橡膠成型加工原理

1、高分子材料成型原理高分子材料成型原理 東華大學(xué)東華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 “高分子材料成型原理高分子材料成型原理”教學(xué)團(tuán)隊(duì)教學(xué)團(tuán)隊(duì) 2008年年5月月 1 1 橡膠的基本概念橡膠的基本概念 2 生膠和配合劑生膠和配合劑 3 橡膠的主要性能指標(biāo)橡膠的主要性能指標(biāo) 4 橡膠的成型橡膠的成型原理原理 1 1 具有橡膠狀彈性。具有橡膠狀彈性。 2 2 具有粘彈性。具有粘彈性。 3 3 有緩沖減震作用。有緩沖減震作用。 5 5 具有電絕緣性。具有電絕緣性。 6 6 有老化現(xiàn)象有老化現(xiàn)象。 7 7 需進(jìn)行硫化需進(jìn)行硫化。 8 8 必須加入配合劑必須加入配合劑。 4 4 對(duì)溫度依賴性大對(duì)

2、溫度依賴性大 。橡膠的分類橡膠的分類橡橡 膠膠液體橡膠液體橡膠熱塑性橡膠熱塑性橡膠通用橡膠通用橡膠特種橡膠特種橡膠性性能能和和用用途途天然橡膠天然橡膠合成橡膠合成橡膠材材料料來(lái)來(lái)源源CHCHCH2CH2CHCCH2CH2CH23CH3CHCC2CH8.16A天然橡膠（順式）天然橡膠（順式）CHCH3CH2CH2C2CHCCH3CHCH24.8A杜仲膠（反式）杜仲膠（反式）1 丁苯橡膠2 順丁橡膠3 異戊橡膠4 乙丙橡膠5 丁基橡膠6 氯丁橡膠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

3、乙烯SiOSiCH3CH3CH3CH3OSiCH3CH3硅橡膠是由各種硅氧烷聚合而成的。主鏈全是由硅、氧兩種原子所組成。隨所用硅烷化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，硅橡膠有不同的品種和特性。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(dá)12的甲基苯基硅橡膠為耐燃型，甲基苯基乙烯基硅橡膠為耐油型。 硅橡膠主鏈全部由單鍵組成，每一個(gè)鍵都可以內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以有較好的柔順性；由于氧原子上無(wú)取代基或原子、減少了對(duì)內(nèi)旋轉(zhuǎn)的阻礙；而且硅原子比碳原子的體積大，把兩個(gè)甲基撐了出去，使兩個(gè)甲基的距離比連接于碳原子來(lái)得大，減弱了它們的相互作用，因而減少了內(nèi)旋轉(zhuǎn)的阻礙，所以硅橡膠在70仍有良好

4、的彈性。 硅橡膠由于主鏈?zhǔn)荢i-O鍵，鍵能大，所以具有較高的耐熱性能，但其它性能遠(yuǎn)低于通用橡膠。僅在特殊情況下使用。硅橡膠屬于半有機(jī)、半無(wú)機(jī)的聚合彈性體，是目前最好的既耐高溫又耐嚴(yán)寒的橡膠，它的耐老化性、電絕緣性也非常好，是制造航空工業(yè)用墊圈、油封、防震配件、電絕緣制品以及人造器官和美容業(yè)的寶貴材料。 液體橡膠是一種分子量為10000以下的粘稠狀可流動(dòng)液體。液體橡膠的交聯(lián)點(diǎn)可為分子末端官能團(tuán)和分子內(nèi)官能團(tuán)。分子末端有官能團(tuán)的液體橡膠稱作遙爪型液體橡膠，遙爪型液體橡膠經(jīng)固化成型后其物性比一般液體橡膠好。 根據(jù)液體橡膠主鏈結(jié)構(gòu)的不同，可分成不同系列：1 聚硫橡膠系列 2 硅橡膠系列3 聚氨酯橡膠系

5、列 4二烯類橡膠系列優(yōu)點(diǎn)： 加工簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，不需大型設(shè)備 具流動(dòng)性，適于澆鑄成型，可提高生產(chǎn)效率。 降低動(dòng)力消耗 適于制造形狀和尺寸復(fù)雜的橡膠制品。 可以在現(xiàn)場(chǎng)硫化。 能在室外進(jìn)行噴涂并具有良好的涂覆性。缺點(diǎn)： 原料價(jià)格高 強(qiáng)度低 需要建立獨(dú)立的設(shè)備體系，以適應(yīng)新的加工工藝熱塑性橡膠熱塑性橡膠是在常溫下具有橡膠彈性，而在高溫下能象熱塑性塑料一樣易于塑化成型的一類新型高分子材料。熱塑性橡膠在常溫下是兩相體系。以SBS為例，其中的聚丁二烯相當(dāng)于橡膠相，而聚苯乙烯相當(dāng)于結(jié)晶相；聚丁二烯部分構(gòu)成連續(xù)相，聚苯乙烯分散于其中。聚丁二烯決定了材料的高彈性能、良好的低溫性能、耐磨性能。而

6、聚苯乙烯則起物理交聯(lián)點(diǎn)的作用。 1 1 硫化系統(tǒng)硫化系統(tǒng) 2 補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑 3 軟化劑和增塑劑軟化劑和增塑劑 4 防老劑防老劑目的：增加膠料的容積，從而降低生產(chǎn)成本或改善加工性能。沉淀碳酸鈣硫酸鋇滑石粉云母粉return 橡膠配方設(shè)計(jì)的意義橡膠配方設(shè)計(jì)的意義 橡膠配方設(shè)計(jì)的原則橡膠配方設(shè)計(jì)的原則 橡膠配方的組成及表示方法橡膠配方的組成及表示方法 橡膠配方設(shè)計(jì)的程序橡膠配方設(shè)計(jì)的程序 橡膠配方設(shè)計(jì)方法橡膠配方設(shè)計(jì)方法 特種橡膠的設(shè)計(jì)原則特種橡膠的設(shè)計(jì)原則return 1 1 塑煉塑煉 2 混煉混煉 3 壓延壓延 4 壓壓出出 5 5 硫化硫化塑煉就是在橡膠的加工過(guò)程中，首先通過(guò)機(jī)

