橡膠類產(chǎn)品母料加工工藝

1、 橡膠類產(chǎn)品母料加工工藝長園電子研發(fā)部王華東 1 1 橡膠的基本概念橡膠的基本概念 2 橡膠的橡膠的配合劑配合劑 3 橡膠橡膠母料母料的的加工工藝加工工藝 4 我司用膠介紹我司用膠介紹 l橡膠：具有可逆形變的高彈性聚合物材料。其伸長率可達100%1000%，除去外力后能恢復(fù)原狀。橡膠屬于完全無定型聚合物，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）低，其分子量一般都在10萬以上，有的甚至達到100萬以上。橡膠是高彈性的高分子材料，由于橡膠具有其他材料所沒有的高彈性，因而也稱作彈性體。橡膠經(jīng)過硫化可將線型高分子交聯(lián)成三維網(wǎng)狀高分子量聚合物。這種已硫化交聯(lián)的橡膠稱作硫化橡膠，俗稱熟橡膠。未硫化的橡膠俗稱生膠或生橡膠

2、。l用途：廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠制品。 具有橡膠狀彈性。具有橡膠狀彈性。具有粘彈性。具有粘彈性。有緩沖減震作用。有緩沖減震作用。對溫度依賴性大對溫度依賴性大。具有電絕緣性。具有電絕緣性。有老化現(xiàn)象有老化現(xiàn)象。需進行硫化需進行硫化。必須加入配合劑必須加入配合劑。 拉伸強度拉伸強度定伸應(yīng)力定伸應(yīng)力撕裂強度撕裂強度伸長率伸長率永久變形永久變形回彈性回彈性硬度硬度 橡膠的分類橡膠的分類按材料來源按材料來源按性能和用按性能和用途途天然橡膠天然橡膠合成橡膠合成橡膠通用橡膠通用橡膠特種橡膠特種橡膠 凡是性能與天然橡膠相近，物理機械性能和加工性能較好，能廣泛用于輪胎和其他一般橡膠制品

3、的，稱為通用合成橡膠。1 1 丁苯橡膠丁苯橡膠2 2 順丁橡膠順丁橡膠3 3 異戊橡膠異戊橡膠4 4 乙丙橡膠乙丙橡膠5 5 丁基橡膠丁基橡膠6 6 氯丁橡膠氯丁橡膠 凡是具有特殊性能，專門用于制作耐熱、耐寒、耐化學(xué)物質(zhì)腐蝕、耐溶劑、耐輻射等特種橡膠制品橡膠稱為特種合成橡膠。1 1 丁腈橡膠丁腈橡膠2 2 硅橡膠硅橡膠 3 3 氟橡膠氟橡膠4 4 聚氨酯橡膠聚氨酯橡膠5 5 丙烯酸酯橡膠丙烯酸酯橡膠6 6 氯磺化聚乙烯氯磺化聚乙烯 可塑度門尼粘度門尼燒焦抗張強度、定伸強度、扯斷伸長率和扯斷永久變形磨耗彈性耐低溫性能 塑煉混煉成型硫化擠出去邊橡膠制品的工藝流程圖橡膠制品的工藝流程圖壓制母料加工工

4、藝母料加工工藝 一、塑煉：高彈性是橡膠最可寶貴的性能，但卻給加工工藝帶來極大的困難，這是因為在加工過程中施加的機械功會無效地消耗在橡膠的可逆變形上。為此，需將生膠經(jīng)過機械加工、熱處理或加入某些化學(xué)助劑，使其由強韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浂阌诩庸さ乃苄誀顟B(tài)。塑煉結(jié)果： 使生膠獲得一定的可塑性，適合于混煉等后段工序。 使生膠的可塑性均勻化，使膠料的質(zhì)量均勻。 改善膠料的流動性，便于壓延、壓出操作。 塑煉機理：橡膠經(jīng)塑煉以增加其可塑性，其實質(zhì)乃是使橡膠分子鏈斷裂，降低大分子長度。 橡膠的分子鏈很長，分子間吸引力大且線性分子之間存在大量纏結(jié)點，大大阻礙了長鏈分子的位移運動。要增加橡膠的可塑性或塑性變形，

