橡膠加工工藝教案

1、橡膠加工工藝教案課程的內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配 橡膠加工工藝Rubber Processing Technology 橡膠加工工藝Rubber Processing Technology 2022/7/242選用教材和參考書(shū)目選用教材：橡膠及塑料加工工藝，張海等編，北京：化學(xué) 工業(yè)出版社。主要參考書(shū)目： 1材料配合與混煉加工（橡膠部分），杜軍, 袁 仲雪主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003。 2實(shí)用橡膠制品生產(chǎn)技術(shù) 第二版，紀(jì)奎江主編， 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001。 3. 實(shí)用橡膠工藝學(xué)，楊清芝主編，北京：化學(xué)工業(yè)出 版社， 2006。2022/7/243第一章 緒論橡膠：定義ASTM-D1566(

2、America Society of Test and Material)。 橡膠是一種材料，它在大的變形下能迅速而有力地恢復(fù)其變形，能夠被改性(硫化)。改性的橡膠實(shí)質(zhì)上不溶于（但能溶脹于）沸騰的苯、甲乙酮、乙醇甲苯混合物等溶劑中。改性的橡膠室溫下（2027）被拉伸到原來(lái)長(zhǎng)度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min內(nèi)恢復(fù)到原來(lái)長(zhǎng)度的1.5倍以下，具有上述特征的材料稱為橡膠。注：1）橡膠是一種材料，具有特定的使用性能和加工性能， 屬有機(jī)高分子材料。 2）橡膠在室溫下具有高彈性。 3）橡膠能夠被改性是指它能夠硫化。 4）改性的橡膠即硫化膠不溶解但能溶脹。 一、 基本概念2022/7/244A

3、STM D1566-90Material that is capable of recovering from large deformations quickly and forcibly, and can be, or already is, modified to a state in which it is essentially insoluble (but can swell) in solvent, such as benzene, methyl ethyl ketone, and ethanol toluene azeotrope.A rubber in its modifie

4、d state, free of diluents, retracts within 1 min to less than 1.5 times its original length after being stretched at room temperature (20 to 27) to twice its length and held for 1 min before release.2022/7/245生膠： 沒(méi)有加入配合劑且尚未交聯(lián)的橡膠。 一般由線型大分子或帶有支鏈的線型大分子構(gòu)成，可以溶于有機(jī)溶劑?；鞜捘z：生膠與配合劑經(jīng)加工混合均勻且未被交聯(lián)的 橡膠。 常用的配合劑有硫化劑、

5、促進(jìn)劑、活性劑、補(bǔ)強(qiáng)填充劑、防老劑等。硫化膠：混煉膠在一定的溫度、壓力和時(shí)間作用下，經(jīng)交聯(lián)由線型大分子變成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而得到的橡膠。一般不溶于溶劑。 2022/7/246二、橡膠材料的特點(diǎn) 1.高彈性：彈性模量低，伸長(zhǎng)變形大，有可恢復(fù)的變形,并能在很寬的溫度（-50150）范圍內(nèi)保持彈性。2.粘彈性：橡膠材料在產(chǎn)生形變和恢復(fù)形變時(shí)受溫度和時(shí)間的影響，表現(xiàn)有明顯的應(yīng)力松弛 和蠕變 現(xiàn)象，在震動(dòng)或交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生滯后損失。3.電絕緣性：橡膠和塑料一樣是電絕緣材料。2022/7/2474有老化現(xiàn)象：如金屬腐蝕、木材腐朽、巖石風(fēng)化一樣，橡膠也會(huì)因?yàn)榄h(huán)境條件的變化而產(chǎn)生老化現(xiàn)象，使性能變壞，壽命下降