7、械、熱、在橡膠的加工過(guò)程中，首先通過(guò)機(jī)械、熱、氧和加入化學(xué)試劑等方式，使生膠由強(qiáng)韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)氧和加入化學(xué)試劑等方式，使生膠由強(qiáng)韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳?、便于加工的塑性狀態(tài)。變?yōu)槿彳?、便于加工的塑性狀態(tài)。使生膠獲得一定的可塑性，使之適合于混煉、壓延、擠出和成型等工藝操作。使生膠的可塑性均勻化，以便制得質(zhì)量均勻的膠料。 要增加橡膠的可塑性或塑性變形，必須使橡膠分子易于發(fā)生大分子鏈的位移運(yùn)動(dòng)，但橡膠的分子鏈很長(zhǎng)，分子間吸引力大且線性分子之間存在大量纏結(jié)點(diǎn)，大大阻礙了長(zhǎng)鏈分子的位移運(yùn)動(dòng)。所以減少橡膠分子鏈的長(zhǎng)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。實(shí)驗(yàn)表明，在熱、光、

8、氧、機(jī)械力和某些化學(xué)藥品的作用下，橡膠分子主鏈和側(cè)鏈都可以斷裂。工藝上可用以降低橡膠分子量獲得可塑性的塑煉方法可分成兩大類。v 機(jī)械塑煉法：采用開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)、螺桿塑煉機(jī)等的機(jī)械作用切斷分子鏈而獲得生膠可塑性。v 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(dá)到塑化的目的。 1 1 機(jī)械力的作用機(jī)械力的作用 2 氧的作用氧的作用 3 溫度的作用溫度的作用 4 化學(xué)增塑劑的作用化學(xué)增塑劑的作用 5 5 靜電作用靜電作用01()/2021()E FRTPKeMFKMP-分子鏈斷裂的幾率； E-分子鏈的化學(xué)鍵能 F0-作用于分子鏈上的力； 分子鏈斷裂時(shí)的長(zhǎng)度；F0-分子鏈斷裂時(shí)所消耗的機(jī)械功

9、；R-氣體常數(shù)；T-絕對(duì)溫度；-橡膠的粘度； -切變速率； 作用于分子鏈上的剪切力；M-橡膠分子的分子量； -橡膠的平均分子量。M生膠在塑煉機(jī)械劇烈的拉伸、擠壓和剪切應(yīng)力的反復(fù)作用下，長(zhǎng)鏈分子產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，致使分子鏈斷裂，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。溫度的降低，生膠粘度的增加，分子滑動(dòng)性降低，塑煉時(shí)遭受機(jī)械力的作用增大。當(dāng)溫度一定時(shí)，隨著施加于橡膠上的總機(jī)械功的增大（如增加塑煉機(jī)械的轉(zhuǎn)速），分子鏈降解程度就愈大。R-RR.R+分子鏈斷裂的幾率與作用于分子鏈上的機(jī)械功成正比，而與膠料的溫度成反比。天然橡膠薄通塑煉時(shí)分子量和可塑性的變化天

10、然橡膠薄通塑煉時(shí)分子量和可塑性的變化天然天然橡膠橡膠在不在不同介同介質(zhì)中質(zhì)中的塑的塑煉效煉效果果在低溫塑煉時(shí)，橡膠大分子受機(jī)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(wú)氧（氮?dú)獗Ｗo(hù)）存在時(shí)，斷鏈所形成的自由基可發(fā)生偶合或支化反應(yīng)，此時(shí)則得不到塑煉效果。隨塑煉時(shí)間增長(zhǎng)，橡膠重量和丙酮抽出物（其中有含氧化合物）的含量不斷增加。這說(shuō)明氧確實(shí)參與了橡膠的化學(xué)反應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)表明，生膠結(jié)實(shí)驗(yàn)表明，生膠結(jié)合合0.03%的氧就能使分子的氧就能使分子量降低量降低50%；結(jié)合；結(jié)合0.5%的的氧，氧，10萬(wàn)分子量就會(huì)降到萬(wàn)分子量就會(huì)降到5000。天然橡膠在

11、不同溫度下的塑煉效率C線H線曲線可視為由兩個(gè)曲線組成。其中C線是所謂的冷塑煉，H線相當(dāng)于熱塑煉。在冷塑煉階段，分子鏈斷裂的主要原因是由于機(jī)械力的作用。在熱塑煉階段，主要是氧化使分子鏈斷裂。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(jī)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(guò)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(shí)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(jìn)而氧化斷鏈，起引發(fā)劑的作用

12、。而高低溫通用型的塑解劑兼有上述兩項(xiàng)功能。()()低溫塑煉，無(wú)化學(xué)塑解劑時(shí).2CH+.CHCHCH2CH3C剪切力C3CHCH22CHCHCH22CHCHCH2CHCOO+O2( ).CHCHCH2CH3C.（）CH2.2CH.OO+O2( )（）（）和）和（）是新生成的橡膠大分子過(guò)氧物自由基，在室溫下不穩(wěn)定，）是新生成的橡膠大分子過(guò)氧物自由基，在室溫下不穩(wěn)定，通過(guò)吸收橡膠或其他物質(zhì)中的氫原子而失去活性通過(guò)吸收橡膠或其他物質(zhì)中的氫原子而失去活性（）（）（）+2CHCHCH2HOO2CH+C2CHCHCHCHCH3.CH3（）+O2CHCHCH2C3CH.OO（）+（）+3CHCH2CHCHCH