5、必須使橡膠分子易于發(fā)生大分子鏈的位移運動，所以減少橡膠分子鏈的長度（降低分子量）,是降低分子間作用力、增大橡膠分子的塑性變形的最有效方法。一般門尼粘度在一般門尼粘度在6060以下的均可不經(jīng)過塑煉而直接混煉。以下的均可不經(jīng)過塑煉而直接混煉。 由于橡膠在塑煉時，遭受到氧、熱，機械力和增塑由于橡膠在塑煉時，遭受到氧、熱，機械力和增塑劑等因素的作用，所以塑煉機理與這些因素密切相關(guān)。劑等因素的作用，所以塑煉機理與這些因素密切相關(guān)。 機械力的作用機械力的作用 氧的作用氧的作用 溫度的作用溫度的作用 增塑劑的作用增塑劑的作用 生膠在塑煉機械劇烈的拉伸、擠壓和剪切應(yīng)力的反復(fù)作用下，長鏈分子產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，致

6、使分子鏈斷裂，然后斷鏈的活性自由基為氧或其他自由基受體所俘獲而穩(wěn)定，變成較短的分子而增加了可塑性。 機械斷鏈一般只對一定長度的橡膠分子鏈有效，當(dāng)橡膠分子量小到一到一定程度后，因內(nèi)聚力小，鏈段相對運動容易，機械力作用產(chǎn)生的切應(yīng)力小，則不足以使其斷裂。 當(dāng)溫度一定時，隨著施加于橡膠上的總機械功的增大（如增加塑煉機械的轉(zhuǎn)速、增加薄通次數(shù)等），分子鏈降解程度就愈大。 塑煉的結(jié)果：使橡膠的分子量變小，分子量分布變窄。 在低溫塑煉時，橡膠大分子受機械力的作用，分子鏈被切斷而形成自由基，這種自由基能迅速地與氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而使斷鏈后自由基得到穩(wěn)定。無氧（氮氣保護）存在時，斷鏈所形成的自由基可發(fā)生偶合或支化

7、反應(yīng)，此時則得不到塑煉效果。 低溫塑煉：分子鏈斷裂的主要原因是由于機械力的作用。隨著溫度的升高，生膠粘度的降低，分子滑動性增加，塑煉時遭受機械力的作用降低。因此，在低溫塑煉時要注意降溫，防止隨著煉膠時間的增加，膠料溫度升高。 高溫塑煉：主要是氧化使分子鏈斷裂。適當(dāng)?shù)母邷赜欣谀z料的熱氧斷鏈，但要注意：溫度過高，膠料降解嚴(yán)重，會影響物理機械性能。低溫塑煉高溫塑煉 使用化學(xué)塑解劑能提高塑煉效果。它在塑煉中的作用與氧相似。不同塑解劑的作用機理也各不相同。根據(jù)他們的使用溫度，可分為：低溫塑解劑：苯醌和偶氮苯高溫塑解劑：過氧化苯甲酰、偶氮二異丁腈高低溫通用型塑解劑：硫醇及其二硫化物類、二鄰苯甲酰胺二苯基

8、二硫化物低溫塑解劑起自由基受體的作用，使斷鏈的橡膠自由基穩(wěn)定，從而生成較短的分子。高溫塑解劑在高溫時分解成極不穩(wěn)定的自由基，促使橡膠分子生產(chǎn)自由基，進而氧化斷鏈，起引發(fā)劑的作用。而高低溫通用型的塑解劑兼有上述兩項功能。 機械塑煉法：采用開煉機、密煉機、螺桿塑煉機等的機械作用切斷分子鏈而獲得生膠可塑性。 化學(xué)塑煉法：在化學(xué)藥品的作用下，使橡膠大分子鏈解聚而達到塑化的目的。 A、開煉機優(yōu)點：比較機動靈活、投資小、適用于變化較多的場合。 缺點：勞動強度大、生產(chǎn)效率低、操作條件差。開煉機的兩個滾筒的速比：前比后（1：1.15-1.27）操作方法： 薄通塑煉法、包輥塑煉、分段塑煉法、化學(xué)塑解劑法。 開煉