6、。5. 必須進(jìn)行硫化才能使用，熱塑性彈性體除外。6. 必須加入配合劑。其它如比重小、硬度低、柔軟性好、氣密性好等特點(diǎn)，都屬于橡膠的寶貴性能。2022/7/248三、表征橡膠物理機(jī)械性能的指標(biāo) 拉伸強(qiáng)度：又稱扯斷強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度，指試片拉伸至斷裂時(shí)單位斷面上所承受的負(fù)荷，單位為兆帕（MPa），以往為公斤力平方厘米（kgf/cm2）。定伸應(yīng)力：舊稱定伸強(qiáng)度，指試樣被拉伸到一定長(zhǎng)度時(shí)單位面積所承受的負(fù)荷。計(jì)量單位同拉伸強(qiáng)度。常用的有100、300和500定伸應(yīng)力。它反映的是橡膠抵抗外力變形能力的高低。2022/7/2493伸長(zhǎng)率：試片拉斷時(shí)，伸長(zhǎng)部分與原長(zhǎng)度之比；用百分比表示, %。4永久變形：試樣拉

7、伸至斷裂后，標(biāo)距伸長(zhǎng)變形不可恢復(fù)部分占原始長(zhǎng)度的百分比。在解除了外力作用并放置一定時(shí)間(一般為3min)，以%表示。2022/7/24102022/7/24112022/7/2412褲型試樣（BS 903/A3-1982）(單位：mm)褲型試樣在試驗(yàn)機(jī)上的位置 5撕裂強(qiáng)度：將特殊試片（帶有割口或直角形）撕裂時(shí)單位厚度所承受的負(fù)荷，表示材料的抗撕裂性，單位為k/。2022/7/2413回彈性：又稱沖擊彈性，指橡膠受沖擊之后恢復(fù)原狀的能力，以%表示。2022/7/2414硬度：表示橡膠抵抗外力壓入的能力，常用邵爾硬度計(jì)測(cè)定。橡膠的硬度范圍一般在20100之間，單位為邵氏A。 2022/7/2415

8、2022/7/24168.磨耗將試樣與砂輪在一定傾斜角度和一定的負(fù)荷作用下進(jìn)行摩擦，測(cè)定試樣一定里程的磨耗體積。將試樣輪夾在膠輪軸上，電機(jī)通過(guò)減速系統(tǒng)帶動(dòng)試樣輪在膠輪軸上作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，負(fù)荷托架上的試驗(yàn)用重砣使砂輪緊貼在試樣輪上，并保證砂輪向左的（即作用在試樣輪上）橫向作用力為26.7N0.2N，砂輪做逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。（1）膠輪軸與砂輪軸之間的夾角：150.5、250.5；試樣的行駛里程： 1.61km（2）阿克隆磨耗機(jī)使用的砂輪 砂輪尺寸：直徑 150mm，厚度25mm ,中心孔直徑32mm.（3）砂輪材料組成：磨料為氧化鋁，粘合劑為陶土，粒度為36#，硬度為中硬度2。（4）試樣夾板：夾板

9、直徑56mm，工作面厚度12mm.阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī) 2022/7/2417四、橡膠的發(fā)展歷史 1天然橡膠的發(fā)展歷史考古發(fā)現(xiàn)，人類在11世紀(jì)就開(kāi)始使用橡膠在南美制造橡膠球、橡膠鞋及橡膠瓶。1493年1496年哥侖布發(fā)現(xiàn)新美洲大陸時(shí)，發(fā)現(xiàn)海地島上土人玩的球能從地上彈起來(lái)，此后，歐洲人才知道橡膠的這種性質(zhì)。1735年，法國(guó)科學(xué)家Condamine參加南美洲科考，帶回了最早的橡膠制品。直到1823年，英國(guó)人馬辛托希創(chuàng)辦了世界上第一個(gè)橡膠廠，生產(chǎn)防水布，這是橡膠工業(yè)的開(kāi)始。1839年，Goodyear發(fā)明了硫化 ，這兩項(xiàng)發(fā)明為橡膠工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1862年，Honcock發(fā)明了雙輥機(jī)1876年，英