13、2OOCH3C2CHCHCHH（）（）生成了穩(wěn)定的橡膠分子端部的氫過(guò)氧化物（生成了穩(wěn)定的橡膠分子端部的氫過(guò)氧化物（）和分子內(nèi)氫）和分子內(nèi)氫過(guò)氧化物（過(guò)氧化物（），使分子鏈長(zhǎng)度變短。），使分子鏈長(zhǎng)度變短。也可能生成橡膠的也可能生成橡膠的- -O-O-O-O-型的交聯(lián)，不過(guò)實(shí)驗(yàn)表明在低溫塑型的交聯(lián)，不過(guò)實(shí)驗(yàn)表明在低溫塑煉時(shí)這種交聯(lián)為數(shù)極少。煉時(shí)這種交聯(lián)為數(shù)極少。低溫塑煉，有化學(xué)塑解劑時(shí)，以硫酚為例：低溫塑煉，有化學(xué)塑解劑時(shí)，以硫酚為例：.CHCHCH2CCH3+( )S2SCHCHCH2CCH33+.SSH+C3CH2CHCHCH.( )高溫塑煉，無(wú)化學(xué)塑解劑時(shí)，在空氣中氧的自動(dòng)氧化作用下，橡膠分

14、高溫塑煉，無(wú)化學(xué)塑解劑時(shí)，在空氣中氧的自動(dòng)氧化作用下，橡膠分子中的子中的-碳原子上的氫原子被脫出碳原子上的氫原子被脫出2CHCHCH2CH3COOCH2+O22CHC3CH2CHCHCH.+ H.（）空氣充足時(shí)，繼續(xù)發(fā)生氧化空氣充足時(shí)，繼續(xù)發(fā)生氧化（）O2+.CHCHCH2CH3CCH2OO（）HCHCHCH2C3CHOO2CHCHCH2CHCH3+（）（）（）.O H+CH3C2CHCHCH OHO.+.OCHCHCH2C3CH（ ）所得的醛再度氧所得的醛再度氧化生成羧酸，在化生成羧酸，在非常高的溫度下，非常高的溫度下，羧酸與醇反應(yīng)還羧酸與醇反應(yīng)還可能生成酯?？赡苌甚?。高溫下，有化學(xué)塑解劑

15、時(shí)，塑解劑的存在會(huì)對(duì)橡膠的自動(dòng)氧化起促進(jìn)作高溫下，有化學(xué)塑解劑時(shí)，塑解劑的存在會(huì)對(duì)橡膠的自動(dòng)氧化起促進(jìn)作用，以過(guò)氧化苯甲酰為例：用，以過(guò)氧化苯甲酰為例：COOOOC2OOC.+3CHCH2CHCHCH2H.COOCHCHCH2CHCH3.OOCreturn塑煉時(shí)，生膠受到煉膠機(jī)械的劇烈摩擦作用而產(chǎn)生靜電。塑煉時(shí)，生膠受到煉膠機(jī)械的劇烈摩擦作用而產(chǎn)生靜電。輥筒（或轉(zhuǎn)子）的金屬表面與橡膠接觸處所產(chǎn)生的平均電位差在輥筒（或轉(zhuǎn)子）的金屬表面與橡膠接觸處所產(chǎn)生的平均電位差在2000-2000-60006000伏特之間，甚至可達(dá)伏特之間，甚至可達(dá)1500015000伏特。伏特。輥筒與生膠間經(jīng)常有電火花出現(xiàn)

16、，這種放電作用使生膠表面周圍的空輥筒與生膠間經(jīng)常有電火花出現(xiàn)，這種放電作用使生膠表面周圍的空氣中的氧活化，生成原子態(tài)氧和臭氧，從而促進(jìn)對(duì)橡膠分子的斷鏈作氣中的氧活化，生成原子態(tài)氧和臭氧，從而促進(jìn)對(duì)橡膠分子的斷鏈作用。用。生膠塑煉方法很多，工業(yè)中廣為采用的是機(jī)械塑煉法。按所用設(shè)備可分生膠塑煉方法很多，工業(yè)中廣為采用的是機(jī)械塑煉法。按所用設(shè)備可分為：為：由于塑煉設(shè)備的不同，所采用的工藝條件也不一樣，因而影響塑煉效果由于塑煉設(shè)備的不同，所采用的工藝條件也不一樣，因而影響塑煉效果的因素也不相同。的因素也不相同。 1 1 開(kāi)煉機(jī)塑煉開(kāi)煉機(jī)塑煉 2 密煉機(jī)塑煉密煉機(jī)塑煉 3 螺桿塑煉機(jī)螺桿塑煉機(jī)開(kāi)煉機(jī)由前

17、后平行排開(kāi)煉機(jī)由前后平行排列的兩個(gè)以不同速度相對(duì)列的兩個(gè)以不同速度相對(duì)旋轉(zhuǎn)的輥筒構(gòu)成。兩輥筒旋轉(zhuǎn)的輥筒構(gòu)成。兩輥筒表面線速度之比為速比，表面線速度之比為速比，一般前后輥的速比為一般前后輥的速比為1 1：1.15-1.271.15-1.27，后輥比前輥快，后輥比前輥快15-25%15-25%。前輥筒可以水平。前輥筒可以水平調(diào)節(jié)輥距，控制膠片厚度。調(diào)節(jié)輥距，控制膠片厚度。輥筒中空，可通入冷水或輥筒中空，可通入冷水或蒸汽調(diào)節(jié)溫度。蒸汽調(diào)節(jié)溫度。（1 1）密煉機(jī)轉(zhuǎn)子比開(kāi)煉機(jī)輥筒轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子的斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)子之）密煉機(jī)轉(zhuǎn)子比開(kāi)煉機(jī)輥筒轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子的斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)子之間的速比變化在間的速比變化在1 1