9、機塑煉的主要影響因素：輥溫輥距輥速時間容量 輥溫： 開煉機塑煉為低溫塑煉，為提高塑煉效果，應(yīng)加強輥筒的冷卻，嚴(yán)格控制輥溫。 生產(chǎn)中，由于輥筒冷卻受到各種條件的限制，如輥筒導(dǎo)熱性差和冷卻水溫度不易降低等，使輥溫不易達到理想要求。因此，采用冷卻膠片的方法是提高塑煉效果的有效措施，如使用膠片循環(huán)爬架裝置以及采用薄通塑煉和分段塑煉等均屬于這類措施。注：合成橡膠的塑煉溫度一般為：3045。當(dāng)添加了化學(xué)塑解劑后，為了使化學(xué)塑解劑產(chǎn)生最佳效果，煉膠溫度一般以7075為宜。 輥距： 輥筒的速度恒定時，輥距減小會使生膠通過輥縫時所受的摩擦、剪切力、擠壓力增大，同時膠片變薄易于冷卻。輥速： 塑煉時，輥筒轉(zhuǎn)速快，即

10、單位時間內(nèi)生膠通過輥縫次數(shù)多，所受機械力的作用大，塑煉效果好。但輥筒速度過快，塑煉膠升溫快，反而會使塑煉效果下降，同時操作也不安全。 時間： 生膠塑煉效果與時間有一定關(guān)系。在一定的時間范圍內(nèi)，塑煉時間越長，塑煉效果越好。超過這個時間范圍后，可塑性趨于平穩(wěn)。 在用開煉機作包輥塑煉時，-般塑煉時間不宜超過20min。 B、密煉機密煉機主要部件包括密煉室、轉(zhuǎn)子、上頂栓、下頂栓、密煉機主要部件包括密煉室、轉(zhuǎn)子、上頂栓、下頂栓、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、密封裝置和傳動裝置。冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、密封裝置和傳動裝置。優(yōu)點：生產(chǎn)效率高、操作方便、勞動強度低、可塑度比較 均勻 。缺點：高溫氧化裂解會使膠料的物理機械性

11、能有所下降，造價較高，占地面積大，設(shè)備清理維修較困難。操作方法：稱量投料塑煉排膠倒合壓片冷卻下片存放。 溫度： 密煉機塑煉為高溫塑煉，溫度一般在120以上。隨著塑煉溫度的提高，膠料可塑度幾乎按比例迅速增大。但是溫度過高會導(dǎo)致橡膠分子過度降解，使物理機械性能下降?？伤芏瓤伤芏?時間： 與開煉機不同，生膠的可塑性隨在密煉機中塑煉時間的增長而不斷地增大。但到后期，可塑度增長放緩，可根據(jù)實際情況確定塑煉時間。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速： 一定溫度條件下，塑煉膠可塑度隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而增大。但是，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不宜過快，否則會使生膠溫度過高，致使橡膠分子劇烈氧化裂解，或引起支化交聯(lián)而產(chǎn)生凝膠。 裝膠容量： 密煉機塑煉時，必須

12、首先合理確定裝膠容量(稱工作容量)。容量過大或過小，都影響生膠獲得良好的塑煉效果。容量過小，生膠會在密煉室中打滾，不能獲得有效塑煉；容量過大會使生膠塑煉不均勻，排膠溫度升高，設(shè)備因超負荷運轉(zhuǎn)而易于損壞。裝膠容量應(yīng)根據(jù)密煉室壁和轉(zhuǎn)子突棱磨損后的縫隙大小，通過實驗確定。通常，裝膠容量為密煉室容量的55%75(即填充系數(shù)為0.550.75)。 上頂栓壓力： 上頂栓壓力的大小，對塑煉效果影響很大。實驗表明，適當(dāng)增加上頂栓壓力，提高對膠料的剪切力作用，是縮短塑煉時間的有效方法。當(dāng)壓力不足時，上頂栓被塑煉膠推動產(chǎn)生上、下浮動，不能使膠料壓緊，減小對膠料的剪切力作用。但壓力太大，上頂栓對膠料阻力增大，使設(shè)備