10、國(guó)開(kāi)始在東南亞殖民地國(guó)家種植橡膠樹(shù)1888年，Dunlop發(fā)明了充氣輪胎1904年，發(fā)現(xiàn)硫化活化劑ZnO，炭黑可以補(bǔ)強(qiáng)1906年，發(fā)現(xiàn)促進(jìn)劑苯胺1921年，發(fā)現(xiàn)促進(jìn)劑D，從此橡膠工業(yè)得到迅速發(fā)展。 2022/7/24182合成橡膠的發(fā)展歷史（1）對(duì)天然橡膠的剖析和仿制1820年，法拉第明確了橡膠由C和H組成；1860年，威廉姆斯（Williams）發(fā)現(xiàn)橡膠經(jīng)蒸餾可產(chǎn)生異戊二烯化合物，并認(rèn)為它是橡膠的基本化學(xué)組成；1875年，鮑查達(dá)（Bouchardat）認(rèn)為異戊二烯能合成出類似橡膠的物質(zhì)，這是最早的關(guān)于人工合成橡膠的報(bào)道。2022/7/2419（2）合成橡膠的誕生、建立與發(fā)展1881年霍夫曼用

11、1，3-戊二烯合成橡膠；1900年，前蘇聯(lián)孔達(dá)科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯合成出橡膠；1929年，美國(guó)齊柯?tīng)枺═hiokol）公司生產(chǎn)了聚硫系合成橡膠；1931年，美國(guó)Du Pont公司生產(chǎn)CR；1932年前蘇聯(lián)工業(yè)生產(chǎn)了丁鈉橡膠后，相繼生產(chǎn)的合成橡膠有SBR（1935年德國(guó)Farbon公司）、NBR（1937年德國(guó)Farbon公司）；50年代，ZeiglerNatta發(fā)現(xiàn)了定向聚合，導(dǎo)致了橡膠工業(yè)的新飛躍，出現(xiàn)了BR（1960年美國(guó)Phillips公司）、EPDM（1960年意大利Montedison公司）、IR等新膠種，19651973年間出現(xiàn)了熱塑性彈性體。2022/7/2420

12、3國(guó)內(nèi)橡膠工業(yè)的發(fā)展概況我國(guó)從1904年開(kāi)始在雷州半島等地種植NR，50年代將橡膠樹(shù)北移種植成功，并在云南、廣西等地大面積種植，現(xiàn)在，我國(guó)NR產(chǎn)量占世界第四位。1915年，在廣州建立第一個(gè)橡膠加工廠廣州兄弟創(chuàng)制樹(shù)膠公司，生產(chǎn)鞋底1919年，在上海建立清和橡皮工廠1927年，在上海建立正泰橡膠廠，生產(chǎn)膠鞋1928年，建立大中華橡膠廠，生產(chǎn)膠鞋1937年，日本在青島建立現(xiàn)在的青島橡膠二廠我國(guó)從1958年開(kāi)始合成橡膠，國(guó)產(chǎn)第一塊合成膠是四川長(zhǎng)壽化工廠于1958年生產(chǎn)的CR，1960年蘭州化工廠生產(chǎn)SBR，1962年蘭化生產(chǎn)NBR。目前國(guó)內(nèi)幾家大石化如燕山石化、蘭州石化、齊魯石化、高橋石化等均生產(chǎn)合成

13、橡膠，通用的合成橡膠除了IIR外，其它均能生產(chǎn)。 2022/7/2421我國(guó)橡膠工業(yè)從50年代后開(kāi)始飛速發(fā)展，逐漸形成了以上海的正泰、大中華，青島的橡膠二廠，黑龍江的樺林橡膠廠為中心的橡膠工業(yè)格局號(hào)稱橡膠界的四大家族。其中正泰、大中華生產(chǎn)膠鞋、膠帶，膠二和樺林生產(chǎn)輪胎。到1990年止，全國(guó)縣級(jí)以上的橡膠企業(yè)就有1000多家，產(chǎn)值180億元。 90年代，我國(guó)橡膠工業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，個(gè)體、私營(yíng)橡膠企業(yè)如雨后春筍般發(fā)展起來(lái)。96年以后由于受氣候等因素的影響，世界NR的產(chǎn)量銳減，致使NR的價(jià)格飛漲，橡膠工業(yè)的發(fā)展受到一定程度的影響，但在國(guó)內(nèi)工業(yè)總產(chǎn)值、化工工業(yè)總產(chǎn)值中仍然占有相當(dāng)比重。 橡膠企業(yè)主要集

