橡膠工藝學培訓

橡膠工藝學摘要一、 基本概念：橡膠：橡膠是一種有機高分子材料，最典型的特征是高彈性。生膠：未加入任何配合劑的橡膠，分子呈線形結(jié)構(gòu)，可溶于有機溶劑?；鞜捘z：生膠與各種配合劑經(jīng)過加工混合均勻，但未硫化的橡膠，還是線形大分子，可溶于有機溶劑。硫化膠：混煉膠在一定條件下，經(jīng)交聯(lián)而得到三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠，但不能溶解，只可溶脹。配方：指生膠與各種配合劑按一定比例的一種組合。硫化：又稱交聯(lián)，是指橡膠的線形分子在一定條件下發(fā)生物理或化學作用，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程。硫化三要素：溫度、時間、壓力。二、 橡膠配合五大體系：1、 生膠：母體材料，提供最主要的性能。2、 硫化體系：包括硫化劑、促進劑、活化劑。使橡膠由線形變成網(wǎng)狀，可提高膠料的強度、穩(wěn)定產(chǎn)品尺寸和形狀。3、 補強填充體系：包括補強劑、填充劑。提高化學性能，改善加工工藝性能，增大體積，降低成本。4、 防護體系：通過化學、物理作用，延長制品壽命。5、 增塑體系：增大流動性，降低膠料粘度，改善加工性能，降低成本。另外還有其他加工配合體系：發(fā)泡、著色、導電、阻燃、香味等。6、 橡膠加工過程：1）煉膠（塑煉、混煉）2）壓延3）擠出4）成型5）硫化三、 常用生膠簡介：1、 八大膠名稱：1） 天然橡膠NR（包括煙片膠、皺片膠、標準膠）。2） 通用合成膠SR：T苯膠（SBR）/順丁膠（BR）/乙丙膠（EPMEPDM）/丁基膠（IIR）/氯丁膠（CR）丁月青膠（NBR）異戊膠（IR）2、 天然橡膠NR:1） 主要成份：聚異戊二烯，以及蛋白質(zhì)、丙酮抽出物等雜質(zhì)。2） NR膠主要產(chǎn)自巴西三葉橡膠樹而得名，還有少量樹也產(chǎn)橡膠：杜仲、銀菊等。3） 天然膠分類：三葉膠：煙片膠、皺片膠、標準膠（果粒膠）。其他膠：杜仲膠、銀菊膠等。4） 天然膠分級：（1） 按外觀質(zhì)量分級，分為煙片膠、皺片膠。是通過外表有無氣泡、小樹皮屑、有無霉斑、膠銹雜質(zhì)、透明度，通過眼看手拉來分級。國標煙片膠分自RSSNO.1?RSSNO.5共5級，稱為1#—5#煙片膠。皺片膠分6級。（2） 按理化指標分級：稱為標準膠。指標有雜質(zhì)含量、塑性保持率、塑性初值、揮發(fā)物含量、灰分含量、氮含量、顏色指數(shù)等7個主要指標。ISO2000分為SMR5L（綠色）SMR5（綠色）SMR10（褐色）SMR20（紅色）SMR50（黃色）五個等級（顏色為包裝標志）。國標膠分為SCRCV/SCRL/SCR5L/SCR10L/SCR20/SCR50六級。5） NR的物理性能：（1）補強性能好，機械強度高（2）彈性好，通用膠中僅次于順丁膠（3）優(yōu)異的自粘性和互粘性（4）耐磨性能好（4）動態(tài)生熱低（5）綜合加工性能好。缺點：耐老化性差，耐非極性油、耐溶劑性差。易于做胎面等各種制品。3、異戊橡膠IR又稱人造天然橡膠。1） 主要成分：順1,4異戊二烯2） 物性：強度比NR低，伸長量大，耐老化性差。為白色透明體，適于淺色、彩色制品。異戊橡膠是由異戊二烯合成的一種橡膠，最接近天然橡膠，而耐水性，電絕緣性超過天然橡膠。全名為順-1,4-聚異戊二烯橡膠。由異戊二烯制得的高順式（順-1,4含量為92%?97%）合成橡膠，因其結(jié)構(gòu)和性能與天然橡膠近似，故又稱合成天然橡膠。它是一種綜合性能很好的通用合成橡膠，主要用于輪胎生產(chǎn)，除航空和重型輪胎外，均可代替天然橡膠。但它的生膠強度、粘著性、加工性能以及硫化膠的抗化學式撕裂強度、耐疲勞性等均稍低于天然橡膠。4、丁苯橡膠SBR1）分類：分為乳聚丁苯與溶聚丁苯。乳聚丁苯分高溫乳聚和低溫乳聚，高溫乳聚50°C，低溫乳聚5°C.