13、負荷增大。 C、螺桿機塑煉螺桿機塑煉的特點是高溫下連續(xù)進行。在螺桿機中，生膠一方面受到螺桿的強烈機械攪拌作用，另一方面由于生膠受螺桿與機身間的摩擦而產(chǎn)生大量熱，溫度可高達150-180，從而加速氧化裂解，獲得塑煉效果。螺桿機塑煉的主要影響因素：機溫、膠溫、填膠速度、出膠空隙 C、螺桿機塑煉 螺桿機塑煉具有連續(xù)化、自動化程度高，生產(chǎn)能力大，勞動強度低等優(yōu)點。最適用于生膠品種少、耗膠量大的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。但從目前國內(nèi)使用螺桿機塑煉來看，還存在一些如排膠溫度高、塑煉膠熱可塑性大、可塑性不均勻(夾生現(xiàn)象)和較低等缺陷，因此在應(yīng)用上受到一定限制。 二、混煉：將配合劑加入到橡膠中去制成混合膠。 為了提高橡

14、膠產(chǎn)品使用性能，改進橡膠工藝性能和降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑。混煉就是通過機械作用使生膠與各種配合劑均勻混合的過程。 混煉是橡膠加工過程中最易影響質(zhì)量的工序之一?；鞜挷涣?，膠料會出現(xiàn)配合劑分散不均，膠料可塑度過低或過高、燋燒、噴霜等現(xiàn)象，使后續(xù)工序難以正常進行，并導(dǎo)致成品性能下降。 分散程度的提高與配合劑的表面性質(zhì)有著重要的聯(lián)系。配合劑類別雖多，但依據(jù)表面性質(zhì)基本分為兩類：親水性配合劑：碳酸鎂、碳酸鈣、硫酸鋇、陶土、氧化鋅、鋅鋇白、氧化鎂、氧化鈣和其它堿性無機物等。這類配合劑的表面特性與生膠不同，兩者界面極性相差很大，因此與生膠作用的活性較小，不易被橡膠潤濕，在混煉中難以均勻分散；疏

15、水性即親膠性配合劑，如各種炭黑。這類配合劑粒子表面特性與生膠相近，兩者界面極性相差較小，相互作用活性較大。 為了提高配合劑(特別是親水性配合劑)的分散程度，行之有效的方法是在膠料內(nèi)加入表面活性劑，常用的有硬脂酸、高級醇、含氮化合物、某些樹脂和增塑劑等。它們的分子結(jié)構(gòu)中含有不同性質(zhì)的基團，其中一部分為-OH、-NH2、-COOH、-NO2、-NO或-SH等極性基團，有親水性，能產(chǎn)生很強的水合作用；另一部分為非極性碳氫鍵或苯環(huán)式烴基，具有疏水性。 混煉過程分為兩個階段：第一階段：濕潤階段或吃粉階段。在此階段中，配合劑聚集在一起，比表面積很大，橡膠與配合劑的接觸面積就非常巨大。顯然，要使橡膠能全部包

16、圍炭黑顆粒的表面，而且要滲入到炭黑凝聚體的空隙里形成高濃度的炭黑一橡膠團塊，這就要求橡膠應(yīng)具有很好的流動性。橡膠的黏度越低，對配合劑的濕潤性就越好，吃粉也就越快。 第二階段：分散階段。在此階段通過加工中對膠料施加剪切力來克服配合劑聚集體粒子之間的內(nèi)聚力，使其盡可能分散成為接近于單獨的聚集體的過程。因此，增加膠料黏度和提高切變速率都能相應(yīng)地提高膠料的剪切應(yīng)力，以克服配合劑聚集體內(nèi)聚力對分散的阻礙，從而提高分散效果。 混煉的兩個階段對橡膠黏度的要求是相互矛盾的，為此，正確選擇橡膠的可塑性和混煉溫度對確?；鞜捹|(zhì)量是至關(guān)重要的。 A、開煉機混煉開煉機混煉可分為：包輥、吃粉和翻煉三個階段。1、包輥：將生