14、中在北京、上海、山東、沈陽(yáng)、貴陽(yáng)、重慶、安徽、浙江等地。2022/7/2422橡膠工業(yè)“十一五”科學(xué)發(fā)展規(guī)劃 發(fā)展方針 認(rèn)真實(shí)施科學(xué)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和名牌戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式；技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、效益創(chuàng)新，以節(jié)能、安全、環(huán)保新產(chǎn)品替代現(xiàn)有老產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化；進(jìn)一步發(fā)展大型企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)和區(qū)域集約化生產(chǎn)，使中國(guó)逐步成為橡膠強(qiáng)國(guó)。 總體目標(biāo) 以8%10的年增長(zhǎng)速度發(fā)展，利稅力爭(zhēng)同步增長(zhǎng)，主導(dǎo)產(chǎn)品出口占35左右，節(jié)能降耗、資源利用,要切實(shí)實(shí)現(xiàn)國(guó)家“十一五”發(fā)展綱要提出的目標(biāo)，并爭(zhēng)取有新突破。2022/7/2423輪胎 年總產(chǎn)量擬控制在3億3.2億條，子午化率不低于70%。半鋼子午胎基本實(shí)現(xiàn)無(wú)內(nèi)胎

15、化，為經(jīng)濟(jì)型轎車配套的輪胎要安全、節(jié)能、環(huán)保；積極發(fā)展50、45、40、35、30系列高檔輪胎和跑氣保用輪胎。全鋼子午胎要發(fā)展無(wú)內(nèi)胎和公制寬基輪胎，全鋼子午胎占子午胎總量的比例宜控制在20%25。工程機(jī)械輪胎要積極發(fā)展子午胎。同時(shí)，不應(yīng)再擴(kuò)大斜交胎產(chǎn)能，尤其是不能以合資、合作等名義新建斜交胎廠，逐步淘汰60萬(wàn)套以下規(guī)模的斜交胎企業(yè)。積極推進(jìn)充氮硫化等新工藝的應(yīng)用；淘汰子午胎刷汽油等落后工藝；禁止割標(biāo)胎和無(wú)三包輪胎在市場(chǎng)流通，實(shí)行輪胎召回制；限制并逐步取消輪胎外包裝。2022/7/2424橡膠制品 非輪胎汽車用橡膠制品，重點(diǎn)培育品牌，扶持大公司、大企業(yè)集團(tuán)，滿足各類汽車對(duì)密封、減震、制動(dòng)、傳動(dòng)和

16、輸油輸氣等配套橡膠制品的需求。建筑工程類橡膠制品，重點(diǎn)發(fā)展防水、減震產(chǎn)品，為市政建設(shè)、高層建筑、公路橋梁涵洞等配套。為電子、家電配套的橡膠制品，要搞好高檔產(chǎn)品的配套服務(wù)。國(guó)防橡膠制品，要能滿足航天、航空、航海等國(guó)防建設(shè)的需要。2022/7/2425其他橡膠制品要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)高性能新產(chǎn)品。要抓住國(guó)家重點(diǎn)整治礦山安全生產(chǎn)的機(jī)遇，搞好高強(qiáng)力及阻燃輸送帶、機(jī)械化采煤機(jī)組用高壓膠管、密封制品的配套和阻燃導(dǎo)風(fēng)筒的生產(chǎn)、供應(yīng)。膠管要加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)換代，重點(diǎn)放在高附加值產(chǎn)品上，如汽車膠管和海上輸油膠管等。V帶在培育大企業(yè)名牌的同時(shí)，應(yīng)做好區(qū)域品牌培育。要抓住奧運(yùn)商機(jī)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)競(jìng)技體育用專業(yè)運(yùn)動(dòng)鞋以及