18、：0.91-1.470.91-1.47的范圍。另外，混煉室壁是固定的，與轉(zhuǎn)的范圍。另外，混煉室壁是固定的，與轉(zhuǎn)子間的速度梯度很大，更促使膠料本身受到強(qiáng)烈的摩擦、撕裂和攪拌作子間的速度梯度很大，更促使膠料本身受到強(qiáng)烈的摩擦、撕裂和攪拌作用。用。（2 2）膠料在密煉室中受力作用面較開(kāi)煉機(jī)大。）膠料在密煉室中受力作用面較開(kāi)煉機(jī)大。（3 3）密煉機(jī)轉(zhuǎn)子表面有棱面花紋，使膠料翻轉(zhuǎn)并沿著轉(zhuǎn)子的軸向中心）密煉機(jī)轉(zhuǎn)子表面有棱面花紋，使膠料翻轉(zhuǎn)并沿著轉(zhuǎn)子的軸向中心翻動(dòng)，起到了開(kāi)煉機(jī)手工搗膠的作用。翻動(dòng)，起到了開(kāi)煉機(jī)手工搗膠的作用。（4 4）密煉室內(nèi)煉膠時(shí)摩擦生熱大，溫度較高，一般為）密煉室內(nèi)煉膠時(shí)摩擦生熱大，溫

19、度較高，一般為120-140120-140，隨著，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，上頂栓壓力增大，溫度可達(dá)到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，上頂栓壓力增大，溫度可達(dá)到160160以上，是橡膠受以上，是橡膠受到劇烈的氧化裂解作用，促使生膠塑性增大。到劇烈的氧化裂解作用，促使生膠塑性增大。 1 1 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 2 溫度溫度 3 時(shí)間時(shí)間 4 容量和上頂栓壓力容量和上頂栓壓力 5 5 化學(xué)塑解劑化學(xué)塑解劑一 橡膠配方設(shè)計(jì)的意義二 橡膠配方設(shè)計(jì)的原則三 橡膠配方的組成及表示方法四 橡膠配方設(shè)計(jì)的程序五橡膠配方設(shè)計(jì)方法六特種橡膠的設(shè)計(jì)原則return橡膠配方設(shè)計(jì)配方設(shè)計(jì)的基本要求是：v原材料使用合理v制品質(zhì)量高v工藝性能好。

20、配方研究可以分為 三個(gè)方面：基礎(chǔ)配方的研究性能配方的研究工藝配方的研究基礎(chǔ)配方研究基礎(chǔ)配方研究是研究新的生膠品種或新型配合劑的一般性質(zhì)及特性，包括分子結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)及反應(yīng)機(jī)理的確定，對(duì)橡膠性質(zhì)的影響。性能配方研究性能配方研究的目的是根據(jù)產(chǎn)品的使用條件，通過(guò)性能配方的研究，使膠料具有符合使用要求的性能，同時(shí)也是為了提高質(zhì)量、設(shè)計(jì)新產(chǎn)品、探求使用新的特性配合劑的目的而進(jìn)行的。工藝配方研究工藝配方研究的目的是試驗(yàn)配方的工藝加工性能。有些配方試驗(yàn)物理機(jī)械性能很好，但是生產(chǎn)中不易加工，甚至是不能加工。工藝配方就是要解決這個(gè)問(wèn)題。要使產(chǎn)品性能滿足使用的要求或給定的指標(biāo)；在保證滿足使用性能的情況下，盡量

21、節(jié)約原材料和降低成本，或在不提高產(chǎn)品成本的情況下提高產(chǎn)品的質(zhì)量；要使膠料適合于混煉、壓延、擠出、硫化等工藝操作以及有利于提高設(shè)備的生產(chǎn)率；對(duì)于多層或多部件產(chǎn)品，要考慮產(chǎn)品各部件不同膠料的整體配合，使各部件膠料在硫化速度上和硫化膠性能上達(dá)到協(xié)調(diào)；在保證質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)化配方。v以重量份數(shù)來(lái)表示的配方。v以重量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的配方。v以體積百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的配方。v按煉膠機(jī)的容量來(lái)制定的配方，稱為生產(chǎn)配方。return橡膠配方表示方法先要確定產(chǎn)品的技術(shù)要求，然后根據(jù)這些要求制訂產(chǎn)品的性能指標(biāo)，作為配方設(shè)計(jì)的依據(jù)。確定產(chǎn)品的技術(shù)要求時(shí)，應(yīng)了解產(chǎn)品使用時(shí)的負(fù)荷，工作溫度，接觸介質(zhì)，使用壽命，膠料在

22、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中所起的作用等。第二為縮短試驗(yàn)時(shí)間，應(yīng)詳細(xì)收集技術(shù)資料，了解同類或類似產(chǎn)品所做過(guò)的配方試驗(yàn)情況、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)做參考。第三，制定基本試驗(yàn)配方和變量試驗(yàn)范圍。第四，進(jìn)行試驗(yàn)室的小配合試驗(yàn)與數(shù)據(jù)整理，從中選出綜合平衡性能的最佳配方。第五，將選取的配方進(jìn)行復(fù)試和擴(kuò)大中試，最后確定生產(chǎn)配方。return配方設(shè)計(jì)程序根據(jù)主要性能指標(biāo)確定作為主體材料的生膠品種及含膠率；根據(jù)生膠的類型和品種、加工要求（如采用的硫化工藝方法和條件）及產(chǎn)品性能要求確定硫化體系及其用量；根據(jù)膠料的性能要求、比重及成本確定補(bǔ)強(qiáng)填充劑的品種和用量；根據(jù)膠種、填料種類、膠料性能、加工條件確定增塑劑（或軟化劑）的品種

