考研化學(xué)橡膠加工市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第三篇 橡膠加工定義：由生膠及其配合劑通過(guò)一系列化學(xué)和物理作用制成橡膠制品過(guò)程。工藝過(guò)程：塑煉混煉成型硫化第1頁(yè)第1頁(yè)第2頁(yè)第2頁(yè)第八章 膠料構(gòu)成及配合第一節(jié) 橡 膠一、分類1.按起源分天然膠合成膠再生膠生膠廢舊橡膠制品和生產(chǎn)中硫化膠邊角廢料經(jīng)加工處理制成含有塑性加工性和能重新硫化橡膠。尚未交聯(lián)橡膠，由線型大分子或者帶支鏈線型大分子構(gòu)成。第3頁(yè)第3頁(yè)2.按物理性狀捆包膠：塊狀，加工工序多，過(guò)程復(fù)雜，自動(dòng)化 程度低，但綜合性能好，主要膠種。顆粒膠：熱塑性橡膠，不需硫化，易于回收再用。粉末膠：粒子直徑在1mm下列，慣用是丁腈粉 末橡膠，不需塑煉，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自 動(dòng)化，主要問(wèn)題是易粘結(jié)。液體膠：包

2、括膠乳和橡膠溶液，常溫下為粘稠狀 液體，分子量在1萬(wàn)下列。便于自動(dòng)化 連續(xù)生產(chǎn)，不需大型設(shè)備，勞動(dòng)強(qiáng)度低。第4頁(yè)第4頁(yè)二、天然橡膠（NR）1.起源 是從自然界植物中采集一個(gè)高彈性物質(zhì)，含有橡膠成份植物有各種。天然橡膠總產(chǎn)量98以上來(lái)自巴西橡膠樹（三葉橡膠樹），其含膠最多，膠質(zhì)最好，產(chǎn)量最高，采集最容易。第5頁(yè)第5頁(yè)2.天然生膠品種 剛從樹上流出新鮮膠乳為近中性乳白色液體，易腐敗變質(zhì)，需經(jīng)凝固、壓片、干燥等環(huán)節(jié)制成膠片。主要有煙片膠、縐片膠、風(fēng)干膠片、顆粒膠（原則膠）等。 海南民營(yíng)瓊島牌優(yōu)級(jí)煙片膠 型號(hào)RSS3# 第6頁(yè)第6頁(yè)3.構(gòu)成和結(jié)構(gòu) 天然橡膠主要成份是橡膠烴（9295），另一方面是含有少

3、許非橡膠成份，如蛋白質(zhì)、丙酮抽出物、灰分、水分等。 天然橡膠98以上是順式-1,4-聚異戊二烯構(gòu)成線型(鏈狀)高分子化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：第7頁(yè)第7頁(yè)4.性質(zhì)和用途 常溫下天然橡膠含有高彈性，彈性模量很小，伸長(zhǎng)率很大。是非極性、結(jié)晶性物質(zhì)，自補(bǔ)強(qiáng)性大，含有良好氣密性、防水性、電絕緣性和隔熱性及耐寒性。 含有二烯類高分子化合物一切化學(xué)反應(yīng)特性。 天然橡膠綜合物理機(jī)械性能優(yōu)于其它任何橡膠，適合用于制造各種輪胎、膠帶、膠管和工業(yè)橡膠制品及日常生活制品。第8頁(yè)第8頁(yè)三、合成橡膠（SR） 是由一些低分子物質(zhì)作為原料，通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)制成高分子彈性體物質(zhì)。 按性能和用途分為：丁苯橡膠順丁橡膠氯丁橡膠丁基

4、橡膠丁腈橡膠硅橡膠氟橡膠聚氨酯橡膠丙烯酸酯橡膠丁吡橡膠 通用合成橡膠與特種合成橡膠之間沒(méi)有嚴(yán)格界線。通用特種第9頁(yè)第9頁(yè)第二節(jié) 配合劑作用：改進(jìn)和提升制品物理機(jī)械性能和使用壽命，改進(jìn)其加工性能，節(jié)約聚合物原材料和減少成本等。這些化學(xué)物質(zhì)在橡膠中習(xí)慣稱為配合劑，在塑料中稱為添加劑。第10頁(yè)第10頁(yè)一、硫化劑1.定義 硫化劑是使橡膠由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀大分子物質(zhì)。 硫化劑種類諸多，主要有硫黃、硒、碲、含硫化合物、金屬氧化物、過(guò)氧化物等。橡膠交聯(lián)過(guò)程稱為硫化，塑料交聯(lián)過(guò)程稱作固化、硬化、熟化等。第11頁(yè)第11頁(yè)2.硫黃 在自然界以含有8個(gè)硫原子環(huán)狀結(jié)構(gòu)S8分子形式穩(wěn)定存在。室溫下呈淡黃色結(jié)晶固體，不溶于