17、膠包于前輥，用3-5分鐘有個短時的預(yù)熱過程2、吃粉過程：把需要加入的助劑按照一定的順序加入，加入時要注意堆積膠的體積，。當(dāng)加入配合劑時，由于堆積膠的不斷翻轉(zhuǎn)和更替，便把配合劑帶進堆積膠的縐紋溝中并進而帶入輥縫中。少了難于混合，多了會打滾不容易混煉。 加料順序：塑煉膠(再生膠、合成膠)或母煉膠固體軟化劑小料(促進劑、活性劑、防老劑)大料(補強劑、填充劑)液體軟化劑硫化機、超促進劑3、翻煉過程：能更好、更快、更均勻的混煉。刀法：a、斜刀法（八把刀法） b、三角包法 c、打扭操作法 d、搗膠法（走刀法） B、密煉機混煉： 密煉機混煉是在快速、高溫、高壓條件下進行的。其裝膠容量大、混煉時間短、生產(chǎn)效率

18、高；配合劑飛揚損失小，環(huán)境衛(wèi)生條件較好。但煉膠溫度難以控制(通常在140以上)，易出現(xiàn)焦燒現(xiàn)象，冷卻水耗量大；不適宜混煉對溫度敏感的膠料、淺色膠料、特殊膠料及品種變換頻繁的膠料。 密煉機混煉工藝：一段混煉：一次混煉好，通常采用慢速密煉機(轉(zhuǎn)速20rmin)?；鞜挼某绦颍荷z小料補強劑軟化劑排膠壓片機加硫磺、促進劑下片冷卻停放。二段混煉：分兩段混煉 第一段：生膠小料補強劑軟化劑排膠壓片冷卻； 第二段：母膠硫磺、促進劑壓片冷卻。第一段混煉可采用40rmin密煉機進行，第二段混煉采用20rmin慢速密煉機或壓片機進行。 常見的混煉膠的質(zhì)量毛病A、配合劑結(jié)團 主要原因有：生膠塑煉不充分；輥距過打；裝膠

19、容量過大；輥溫過高；粉狀配合劑中含有粗粒子或者結(jié)團；B、噴霜 主要是由于某些配合劑用量過大、超過其常溫下在橡膠中的溶解度造成的。當(dāng)白色填充過多時也會有白色物質(zhì)噴出，這時則稱為噴粉。C、焦燒：膠料的早期硫化現(xiàn)象。 原因：助劑配合不當(dāng)；煉膠操作不當(dāng)；冷卻停放不當(dāng)；氣候影響等。 SiOSiCH3CH3CH3CH3OSiCH3CH3硅橡膠：硅橡膠：為分子主鏈中為SiO無機結(jié)構(gòu)，側(cè)基為有機基團的一類彈性體，屬于半無機的飽和的、雜鏈、非極性彈性體，典型的代表是甲基乙烯基硅橡膠，其中的乙烯基提供交聯(lián)點。 二甲基硅橡膠，甲基乙烯基硅橡膠為通用型。苯基鏈節(jié)在5以下的甲基苯基硅橡膠為耐寒型，苯基鏈節(jié)達12的甲基苯