23、和用量；最后確定防老劑以及專用配合劑（如著色劑、發(fā)泡劑等）的品種和用量。制定基本配方的步驟配方設(shè)計(jì)的程序首先要確定產(chǎn)品的技術(shù)要求，然后根據(jù)這些要求制訂產(chǎn)品的性能指標(biāo)，作為配方設(shè)計(jì)的依據(jù)。在橡膠配方設(shè)計(jì)中，往往要進(jìn)行許多變量試驗(yàn)來(lái)優(yōu)選最佳的配方，目前多采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，其中等高線圖解法、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法和回歸分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)法三種方法進(jìn)行。當(dāng)然，對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的配方設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，亦可以采用單變量的試驗(yàn)方法，對(duì)膠料的性能作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。橡膠配方設(shè)計(jì)方法橡膠配方設(shè)計(jì)方法 橡膠在高溫下會(huì)很快發(fā)生臭氧龜裂、氧化裂解、交聯(lián)破壞或其他物理因素的破壞，很少能在120以上能長(zhǎng)期保持其物理機(jī)械性能。例如，硫化的天

24、然橡膠在102經(jīng)8小時(shí)后扯斷強(qiáng)度損失25%，176 經(jīng)8小時(shí)后已失去使用價(jià)值。橡膠的耐熱性能，主要取決于所用橡膠的品種。所以在設(shè)計(jì)配方時(shí)，首先應(yīng)考慮生膠的選擇。耐熱橡膠配方設(shè)計(jì)原則天然橡膠和大多合成橡膠都是二烯烴的聚合物和共聚物，其主鏈結(jié)構(gòu)中含有大量雙鍵。雙鍵容易被臭氧破壞而導(dǎo)致裂解，雙鍵旁的次甲基上的氫很容易被氧化，導(dǎo)致裂解，因此容易高溫老化。而不含雙鍵的乙丙橡膠、丙烯腈-丙烯酸酯橡膠，以及雙鍵含量較少的丁基橡膠則較耐高溫。此外，分子主鏈中含有硫原子的聚硫膠和含氧原子的聚醚或氯醇膠也有較好的耐高溫老化性能。主鏈均為非碳原子構(gòu)成，如二甲基硅橡膠，由于硅氧鍵鍵能大于碳氧鍵，主鏈中有沒(méi)有雙鍵，所以

25、能在200 以上長(zhǎng)期使用。如果主鏈結(jié)構(gòu)相同，雙鍵或單鍵的數(shù)量相近，則橡膠的耐高溫氧化性受取代基性質(zhì)的影響很大。帶有供電取代基者容易氧化，而帶吸電取代基則較難氧化。 生膠的選擇橡膠膠的耐熱溫?zé)釡囟确秶鷩?jí)序使用溫度范圍最宜使用橡膠1250過(guò)氟聚苯基氟橡膠 耐熱橡膠配方除對(duì)膠種做合理的選擇外，選用配合劑也非常重要。如經(jīng)特殊的配合，通用橡膠的耐熱溫度會(huì)有所提高。 選用具有熱穩(wěn)定性和不揮發(fā)的軟化劑，如高閃點(diǎn)的石油系油類，分子量大、軟化點(diǎn)高的聚酯類增塑劑，或在硫化時(shí)可起聚合作用的軟化劑， 如古馬隆樹(shù)脂、低分子橡膠等；并盡可能降低其用量。 選擇高效硫化體系或樹(shù)脂、過(guò)氧化物硫化體系 選用活性較低的防老劑 選

26、用耐熱性好的填充劑配方舉舉例耐耐熱熱密封墊墊圈(對(duì)對(duì)177噴氣噴氣機(jī)燃料油) 為了使各種橡膠制品性能符合使用要求，改善加工工藝性能、節(jié)約生為了使各種橡膠制品性能符合使用要求，改善加工工藝性能、節(jié)約生膠降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑，在煉膠機(jī)上將各種配合劑膠降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑，在煉膠機(jī)上將各種配合劑加至具有一定塑性的生膠中制成混煉膠的過(guò)程稱為加至具有一定塑性的生膠中制成混煉膠的過(guò)程稱為混煉混煉。對(duì)混煉工藝的要求：對(duì)混煉工藝的要求： 使各種配合劑全部均勻地分散于生膠中，保證膠料性能使各種配合劑全部均勻地分散于生膠中，保證膠料性能均勻一致。均勻一致。 使配合劑（特別是增強(qiáng)劑）

27、達(dá)到最好的分散度，并與生使配合劑（特別是增強(qiáng)劑）達(dá)到最好的分散度，并與生膠結(jié)合，以獲得良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。膠結(jié)合，以獲得良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。 使膠料具有一定的可塑度，保證各項(xiàng)加工操作順利進(jìn)行。使膠料具有一定的可塑度，保證各項(xiàng)加工操作順利進(jìn)行。 在保證混煉均勻的基礎(chǔ)上，盡可能縮短混煉時(shí)間，提高在保證混煉均勻的基礎(chǔ)上，盡可能縮短混煉時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，降低能耗。生產(chǎn)效率，降低能耗。 1 1 配合劑的加工和準(zhǔn)備配合劑的加工和準(zhǔn)備 2 混煉理論混煉理論 3 混煉工藝混煉工藝 4 常用膠的混煉特性常用膠的混煉特性混煉膠是由各種細(xì)粒狀配合劑作分散相，生膠為分散介質(zhì)的混煉膠是由各種細(xì)粒狀配合劑作分散相，生膠為分散介