17、自行車胎、摩托車胎；同時(shí)，這三類產(chǎn)品要轉(zhuǎn)變出口增長(zhǎng)方式。乳膠制品要發(fā)展節(jié)育、防病和提高生活質(zhì)量的安全套，提高醫(yī)用手套等醫(yī)療用產(chǎn)品的質(zhì)量性能，著力開(kāi)發(fā)合成膠乳安全套和醫(yī)用手套；同時(shí)要培育品牌和強(qiáng)勢(shì)企業(yè)，減少貼牌加工。2022/7/2426廢橡膠綜合利用 要努力搞好廢橡膠（包括廢舊輪胎、輸送帶以及膠鞋鞋底等）的綜合利用。到2010年時(shí)，要以再生膠、膠粉為主，廢舊橡膠綜合利用率達(dá)到80%85。有條件的輪胎廠要進(jìn)軍翻胎業(yè)，并重點(diǎn)實(shí)施子午胎翻胎工藝、預(yù)硫化胎面和中墊膠制造技術(shù)攻關(guān)，翻胎設(shè)備要國(guó)產(chǎn)化，促使輪胎翻新率提高到8%10。舊輸送帶要發(fā)揚(yáng)礦山就地修補(bǔ)再利用的傳統(tǒng)。再生膠和膠粉提倡收購(gòu)、加工、利用配套

18、發(fā)展，一要做到清潔、環(huán)保、安全；二要提高后加工能力，使再生膠和膠粉不斷開(kāi)辟新的用途；三要做好熱能利用的研發(fā)和試點(diǎn)，堅(jiān)決取締利用廢舊輪胎土法煉油?！笆晃濉蹦偕z總產(chǎn)量爭(zhēng)取達(dá)到200萬(wàn)噸，膠粉產(chǎn)量50萬(wàn)80萬(wàn)噸。同時(shí)，要以國(guó)家利益為重，堅(jiān)決禁止廢舊輪胎和其他廢舊橡膠產(chǎn)品進(jìn)口。2022/7/2427橡膠原料“十一五”末，全國(guó)橡膠總需求量將達(dá)到500萬(wàn)噸，其中天然膠230萬(wàn)噸、合成膠270萬(wàn)噸。天然橡膠與合成橡膠的使用比例力爭(zhēng)達(dá)到11.2。天然膠方面，鼓勵(lì)農(nóng)墾膠的加工技術(shù)改造和橡膠樹(shù)品種更新；鼓勵(lì)民營(yíng)天然橡膠的發(fā)展，提高單產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。合成膠方面，要加快發(fā)展異戊膠、鹵化丁基膠等短缺品種，丁苯橡膠

19、、順丁橡膠、丁腈橡膠等要增加牌號(hào)，提高質(zhì)量。要積極建設(shè)橡膠國(guó)際貿(mào)易市場(chǎng)和邊貿(mào)市場(chǎng)，針對(duì)市場(chǎng)秩序，規(guī)范復(fù)合橡膠的進(jìn)口、加工和應(yīng)用。引導(dǎo)期貨市場(chǎng)發(fā)展，減少惡性炒作。2022/7/2428 炭黑 總需求量將達(dá)220萬(wàn)噸左右。提倡發(fā)展子午胎專用炭黑和濕法造粒工藝，加強(qiáng)熱能循環(huán)利用。限制干法造粒工藝，淘汰萬(wàn)噸級(jí)以下炭黑生產(chǎn)線，對(duì)小廠逐步進(jìn)行關(guān)停并轉(zhuǎn)。同時(shí)，要協(xié)調(diào)好炭黑原料油的供應(yīng)，特別是煤焦油和乙烯焦油的供應(yīng)。積極扶持子午胎專用白炭黑生產(chǎn)，以有利于安全、節(jié)能，降低滾動(dòng)阻力。 橡膠助劑 總需求量將達(dá)到32萬(wàn)33萬(wàn)噸。提倡清潔生產(chǎn)工藝，發(fā)展環(huán)保助劑，逐步淘汰有毒有害產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。 骨架材料 總需求量接近

