 胶 <143 0 C, 丁 苯 橡 胶 丁 腈 橡 胶 <180 0 C, 异 戊 橡 胶 顺 丁 橡 胶 氯 丁 橡 胶 <151 0 C, 丁 基 橡 胶 < C ; 温 度 过 高 容 易 导 致 橡 胶 分 子 主 链 及 硫 黄 交 联 键 的 断 裂, 而 导 致 硫 化 胶 性 能 的 下 降

102 对 于 给 定 的 胶 料 来 说, 在 一 定 的 硫 化 温 度 和 压 力 条 件 下, 有 一 最 宜 的 硫 化 时 间 这 一 时 间 通 常 用 硫 化 仪 来 确 定, 即 以 达 到 硫 化 仪 曲 线 最 大 扭 矩 的 90% 所 对 应 的 时 间 作 为 正 硫 化 时 间 t1: 当 硫 化 温 度 为 T1 时 所 需 要 的 硫 化 时 间 ; T2: 当 硫 化 温 度 为 T2 时 所 需 要 的 硫 化 时 间 ; K: 硫 化 温 度 系 数

103 2 硫 化 压 力 目 的 : (1) 防 止 在 制 品 中 产 生 气 泡 (2) 使 胶 料 流 动 且 充 满 模 型 (3) 提 高 胶 料 与 织 物 或 金 属 的 粘 合 力 影 响 : 硫 化 压 力 过 低 或 过 高 对 这 类 制 品 均 有 不 良 影 响 硫 化 压 力 过 低, 会 出 现 起 泡 脱 层 和 呈 海 绵 状 等 缺 陷 ; 硫 化 压 力 过 高, 会 将 纺 织 物 压 扁 而 难 以 使 胶 料 很 好 地 渗 入 到 织 物 缝 隙 中 去 或 使 织 物 本 身 受 到 损 害

104 硫 化 压 力 的 大 小, 要 根 据 胶 料 性 能 ( 主 要 是 可 塑 性 ) 产 品 结 构 及 工 艺 条 件 而 定 其 原 则 是 : 胶 料 流 动 性 小 者, 硫 化 压 力 应 高 一 些 ; 反 之, 硫 化 压 力 可 以 低 一 些 ; 产 品 厚 度 大 层 数 多 和 结 构 复 杂 的 需 要 较 高 的 压 力 多 数 制 品 的 硫 化 压 力, 通 常 在 2.55MPa 以 下 当 采 用 注 压 工 艺 时, 由 于 胶 料 的 填 模 全 靠 注 射 压 力 来 进 行, 所 以 要 采 用 达 81.6~153MPa 的 高 压 对 于 薄 制 品 ( 如 雨 布 ) 在 生 产 上 采 用 脱 水 剂 ( 如 氧 化 钙 ) 或 机 械 消 泡 方 法 后, 已 实 现 连 续 常 压 硫 化

105 3 硫 化 介 质 常 用 的 硫 化 介 质 有 : 饱 和 蒸 汽 过 热 蒸 汽 过 热 水 热 空 气 热 水 近 年 来 还 有 采 用 共 熔 盐 共 熔 金 属 微 粒 玻 璃 珠 高 γ- 射 线 等 作 硫 化 介 质 的 频 电 场 红 外 线

106 作 业 1. 课 后 习 题,p460: 名 词 解 释 : 门 尼 粘 度 门 尼 焦 烧 可 塑 度 塑 炼 混 炼 硫 化 3. 课 后 习 题 p460:10,11