28、質(zhì)的多多組分膠態(tài)分散體系組分膠態(tài)分散體系。以炭黑為例，在以炭黑為例，在混煉初期，橡膠滲入混煉初期，橡膠滲入到炭黑凝聚體的空隙到炭黑凝聚體的空隙中，因此初期形成的中，因此初期形成的是濃度很高的炭黑是濃度很高的炭黑- -橡橡膠團(tuán)塊，分布在不含膠團(tuán)塊，分布在不含炭黑的橡膠中。當(dāng)炭炭黑的橡膠中。當(dāng)炭黑所有空隙都已充滿黑所有空隙都已充滿橡膠后，這些濃度很橡膠后，這些濃度很高的炭黑高的炭黑- -橡膠團(tuán)塊在橡膠團(tuán)塊在很大的剪切應(yīng)力下被很大的剪切應(yīng)力下被搓開(kāi)，團(tuán)塊逐漸變小，搓開(kāi)，團(tuán)塊逐漸變小，直至達(dá)到充分分散。直至達(dá)到充分分散。 粒粒徑徑大大小小相相近近的的填填料料與與膠膠料料耐耐磨磨性性的的關(guān)關(guān)系系 炭黑的

29、種類 炭黑的用量 炭黑的粒徑 炭黑的結(jié)構(gòu)6/eKRCK-K-分散因數(shù)；分散因數(shù)；Re-Re-凝聚物半徑凝聚物半徑; ;-橡膠粘度橡膠粘度; ;-切變速度切變速度; ; C-C-聚集體間的內(nèi)聚力。聚集體間的內(nèi)聚力。 混煉時(shí)，橡膠分子結(jié)合到活性填料粒子表面上形成一種不溶于橡膠溶劑混煉時(shí)，橡膠分子結(jié)合到活性填料粒子表面上形成一種不溶于橡膠溶劑的產(chǎn)物，稱為結(jié)合橡膠或炭黑凝膠。的產(chǎn)物，稱為結(jié)合橡膠或炭黑凝膠。結(jié)合橡膠的形成過(guò)程十分復(fù)雜：結(jié)合橡膠的形成過(guò)程十分復(fù)雜：部分是橡膠分子通過(guò)范德華力吸附在粒子的表面部分是橡膠分子通過(guò)范德華力吸附在粒子的表面部分是在煉膠時(shí)橡膠分子鏈斷裂時(shí)生成的大分子自由基通過(guò)化學(xué)鍵

30、部分是在煉膠時(shí)橡膠分子鏈斷裂時(shí)生成的大分子自由基通過(guò)化學(xué)鍵與粒子表面的活性部位結(jié)合而成的與粒子表面的活性部位結(jié)合而成的或者是煉膠時(shí)炭黑凝聚物破裂生成的活性很高的新鮮表面直接與橡或者是煉膠時(shí)炭黑凝聚物破裂生成的活性很高的新鮮表面直接與橡膠分子反應(yīng)的結(jié)果膠分子反應(yīng)的結(jié)果還有的是橡膠分子纏結(jié)在已與粒子結(jié)合的橡膠分子中，或與之發(fā)生還有的是橡膠分子纏結(jié)在已與粒子結(jié)合的橡膠分子中，或與之發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)。了交聯(lián)反應(yīng)。橡膠工業(yè)中最古老的混煉方法橡膠工業(yè)中最古老的混煉方法與密煉相比，其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境衛(wèi)生及安全與密煉相比，其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境衛(wèi)生及安全性差。性差。開(kāi)煉機(jī)混煉的靈

31、活性大，適用于小規(guī)模、小批量的生產(chǎn)。對(duì)于品種開(kāi)煉機(jī)混煉的靈活性大，適用于小規(guī)模、小批量的生產(chǎn)。對(duì)于品種變換頻繁，膠料需用量不大的橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)，開(kāi)煉機(jī)有其特殊用途。變換頻繁，膠料需用量不大的橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)，開(kāi)煉機(jī)有其特殊用途。開(kāi)煉機(jī)混煉還特別適用于幾種特殊膠料的生產(chǎn)，如海綿膠、硬質(zhì)膠開(kāi)煉機(jī)混煉還特別適用于幾種特殊膠料的生產(chǎn)，如海綿膠、硬質(zhì)膠和某些生熱量較大的合成橡膠（如丙烯腈含量較高的硬丁腈膠）。和某些生熱量較大的合成橡膠（如丙烯腈含量較高的硬丁腈膠）。（1）裝料容量）裝料容量（2）上頂栓壓力）上頂栓壓力（3）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和混煉時(shí)間）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和混煉時(shí)間（4）混煉溫度）混煉溫度連續(xù)連續(xù)混煉煉：傳

32、遞傳遞式連續(xù)連續(xù)混煉煉機(jī)連續(xù)連續(xù)混煉煉：隔板式連續(xù)連續(xù)混煉煉機(jī)return涂膠和浸膠是制取膠布的工藝方法，由于兩者的目的不同，涂膠和浸膠是制取膠布的工藝方法，由于兩者的目的不同，所用的設(shè)備和操作方法也不相同。涂膠是將膠漿涂覆于織物的所用的設(shè)備和操作方法也不相同。涂膠是將膠漿涂覆于織物的表面，以獲得一定厚度的膠層。它可作為壓延貼膠前的底涂加表面，以獲得一定厚度的膠層。它可作為壓延貼膠前的底涂加工，也可作為膠布的加工。而浸膠是將膠乳或膠漿浸滲到織物工，也可作為膠布的加工。而浸膠是將膠乳或膠漿浸滲到織物組織內(nèi)部，使織物纖維附上膠層，但由于所形成的膠層很薄，組織內(nèi)部，使織物纖維附上膠層，但由于所形成的

