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）被拉伸到原來長度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min內(nèi)恢復(fù)到原來長度的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、促進劑、活性劑、補強填充劑、防老劑等。硫化膠：混煉膠在一定的溫度、壓力和時間作用下，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 1.高彈性：彈性模量低，伸長變形大，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)形變時受溫度和時間的影響，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，橡膠也會因為環(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，都屬于橡膠的寶貴性能。2022/7/248三、表征橡膠物理機械性能的指標(biāo) 拉伸強度：又稱扯斷強度、抗張強度，指試片拉伸至斷裂時單位斷面上所承受的負荷，單位為兆帕（MPa），以往為公斤力平方厘米（kgf/cm2）。定伸應(yīng)力：舊稱定伸強度，指試樣被拉伸到一定長度時單位面積所承受的負荷。計量單位同拉伸強度。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伸長率：試片拉斷時，伸長部分與原長度之比；用百分比表示, %。4永久變形：試樣拉

7、伸至斷裂后，標(biāo)距伸長變形不可恢復(fù)部分占原始長度的百分比。在解除了外力作用并放置一定時間(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)褲型試樣在試驗機上的位置 5撕裂強度：將特殊試片（帶有割口或直角形）撕裂時單位厚度所承受的負荷，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，常用邵爾硬度計測定。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荷作用下進行摩擦，測定試樣一定里程的磨耗體積。將試樣輪夾在膠輪軸上，電機通過減速系統(tǒng)帶動試樣輪在膠輪軸上作順時針方向旋轉(zhuǎn)，負荷托架上的試驗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，砂輪做逆時針方向轉(zhuǎn)動。（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.阿克隆磨耗試驗機 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，發(fā)現(xiàn)海地島上土人玩的球能從地上彈起來，此后，歐洲人才知道橡膠的這種性質(zhì)。1735年，法國科學(xué)家Condamine參加南美洲科考，帶回了最早的橡膠制品。直到1823年，英國人馬辛托希創(chuàng)辦了世界上第一個橡膠廠，生產(chǎn)防水布，這是橡膠工業(yè)的開始。1839年，Goodyear發(fā)明了硫化 ，這兩項發(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1876年，英

10、國開始在東南亞殖民地國家種植橡膠樹1888年，Dunlop發(fā)明了充氣輪胎1904年，發(fā)現(xiàn)硫化活化劑ZnO，炭黑可以補強1906年，發(fā)現(xiàn)促進劑苯胺1921年，發(fā)現(xiàn)促進劑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（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)孔達科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯合成出橡膠；1929年，美國齊柯爾（Thiokol）公司生產(chǎn)了聚硫系合成橡膠；1931年，美國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Farbon公司）、NBR（1937年德國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國內(nèi)橡膠工業(yè)的發(fā)展概況我國從1904年開始在雷州半島等地種植NR，50年代將橡膠樹北移種植成功，并在云南、廣西等地大面積種植，現(xiàn)在，我國NR產(chǎn)量占世界第四位。1915年，在廣州建立第一個橡膠加工廠廣州兄弟創(chuàng)制樹膠公司，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從1958年開始合成橡膠，國產(chǎn)第一塊合成膠是四川長壽化工廠于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我國橡膠工業(yè)從50年代后開始飛速發(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，全國縣級以上的橡膠企業(yè)就有1000多家，產(chǎn)值180億元。 90年代，我國橡膠工業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，個體、私營橡膠企業(yè)如雨后春筍般發(fā)展起來。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的價格飛漲，橡膠工業(yè)的發(fā)展受到一定程度的影響，但在國內(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、貴陽、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)真實施科學(xué)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟和名牌戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)變增長方式；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，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化；進一步發(fā)展大型企業(yè)、企業(yè)集團和區(qū)域集約化生產(chǎn)，使中國逐步成為橡膠強國。 總體目標(biāo) 以8%10的年增長速度發(fā)展，利稅力爭同步增長，主導(dǎo)產(chǎn)品出口占35左右，節(jié)能降耗、資源利用,要切實實現(xiàn)國家“十一五”發(fā)展綱要提出的目標(biāo)，并爭取有新突破。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%。半鋼子午胎基本實現(xiàn)無內(nèi)胎