丁苯橡膠的用途按國際合成橡膠生產(chǎn)協(xié)會（IISRP）的規(guī)定，可以用數(shù)字表示六大丁苯橡膠系列，即1000系列（高溫乳聚丁苯橡膠）,1100系列（高溫乳聚丁苯橡膠炭黑母煉膠）,1500系列（低溫乳聚丁苯橡膠）,1600系列（低溫乳聚丁苯膠炭黑母煉膠）,1700系列（低溫乳聚充油丁苯膠）,1800系列（低溫乳聚丁苯膠炭黑母煉膠）,其中以1500系列產(chǎn)品為主.絕大多數(shù)丁苯橡膠用于輪胎工業(yè)，其次是汽車零件，工業(yè)制品，電線和電纜包皮，膠管和膠鞋等.2）性能：（1）抗?jié)窕阅埽?）耐磨性能（3）耐老化、耐熱性能、抗撕裂性能較好（4）自粘性、互粘性差（5）滯后損失大，硫化膠生熱高。5、 順丁橡膠BR1） 性能：（1）高彈性、耐寒性（-72C）（2）生熱最低，動態(tài)耐疲勞性好、適于胎側(cè)（3）耐磨性好，適合用于胎面（4）強度最低（5）加工性能差，包輥性差（6）貯存時具有冷流性。2） 用途：通用膠，用于輪胎、管帶、鞋等。6、 乙丙橡膠 _1） 分為二元乙丙膠（EPM）與三元乙丙膠（EPDM）。2） 性能：1、化學穩(wěn)定性在通用膠中最好2、電絕緣性能優(yōu)異3、耐水、耐過熱水、水蒸汽性能優(yōu)異4、密度最小5、強度低、粘性差。7、 丁基橡膠IIR性能1）優(yōu)異的氣密性一適于制造內(nèi)胎、藥用瓶塞。2） 阻尼性優(yōu)異---適于減震、吸波、吸音制品。3） 耐水蒸氣、耐化學介質(zhì)好。4） 粘合性差、加工性能差。其他作用：防腐襯里，膠粘劑、防水建材等。8、 丁腈橡膠NBR性能：1）耐油性好（通用膠中最好）2） 是一種半導體材料，具有抗靜電性3） 氣密性僅次于IIR4） 耐老化性能較NR、SBR、BR好5） 耐低溫性較差。9、 氯丁橡膠CR性能1）具有阻燃性（離火自熄）2） 強度高（僅次于NR、CIR）3） 粘合性能好4） 耐天氣性能優(yōu)異（用作氣球）5） 耐低溫差6） 在溫度高時易粘輥。10、 特種膠：1） 氟橡膠：耐高溫（250C以下），耐油、耐介質(zhì)性能好。2） 硅橡膠：耐高溫、耐低溫、良好的透氣性，生物醫(yī)學性能。3） 聚氨基甲酸脂橡膠（聚氨脂橡膠）：最高的耐磨性。四、硫化體系：1、 硫化體系一般包括：硫磺（硫磺劑）/無機氧化物（活性劑）/有機化合物（促進劑）。2、 硫化歷程：橡膠硫化包括焦燒期、熱硫化期、平坦硫化期、過硫化期四個階段。1） 焦燒階段：焦燒：混煉膠在加工或停放過程中產(chǎn)生的一種早期硫化現(xiàn)象。焦燒時間：從膠料開始加熱起至膠料的轉(zhuǎn)矩從最低值上升10個單位時間所需的時間，用T10表示。包括煉膠、壓延、擠出時的操作焦燒時間，也包括在模腔內(nèi)的時間，即剩余焦燒時間。焦燒時間的長短關(guān)系到生產(chǎn)加工的安全性。如果擠出時的操作焦燒時間占用過多，剩余焦燒時間就較少，導致橡膠剛放入模具就結(jié)束，膠料不能充分流動，影響粘合性能。這要求操作焦燒時間盡量短，從而有足夠的剩余焦燒時間。2） 熱硫化階段：為工藝正硫化時間，是膠料硫化的時間。3） 平坦硫化階段：這時進入熟化階段，交聯(lián)反應與重排、裂解反應趨于平衡，在熱的作用下，繼續(xù)硫化至平衡。4） 過硫化期：該階段一般性能下降，也有上升（順丁膠），也有不升不降情況。性能下降即返原。返原是指膠料達到正硫化后再繼續(xù)硫化，交聯(lián)鍵裂解，交聯(lián)密度下降，使膠料性能下降的現(xiàn)象，也稱返硫。理想的硫化曲線（1）焦燒時間足夠長（2）熱硫化期盡可能短（3）平坦期盡可能長（4）最高轉(zhuǎn)矩要大。3、 常用硫化劑：只要能使橡膠分子發(fā)生化學交聯(lián)作用的都稱為硫化劑。硫磺（分硫磺粉S與不溶性硫磺IS）、硫載體（DTDM、TMTD等）、過氧化物（ZnO/MgO）、樹脂（酚醛樹脂）、異氰酸酯（主要用于聚氨脂橡膠）。