33、膠層很薄，一般只作為壓延貼膠前的底涂加工，以提高膠料與織物見(jiàn)的粘一般只作為壓延貼膠前的底涂加工，以提高膠料與織物見(jiàn)的粘著性。著性。壓延工藝壓延工藝可分成壓片、貼膠、擦膠和壓型等不同的作業(yè)。從原理上看，壓延過(guò)程主要是通過(guò)兩個(gè)輥筒作用把膠料輾壓成具有一定厚度和寬度的膠片的過(guò)程。從表面上看，壓延只是膠料造型的變化，但實(shí)質(zhì)上是一種流體流動(dòng)過(guò)程。在壓延過(guò)程中，膠料一方面發(fā)生粘性流動(dòng)，一方面又發(fā)生彈性變形。壓延中的各種工藝現(xiàn)象與膠料的流動(dòng)性質(zhì)有關(guān)，又與膠料的粘彈性有關(guān)。膠料在輥縫中的受力情況膠料在輥縫中的受力情況膠料在輥縫中的流動(dòng)狀態(tài)膠料在輥縫中的流動(dòng)狀態(tài)膠料粘度在壓延中的效應(yīng)膠料粘度在壓延中的效應(yīng)膠料粘

34、彈性質(zhì)在壓延中的效應(yīng)膠料粘彈性質(zhì)在壓延中的效應(yīng)壓延效應(yīng)壓延效應(yīng)壓延設(shè)備壓延設(shè)備壓延工藝壓延工藝壓延后的膠片容易出現(xiàn)一種縱橫方向物理機(jī)械性能的差異，即在縱方壓延后的膠片容易出現(xiàn)一種縱橫方向物理機(jī)械性能的差異，即在縱方向的抗張強(qiáng)度大、伸長(zhǎng)率小、收縮率大，而在橫方向的抗張強(qiáng)度小、伸長(zhǎng)向的抗張強(qiáng)度大、伸長(zhǎng)率小、收縮率大，而在橫方向的抗張強(qiáng)度小、伸長(zhǎng)率大、收縮率小。這種縱橫方向性能各異的現(xiàn)象叫率大、收縮率小。這種縱橫方向性能各異的現(xiàn)象叫壓延效應(yīng)壓延效應(yīng)。產(chǎn)生這種現(xiàn)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，主要是橡膠分子鏈及針狀或片狀的填料粒子，經(jīng)壓延后產(chǎn)生取象的原因，主要是橡膠分子鏈及針狀或片狀的填料粒子，經(jīng)壓延后產(chǎn)生取向

35、排列的結(jié)果。向排列的結(jié)果。從加工的角度來(lái)看，應(yīng)該盡可能消除壓延效應(yīng)，否則會(huì)造成半成品的從加工的角度來(lái)看，應(yīng)該盡可能消除壓延效應(yīng)，否則會(huì)造成半成品的變形（縱橫方向收縮不一致），給操作帶來(lái)困難。變形（縱橫方向收縮不一致），給操作帶來(lái)困難。但從使用的角度來(lái)看，有些制品要求縱向強(qiáng)力高的則要利用之；有些但從使用的角度來(lái)看，有些制品要求縱向強(qiáng)力高的則要利用之；有些制品需要強(qiáng)力分布均勻的，則要消除之。制品需要強(qiáng)力分布均勻的，則要消除之。壓延設(shè)備壓延設(shè)備一一 壓延機(jī)壓延機(jī)二二 壓延聯(lián)動(dòng)裝置壓延聯(lián)動(dòng)裝置壓延前的準(zhǔn)備工藝壓延前的準(zhǔn)備工藝一一 膠料的熱煉膠料的熱煉二二 紡織物的烘干紡織物的烘干return壓出壓出是

36、使膠料通過(guò)壓出機(jī)連續(xù)制成各種不同形狀半成品的工藝過(guò)程。是使膠料通過(guò)壓出機(jī)連續(xù)制成各種不同形狀半成品的工藝過(guò)程。它廣泛應(yīng)用于制造胎面、內(nèi)胎、膠管、各種斷面形狀復(fù)雜或空心的它廣泛應(yīng)用于制造胎面、內(nèi)胎、膠管、各種斷面形狀復(fù)雜或空心的半成品。半成品。壓出工藝操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，半成品質(zhì)地均勻，生產(chǎn)能力大，是橡膠壓出工藝操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，半成品質(zhì)地均勻，生產(chǎn)能力大，是橡膠生產(chǎn)中的一個(gè)重要工藝過(guò)程。生產(chǎn)中的一個(gè)重要工藝過(guò)程。又稱擠出機(jī)，由螺桿、機(jī)身、機(jī)頭（包括口型和芯型）、機(jī)架又稱擠出機(jī)，由螺桿、機(jī)身、機(jī)頭（包括口型和芯型）、機(jī)架和傳動(dòng)裝置等部件組成。和傳動(dòng)裝置等部件組成。在壓出過(guò)程中，膠料的流動(dòng)實(shí)際上是四種流

37、動(dòng)的組合，既不會(huì)有真正的在壓出過(guò)程中，膠料的流動(dòng)實(shí)際上是四種流動(dòng)的組合，既不會(huì)有真正的倒流，也不會(huì)有完全封閉型的環(huán)流，而是以螺旋形的軌跡在螺槽中向前倒流，也不會(huì)有完全封閉型的環(huán)流，而是以螺旋形的軌跡在螺槽中向前移動(dòng)。移動(dòng)。膠料在機(jī)頭所形成的流體靜壓力的作用下流過(guò)口型，在口型中的流動(dòng)只表膠料在機(jī)頭所形成的流體靜壓力的作用下流過(guò)口型，在口型中的流動(dòng)只表現(xiàn)為軸向運(yùn)動(dòng)。由于口型的長(zhǎng)度一般都很小，因此膠料在口型壁中形成的現(xiàn)為軸向運(yùn)動(dòng)。由于口型的長(zhǎng)度一般都很小，因此膠料在口型壁中形成的壓力梯度很大，當(dāng)膠料通過(guò)口型時(shí)出現(xiàn)較大的流速，而且其速度梯度呈輻壓力梯度很大，當(dāng)膠料通過(guò)口型時(shí)出現(xiàn)較大的流速，而且其速度梯