20、100萬(wàn)噸，其中鋼絲簾線60萬(wàn)噸、滌綸簾線9萬(wàn)10萬(wàn)噸、尼龍簾線28萬(wàn)30萬(wàn)噸。重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，同時(shí)做好芳綸的應(yīng)用試點(diǎn)，以滿足輪胎產(chǎn)品升級(jí)換代的要求。2022/7/2429橡膠機(jī)械及模具 重點(diǎn)提高質(zhì)量、使用性能、自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，并爭(zhēng)取扭轉(zhuǎn)大型密煉、鋼絲壓延以及檢測(cè)設(shè)備仍依賴進(jìn)口的局面。同時(shí)，要著力抓好高強(qiáng)力輸送帶、鋼絲編纏膠管及汽車橡膠配件等專用設(shè)備的研發(fā)制造，替代進(jìn)口。2022/7/2430五、橡膠的用途用途非常廣泛，在交通運(yùn)輸、建筑、電子、石油化工、農(nóng)業(yè)、機(jī)械、軍事、醫(yī)療等各個(gè)工業(yè)部門(mén)以及信息產(chǎn)業(yè)。最大用途是作輪胎，包括各種轎車胎、載重胎、力車胎、工程胎、飛機(jī)輪胎

21、、炮車胎等，一輛汽車約需要240kg橡膠，一艘輪船約需要6070噸橡膠，一架飛機(jī)需要600kg橡膠，一門(mén)高射炮約需要86kg橡膠。第二大用途是作膠管、膠帶、膠鞋等制品，另外如密封制品、輪船護(hù)弦、攔水壩、減震制品、人造器官、粘合劑等，范圍非常廣泛。有些制品雖然不大，但作用非常重要。2022/7/24312022/7/2432順丁橡膠2022/7/24332022/7/24342022/7/24352022/7/2436六、橡膠加工工藝的主要內(nèi)容橡膠加工工藝是研究和探討橡膠的性質(zhì)、加工及應(yīng)用的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、高分子物理、高分子化學(xué)、化學(xué)工程等多學(xué)科得相互滲透及應(yīng)用，是把基礎(chǔ)理論應(yīng)

22、用到橡膠的加工及使用的橋梁。橡膠加工工藝主要講述了由單純的原材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ǖ男阅芎托螤畹南鹉z制品的過(guò)程。主要內(nèi)容包括： 2022/7/24372022/7/24382022/7/2439橡膠的配合： 根據(jù)制品的性能要求，考慮加工工藝性能和成本等因素，把生膠和配合劑組合在一起的過(guò)程。一般的配合體系包括生膠、硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、防護(hù)體系、增塑體系等。有時(shí)還包括其它一些特殊的體系如阻燃、著色、發(fā)泡、抗靜電、導(dǎo)電等體系。2022/7/2440生膠（或與其它高聚物并用）：母體材料或基體材料硫化體系：與橡膠大分子起化學(xué)作用，使橡膠由線型大分子變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高橡膠性能、穩(wěn)定形態(tài)的體系。補(bǔ)強(qiáng)填充體系：在橡膠中加入炭黑等補(bǔ)強(qiáng)劑或其它填充劑，或者提高其力學(xué)性能，改善工藝性能，或者降低制品成本。防護(hù)體系：加入防老劑，延緩橡膠的老化，提高制品的使用壽命。增塑體系：降低制品硬度和混煉膠的粘度，改善加工工藝性能。2022/7/2441 橡膠的加工工藝過(guò)程：無(wú)論什么橡膠制品，都要經(jīng)過(guò)混煉和硫化這兩個(gè)過(guò)程。對(duì)許多橡膠制