5、水，易溶于二硫化碳。 硫黃品種有粉末硫黃、沉降硫黃、膠體硫黃、不溶性硫黃。工業(yè)中多采用硫黃粉。第12頁(yè)第12頁(yè) 室溫下，硫黃與橡膠不發(fā)生作用。必須加熱到160使硫黃裂解， S形態(tài)化學(xué)活性最大，才干發(fā)生硫化反應(yīng)。斜方形S單斜形S淡黃色S黑褐色S94.5 120 160 結(jié)晶固體無(wú)定形液體445 氣體第13頁(yè)第13頁(yè)3.使用辦法用量：軟質(zhì)14份，半硬質(zhì)約為10份，硬質(zhì)為3050份。溶解：硫黃均勻溶解在膠料，才干發(fā)揮作用。但硫黃在橡膠中溶解度隨生膠種類和溫度不同而異。溶解度伴隨溫度升高而增加。第14頁(yè)第14頁(yè)噴硫（噴霜）： 當(dāng)硫黃用量過(guò)多或溫度減少時(shí)形成過(guò)飽和不穩(wěn)定狀態(tài)，過(guò)量硫黃會(huì)遷移析出至橡膠表面

6、形成結(jié)晶。 減少了膠料混合質(zhì)量，損害粘著性能，故硫黃用量應(yīng)嚴(yán)格限制在要求范圍以內(nèi)。第15頁(yè)第15頁(yè)二、硫化增進(jìn)劑1.定義 凡在膠料中能加快硫化反應(yīng)速度縮短硫化時(shí)間，減少硫化溫度，減少硫化劑用量，并能提升或改進(jìn)硫化膠物理機(jī)械性能物質(zhì)統(tǒng)稱為硫化增進(jìn)劑，簡(jiǎn)稱增進(jìn)劑。第16頁(yè)第16頁(yè)2.要求 (1)焦燒時(shí)間長(zhǎng)，操作安全； (2)有較高活性： (3)硫化曲線平坦性好； (4)硫化膠含有高強(qiáng)度及良好耐老化性； (5)無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)污染； (6)起源廣泛、價(jià)格低廉。第17頁(yè)第17頁(yè)3.分類按化學(xué)結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)增進(jìn)劑：逐步淘汰有機(jī)增進(jìn)劑：噻唑類、秋蘭姆類、 亞磺酰胺類等以增進(jìn)劑M（2-硫醇基苯并噻唑、準(zhǔn)超速）為原則

7、可分為超超速級(jí)、超速級(jí)、準(zhǔn)超速級(jí)、中速級(jí)和慢速級(jí)。按酸堿性分酸性、堿性、中性增進(jìn)劑。第18頁(yè)第18頁(yè)4.使用 常將幾種增進(jìn)劑并用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使膠料含有良好工藝性能和物理機(jī)械性能。 普通將用量多稱為第一增進(jìn)劑（主增進(jìn)劑），其它稱為第二、三增進(jìn)劑（副增進(jìn)劑）。第19頁(yè)第19頁(yè)三、硫化活化劑 簡(jiǎn)稱活性劑、活化劑、助增進(jìn)劑，用以提升增進(jìn)劑活性充足發(fā)揮其效能，以減少增進(jìn)劑用量或縮短硫化時(shí)間一類物質(zhì)。 種類諸多，分為無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩類。最慣用是氧化鋅和硬脂酸并用，用量分別為35份和1.52份。第20頁(yè)第20頁(yè)四、防老劑 按防護(hù)原理分為：物理防老劑：石蠟、微晶蠟等，在制品表面 形成保護(hù)薄膜?；瘜W(xué)防老劑：通過(guò)