38、度呈輻射狀分布。射狀分布。膠料是一種粘彈性體，當(dāng)它流過(guò)口型時(shí)同時(shí)經(jīng)歷著粘性流動(dòng)和彈性回復(fù)膠料是一種粘彈性體，當(dāng)它流過(guò)口型時(shí)同時(shí)經(jīng)歷著粘性流動(dòng)和彈性回復(fù)兩個(gè)過(guò)程，使壓出物呈現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。兩個(gè)過(guò)程，使壓出物呈現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象的原因是因?yàn)槟z料在入口處產(chǎn)生速度梯度，致使橡膠產(chǎn)生出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象的原因是因?yàn)槟z料在入口處產(chǎn)生速度梯度，致使橡膠產(chǎn)生彈性變形，這種現(xiàn)象稱為彈性變形，這種現(xiàn)象稱為 “ “入口效應(yīng)入口效應(yīng)”，這種入口效應(yīng)是引起壓出物膨，這種入口效應(yīng)是引起壓出物膨脹的主要原因。脹的主要原因。壓出膨脹量主要取決于膠料流動(dòng)時(shí)可回復(fù)變形量和松弛時(shí)間的長(zhǎng)短。如壓出膨脹量主要取決于膠料流動(dòng)時(shí)可回復(fù)變形量和松

39、弛時(shí)間的長(zhǎng)短。如果松弛時(shí)間短，很快就能回復(fù)，從口型中出來(lái)，膠料的彈性變形已基本果松弛時(shí)間短，很快就能回復(fù)，從口型中出來(lái)，膠料的彈性變形已基本上松弛完畢，就表現(xiàn)出較小的壓出膨脹量。如果松弛時(shí)間長(zhǎng)，膠料經(jīng)過(guò)上松弛完畢，就表現(xiàn)出較小的壓出膨脹量。如果松弛時(shí)間長(zhǎng)，膠料經(jīng)過(guò)口型后，留存的彈性變形量還很大。壓出膨脹量就大?？谛秃螅舸娴膹椥宰冃瘟窟€很大。壓出膨脹量就大。由于硫化前后結(jié)構(gòu)的變化，使橡膠的物理機(jī)械性能有下列遞變趨向：由于硫化前后結(jié)構(gòu)的變化，使橡膠的物理機(jī)械性能有下列遞變趨向： 生膠生膠 硫化膠硫化膠抗張強(qiáng)度抗張強(qiáng)度 小小 大大伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 大大 小小流動(dòng)性流動(dòng)性 大大 小小硬度硬度 小小 大大

40、熱可塑性熱可塑性 大大 小小壓縮變形壓縮變形 大大 小小粘著性粘著性 大大 小小回彈性回彈性 小小 大大老化性老化性 大大 小小溶劑膨脹性溶劑膨脹性 大大 小小定伸強(qiáng)度定伸強(qiáng)度 小小 大大為使硫黃與橡膠反應(yīng)，必須使硫環(huán)裂解。通常硫黃環(huán)在為使硫黃與橡膠反應(yīng)，必須使硫環(huán)裂解。通常硫黃環(huán)在160160下裂解成為雙下裂解成為雙基的活性硫，這些雙基活性硫又常進(jìn)一步分裂為含硫原子數(shù)目較少的雙基活基的活性硫，這些雙基活性硫又常進(jìn)一步分裂為含硫原子數(shù)目較少的雙基活性分子。如性分子。如S-SS-S4 4-S-S，S-SS-S2 2-S-S和和SSSS等。當(dāng)硫原子數(shù)目減少到等。當(dāng)硫原子數(shù)目減少到2-42-4個(gè)個(gè)時(shí)

41、，活性才有較多的提高。時(shí)，活性才有較多的提高。 SSSSC61608元素狀態(tài)的硫黃既不是硫原子，也不是元素狀態(tài)的硫黃既不是硫原子，也不是S S2 2分子，而是以穩(wěn)定的分子，而是以穩(wěn)定的S S8 8環(huán)的形環(huán)的形式存在。式存在。單用硫黃硫化橡膠時(shí)，硫化時(shí)間很長(zhǎng)，硫黃的利用率很低，硫化膠性能單用硫黃硫化橡膠時(shí)，硫化時(shí)間很長(zhǎng)，硫黃的利用率很低，硫化膠性能很差。使用促進(jìn)劑、活性劑、硫黃硫化橡膠，能大大縮短硫化時(shí)間，減很差。使用促進(jìn)劑、活性劑、硫黃硫化橡膠，能大大縮短硫化時(shí)間，減少硫黃用量，降低硫化溫度，改善了硫化膠的各項(xiàng)性能。少硫黃用量，降低硫化溫度，改善了硫化膠的各項(xiàng)性能。在硫化過(guò)程中起著主要作用的反應(yīng)，為促進(jìn)劑、活性劑生成在硫化過(guò)程中起著主要作用的反應(yīng)，為促進(jìn)劑、活性劑生成“鹽狀化合鹽狀化合物物”，繼而和硫黃反應(yīng)生成多硫化硫醇鹽化合物，其反應(yīng)式及產(chǎn)物可表，繼而和硫黃反應(yīng)生成多硫化硫醇鹽化合物，其反應(yīng)式及產(chǎn)物可表示如下：示如下：82ZnOSXXROOHXSHXSSHXSZnSXXSSZnSSXXSNR 上式中上式中X X代表各種常用促進(jìn)劑的主要基團(tuán)。代表各種常用促進(jìn)劑的主要基團(tuán)。return(1) (1) 無(wú)活性劑時(shí)的交聯(lián)反應(yīng)無(wú)活性劑時(shí)的交聯(lián)反應(yīng)CH C CH CHSNSS2SxCCH C CCH2Sx.+.NS