20、基硅橡膠為耐燃型，甲基苯基乙烯基硅橡膠為耐油型。SiOCH3CHCH2SiOCH3CH3mn二甲基硅橡膠甲基乙烯基硅橡膠 1 1耐高溫、低溫性能好耐高溫、低溫性能好 使用溫度范圍100300，高溫性能與氟橡膠相當(dāng)，工作范圍廣，耐低溫性能在所有橡膠材料中是最好的。2 2優(yōu)異的耐臭氧老化、熱氧老化和天候老化。優(yōu)異的耐臭氧老化、熱氧老化和天候老化。3 3優(yōu)良的電絕緣性能優(yōu)良的電絕緣性能4 4具有優(yōu)良的生物醫(yī)學(xué)性能具有優(yōu)良的生物醫(yī)學(xué)性能，可植入人體內(nèi)。有高的透氣性，可以作保鮮材料。缺點：拉伸強度和撕裂強度低（在所有的橡膠材料中是最低的，純膠拉伸強度只有0.3MPa）、價格昂貴。 硫化：硫化：硅橡膠一般

21、用過氧化物硫化。補強劑：補強劑：硅橡膠必須用補強劑，最有效的補強劑是氣相法白炭黑。結(jié)構(gòu)控制劑：結(jié)構(gòu)控制劑：同時要配合結(jié)構(gòu)控制劑和耐熱配合劑。常用的耐熱配合劑是金屬氧化物，一般用Fe2O3 35份。常用的結(jié)構(gòu)控制劑是二苯基硅二醇。 氟橡膠：氟橡膠：指分子鏈側(cè)基含有氟的彈性體，有10種，其中普遍使用的是偏氟乙烯與全氟丙烯或再加上四氟乙烯的共聚物，我國稱這類橡膠為26型橡膠，杜邦公司稱為Viton型氟橡膠，結(jié)構(gòu)如下：CH2CF2CFCF2CF3xyCF2zCH2CF2CFCF2CF3xyCF226-41 型(Viton A)246 型(Viton B) 1氟橡膠一般具有較高的拉伸強度和硬度，但彈性較

22、差。2耐高溫性能優(yōu)異 氟橡膠的耐高溫性能在橡膠中是最好的，250下可以長期工作，320下可以短期工作。3耐油性能優(yōu)異其耐油性能在橡膠材料中也是最好的。4耐化學(xué)藥品及腐蝕介質(zhì)性能優(yōu)異 氟橡膠耐化學(xué)藥品及腐蝕介質(zhì)性能在橡膠中也是最好的，可耐王水的腐蝕。 5具有阻燃性，屬于離火自熄性橡膠。6耐侯性、耐臭氧性好。7其耐低溫性能差，彈性差，耐水等極性物質(zhì)性能差，加工性差、價格昂貴。 據(jù)是否加入第三單體分為：二元乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM） EPDM根據(jù)第三單體的不同，分為：D型雙環(huán)戊二烯E型亞乙基降冰片烯CHCH2H型1，4-己二烯CH2CH2CH3CHCHCH EPDMEPDM的結(jié)構(gòu)：

23、的結(jié)構(gòu)： EPM是完全飽和的橡膠，EPDM主鏈完全飽和，側(cè)基僅有1%2%（mol）的不飽和第三單體， 因此，EPDM具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的熱穩(wěn)定性(耐候性)?？膳c不飽和橡膠并用，但是耐熱性和老化性下降。另外，乙丙橡膠不易被極化，不產(chǎn)生氫鍵，是非極性橡膠，耐極性介質(zhì)作用，而且電絕緣性能極佳。 比重為0.86，是所有橡膠中比重最小的。 EPDMEPDM的性能：的性能： 優(yōu)秀的耐臭氧性能：優(yōu)秀的耐臭氧性能：乙丙橡膠被譽為：“無龜裂橡膠”，在通用橡膠中它的耐臭氧性能是最好的，其次為IIR、再其次是CR。 優(yōu)秀的耐熱老化性能：優(yōu)秀的耐熱老化性能：乙丙橡膠的耐老化性能在通用橡膠中是最好的，在130下可以長期使用，在150或再高的溫度下可以間斷或短期使用。且EPM優(yōu)于EPDM。 優(yōu)秀的耐天候性：優(yōu)秀的耐天候性：乙丙膠的耐天候（光、熱、風(fēng)、雨、臭