8、本身化學(xué)作用制止或抑 制橡膠老化破壞。酚類：無(wú)污染，用于淺色、透明制品， 防老性能較差。胺類：有污染，用于黑色、深色制品， 防護(hù)作用更優(yōu)越、更全面。第21頁(yè)第21頁(yè)五、增塑劑 橡膠工業(yè)中，習(xí)慣把起源于天然物質(zhì)，用于非極性橡膠增塑劑稱為軟化劑。增塑劑則多為合成產(chǎn)品，主要用在一些極性合成橡膠中。按作用原理分為：物理增塑劑：硬脂酸、油酸、松焦油等 溶脹分子間距離，作用力 分子鏈活動(dòng)性和塑性?；瘜W(xué)增塑劑：含硫化合物 加速塑煉時(shí)斷鏈作用，增進(jìn) 降解而增塑。第22頁(yè)第22頁(yè)六、填充劑按用途可分為補(bǔ)強(qiáng)劑：明顯提升硫化膠物理機(jī)械性能， 炭黑、白炭黑、酚醛樹脂等。增容劑：增長(zhǎng)容積，節(jié)約生膠和減少成本， 硫酸鋇、

9、滑石粉、云母等。 兩者之間沒(méi)有嚴(yán)格界線依化學(xué)構(gòu)成和形狀又可分為：粉粒狀填料、樹脂類填料和纖維類填料。其中以粉粒狀填料應(yīng)用最廣泛。第23頁(yè)第23頁(yè)1.炭黑種類 炭黑是橡膠工業(yè)用最主要補(bǔ)強(qiáng)性填料，它能賦予硫化膠一系列優(yōu)秀性能，其總產(chǎn)量9095用于橡膠工業(yè)，故橡膠工業(yè)離不開炭黑。 炭黑是烴類物質(zhì)經(jīng)高溫不完全燃燒裂解而生成物質(zhì)。按制法和使用持點(diǎn)將既有炭黑分為三類：槽法炭黑、爐法炭黑和熱解法炭黑。 槽法炭黑產(chǎn)率低，價(jià)格貴，產(chǎn)量少，不適于合成橡膠，但對(duì)天然膠補(bǔ)強(qiáng)效果良好。爐法炭黑原料豐富，適于合成橡膠，是既有品種最多，使用最廣泛品種。第24頁(yè)第24頁(yè)2.炭黑增強(qiáng)機(jī)理 橡膠大分子鏈滑動(dòng)學(xué)說(shuō) 炭黑粒子表面活性

10、不均一，吸附在炭黑表面橡膠鏈能夠有各種不同結(jié)合能量，由多數(shù)弱物理吸附以最少許強(qiáng)化學(xué)吸附。吸附橡膠鏈段在應(yīng)力作用下會(huì)滑動(dòng)伸長(zhǎng)。 第25頁(yè)第25頁(yè)第26頁(yè)第26頁(yè)炭黑產(chǎn)生補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng) 伸長(zhǎng)時(shí)，最短鏈不斷裂而是沿炭黑表面滑動(dòng)。這時(shí)應(yīng)力由多數(shù)伸直鏈承擔(dān)，起應(yīng)力均勻作用，緩和應(yīng)力集中為第一個(gè)補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)。 伸長(zhǎng)增大，鏈再滑動(dòng)，使橡膠鏈高度取向，承擔(dān)大應(yīng)力，有高模量，為第二個(gè)補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)。由于滑動(dòng)摩擦使膠料有滯后損耗，消去一部分外力功，為第三個(gè)補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)。 收縮后再伸長(zhǎng)時(shí)應(yīng)力軟化效應(yīng)，膠料回縮后炭黑粒子間橡膠鏈長(zhǎng)度差不多同樣，再伸長(zhǎng)就不需要再滑動(dòng)一次，所需應(yīng)力下降。第27頁(yè)第27頁(yè)3.影響炭黑補(bǔ)強(qiáng)效果原因種類：用量：有峰值，之前隨用量增長(zhǎng)補(bǔ)強(qiáng)效果增長(zhǎng)，之后即相反。粒徑：粒子愈細(xì)（比表面積愈大），活性和補(bǔ)強(qiáng)作用愈大。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)性越高，混煉時(shí)吃粉越慢，但吃 粉后進(jìn)一步分散越快，膠料壓出 速度也越快，壓出膨脹率越小，對(duì)橡 膠補(bǔ)強(qiáng)效果也越大。第28頁(yè)第28頁(yè)第三節(jié) 配方設(shè)計(jì)基本概念主體原料：生膠、再生膠硫化系統(tǒng)：硫化劑、增進(jìn)劑、活性劑操作系統(tǒng)：增塑劑成本系統(tǒng)：增容劑性能系統(tǒng)：補(bǔ)強(qiáng)劑、防老劑、著色劑等 制定配方，普通以生膠為100重量份為基礎(chǔ)來(lái)考慮其它配合劑