4、 促進劑：指能降低硫化溫度、加快硫化速度、縮短硫化時間、改善膠料性能。1） 噻唑類：M、DM、MZ（焦燒時間MVMZVDM）酸性準速級，焦燒時間較短1、優(yōu)點：硫化曲線的平坦性好2、有苦味，不能與食品接觸的橡膠使用。2） 秋蘭姆類：TMTM、TMTD（TT）、TETD。酸性超速級促進劑，焦燒時間很短，促進速度很快。5、 氧化鋅與硬脂酸反應生成鋅皂，組成活化體系，提高了ZnO在橡膠中的溶解度，并與促進劑作用活化促進劑和硫化。ZnO在膠料中的作用1）硫磺硫化體系中作活化劑2）過氧化物硫化體系中提高耐熱性3）金屬氧化物硫化體系中作硫化劑4）殺菌作用。6、 硫化前橡膠常見的現(xiàn)象：噴霜1） 噴霜：指在一定溫度下，溶解在橡膠中的硫磺等配合劑的量超過它在該溫度下的溶解度，達到過飽和，多余的硫磺等配合劑就會自動從膠料內(nèi)部向表面遷移，重新結(jié)晶，形成一層白霜的現(xiàn)象。2） 減輕噴霜的措施：（1）低溫下加硫磺（2）使用不溶性硫（3）減少硫的用量（4）用硫載體代替硫（5）加硫之前加軟化劑（松節(jié)油等）（6）膠料中加膠粉或再生膠。7、 常見硫磺硫化體系1） 普通硫磺硫化體系（CV體系、傳統(tǒng)體系）性能：強度高、動態(tài)疲勞性好，但耐老化、耐熱性差，易返原。2） 半有效硫磺硫化體系（SEV）:用硫載體部分代替硫。性能：既有較高強度和動態(tài)疲勞性，又有較好的耐熱、耐老化性能。3） 有效硫磺硫化體系（ZV）性能：耐熱、耐老化性好，返原比較輕，但力學強度低。8、 非硫硫化體系1） 過氧化物硫化體系。2） 金屬氧化物硫化體系：（ZnO、MO、PbO），主要用于硫化含氯橡膠，如CR等。五、補強與填充體系：1、 概念：1） 補強：在膠料中加入某種物質(zhì)，使膠料的拉伸強度、撕裂強度、定伸負荷、模量、抗溶脹性等性能得到顯著提高的行為。常用補強劑：炭黑、白炭黑、短纖維、有機樹脂、無機納米材料。2） 填充：在膠料中加入某種物質(zhì)，能增大膠料的體積、降低成本而又不明顯影響膠料性能的行為。如：陶土、碳酸鈣、滑石粉等。2、 炭黑：1） 定義：指烴類不完全燃燒或者隔絕空氣熱裂解所制得的一種黑色的具有高度分散性的粉末物質(zhì)。主要由碳元素組成，是近乎球形的膠體離子，這些離子大都熔結(jié)成不規(guī)則的聚集體。2） 制造方法：分為燈煙炭黑、槽法炭黑、爐法炭黑、熱裂法炭黑。3） 炭黑的表示（美國材料協(xié)會ASTM標準）：N（或S）+0-9數(shù)字+任意兩位數(shù)（公司編號）其中：N爐法S槽法0?9數(shù)字表示炭黑的粒徑大小。4） 常用炭黑：（1） N660中等補強性炭黑，平均粒徑60nm。（2） N330HAF高耐磨炭黑，平均粒徑29nm.5） 炭黑對膠粒的影響：（1） 炭黑粒徑越小，拉伸強度、定伸應力、撕裂強度、硬度升高，彈性、伸長率下降。（2） 粒徑大的，混煉時易吃粉、易分散、生熱小。6） 炭黑的表面活性：炭黑主要由碳原子組成，以共價鍵結(jié)合成六角形層面，另外還有少量的H、O、S等。在炭黑表面形成自由基、氫基、含氧基團。從而與橡膠中的自由基、側(cè)基連接。3、白炭黑：小粒子的二氧化硅V50nm,分氣相法、沉淀法制取。1） 表面官能團：-OH,-Si-O-Si-，具有很強的吸附性，一般顯酸性。2） 白炭黑補強性能不如炭黑，但加偶聯(lián)劑（Si-69）后，補強效果可與炭黑相當，但生熱低，耐磨性好，適于胎面而且返原性差。六、 防護體系1、 橡膠老化定義：是指生膠或橡膠制品在加工、貯存或使用過程中因受外部環(huán)境因素的影響和作用，使性能下降的現(xiàn)象。老化的表現(xiàn)：不飽和膠如天然橡膠等，由于分子鏈降解而變軟發(fā)粘；飽和膠（如SBR/BR/NBR）由于交聯(lián)而發(fā)硬發(fā)脆，以致裂紋、硼塊。2、 常用防老劑：1） 防老劑RD:喹啉類，琥珀色至灰色樹脂狀粉末，能防護條件苛刻的熱氧老化，對金屬離子有鈍化作用，防屈撓