15、化，為經(jīng)濟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。工程機械輪胎要積極發(fā)展子午胎。同時，不應(yīng)再擴大斜交胎產(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60萬套以下規(guī)模的斜交胎企業(yè)。積極推進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)胎和無三包輪胎在市場流通，實行輪胎召回制；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，重點培育品牌，扶持大公司、大企業(yè)集團，滿足各類汽車對密封、減震、制動、傳動和

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)。國防橡膠制品，要能滿足航天、航空、航海等國防建設(shè)的需要。2022/7/2425其他橡膠制品要重點開發(fā)、生產(chǎn)高性能新產(chǎn)品。要抓住國家重點整治礦山安全生產(chǎn)的機遇，搞好高強力及阻燃輸送帶、機械化采煤機組用高壓膠管、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)整和升級換代，重點放在高附加值產(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，應(yīng)做好區(qū)域品牌培育。要抓住奧運商機，開發(fā)生產(chǎn)競技體育用專業(yè)運動鞋以及

17、自行車胎、摩托車胎；同時，這三類產(chǎn)品要轉(zhuǎn)變出口增長方式。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，著力開發(fā)合成膠乳安全套和醫(yī)用手套；同時要培育品牌和強勢企業(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，要以再生膠、膠粉為主，廢舊橡膠綜合利用率達到80%85。有條件的輪胎廠要進軍翻胎業(yè)，并重點實施子午胎翻胎工藝、預(yù)硫化胎面和中墊膠制造技術(shù)攻關(guān)，翻胎設(shè)備要國產(chǎn)化，促使輪胎翻新率提高到8%10。舊輸送帶要發(fā)揚礦山就地修補再利用的傳統(tǒng)。再生膠和膠粉提倡收購、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辟新的用途；三要做好熱能利用的研發(fā)和試點，堅決取締利用廢舊輪胎土法煉油?！笆晃濉蹦偕z總產(chǎn)量爭取達到200萬噸，膠粉產(chǎn)量50萬80萬噸。同時，要以國家利益為重，堅決禁止廢舊輪胎和其他廢舊橡膠產(chǎn)品進口。2022/7/2427橡膠原料“十一五”末，全國橡膠總需求量將達到500萬噸，其中天然膠230萬噸、合成膠270萬噸。天然橡膠與合成橡膠的使用比例力爭達到11.2。天然膠方面，鼓勵農(nóng)墾膠的加工技術(shù)改造和橡膠樹品種更新；鼓勵民營天然橡膠的發(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，提高質(zhì)量。要積極建設(shè)橡膠國際貿(mào)易市場和邊貿(mào)市場，針對市場秩序，規(guī)范復(fù)合橡膠的進口、加工和應(yīng)用。引導(dǎo)期貨市場發(fā)展，減少惡性炒作。2022/7/2428 炭黑 總需求量將達220萬噸左右。提倡發(fā)展子午胎專用炭黑和濕法造粒工藝，加強熱能循環(huán)利用。限制干法造粒工藝，淘汰萬噸級以下炭黑生產(chǎn)線，對小廠逐步進行關(guān)停并轉(zhuǎn)。同時，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，降低滾動阻力。 橡膠助劑 總需求量將達到32萬33萬噸。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、100萬噸，其中鋼絲簾線60萬噸、滌綸簾線9萬10萬噸、尼龍簾線28萬30萬噸。重點對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，同時做好芳綸的應(yīng)用試點，以滿足輪胎產(chǎn)品升級換代的要求。2022/7/2429橡膠機械及模具 重點提高質(zhì)量、使用性能、自動化程度和生產(chǎn)效率，并爭取扭轉(zhuǎn)大型密煉、鋼絲壓延以及檢測設(shè)備仍依賴進口的局面。同時，要著力抓好高強力輸送帶、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，替代進口。2022/7/2430五、橡膠的用途用途非常廣泛，在交通運輸、建筑、電子、石油化工、農(nóng)業(yè)、機械、軍事、醫(yī)療等各個工業(yè)部門以及信息產(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，一架飛機需要600kg橡膠，一門高射炮約需要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程。一般的配合體系包括生膠、硫化體系、補強體系、防護體系、增塑體系等。有時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。補強填充體系：在橡膠中加入炭黑等補強劑或其它填充劑，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 橡膠的加工工藝過程：無論什么橡膠制品，都要經(jīng)過混煉和硫化這兩個過程。對許多橡膠制