考研化學(xué)第八章橡膠加工.ppt

1、第三篇 橡膠加工,定義：由生膠及其配合劑經(jīng)過一系列化學(xué)和物理作用制成橡膠制品的過程。 工藝過程：塑煉混煉成型硫化,第八章 膠料的組成及配合,第一節(jié) 橡 膠 一、分類 1.按來源分,生膠,廢舊橡膠制品和生產(chǎn)中的硫化膠邊角廢料經(jīng)加工處理制成的具有塑性加工性和能重新硫化的橡膠,尚未交聯(lián)的橡膠，由線型大分子或者帶支鏈的線型大分子構(gòu)成,2.按物理性狀,二、天然橡膠（NR,1.來源 是從自然界植物中采集的一種高彈性物質(zhì)，含有橡膠成分的植物有2000多種。天然橡膠總產(chǎn)量的98以上來自巴西橡膠樹（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,2.天然生膠的品種 剛從樹上流出的新鮮膠乳為近中性乳白色

2、液體，易腐敗變質(zhì)，需經(jīng)凝固、壓片、干燥等步驟制成膠片。主要有煙片膠、縐片膠、風(fēng)干膠片、顆粒膠（標(biāo)準(zhǔn)膠）等,海南民營(yíng)瓊島牌優(yōu)級(jí)煙片膠 型號(hào)RSS3,3.組成和結(jié)構(gòu),天然橡膠的主要成分是橡膠烴（9295），其次是含有少量非橡膠成分，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)成的線型(鏈狀)高分子化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為,4.性質(zhì)和用途,常溫下天然橡膠具有高彈性，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，具有良好的氣密性、防水性、電絕緣性和隔熱性及耐寒性。 具有二烯類高分子化合物的一切化學(xué)反應(yīng)特性。 天然橡膠的綜合物理機(jī)械性能優(yōu)于其他任何橡膠，

3、適用于制造各種輪胎、膠帶、膠管和工業(yè)橡膠制品及日常生活制品,三、合成橡膠（SR,是由某些低分子物質(zhì)作為原料，經(jīng)過各種化學(xué)反應(yīng)制成的高分子彈性體物質(zhì)。 按性能和用途分為,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有嚴(yán)格的界限,通用,特種,第二節(jié) 配合劑,作用：改善和提高制品的物理機(jī)械性能和使用壽命，改善其加工性能，節(jié)約聚合物原材料和降低成本等。 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,一、硫化劑,1.定義 硫化劑是使橡膠由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀大分子的物質(zhì)。 硫化劑的種類很多，主要有硫黃、硒、碲、含硫化合物、金屬氧化物、過氧化物等。 橡膠的交聯(lián)過

4、程稱為硫化，塑料的交聯(lián)過程稱作固化、硬化、熟化等,2.硫黃,在自然界以含有8個(gè)硫原子的環(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,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，才能發(fā)生硫化反應(yīng),3.使用方法,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，才能發(fā)揮作用。但硫黃在橡膠中的溶解度隨生膠種類和溫度不同而異。溶解度隨著溫度升高而增加,噴硫（噴霜）： 當(dāng)硫黃用量過多或溫度降低時(shí)形成過飽和的不穩(wěn)定狀態(tài)，過量的硫黃會(huì)

5、遷移析出至橡膠表面形成結(jié)晶。 降低了膠料的混合質(zhì)量，損害粘著性能，故硫黃的用量應(yīng)嚴(yán)格限制在規(guī)定范圍以內(nèi),二、硫化促進(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，降低硫化溫度，減少硫化劑用量，并能提高或改善硫化膠物理機(jī)械性能的物質(zhì)統(tǒng)稱為硫化促進(jìn)劑，簡(jiǎn)稱促進(jìn)劑,2.要求 (1)焦燒時(shí)間長(zhǎng)，操作安全； (2)有較高的活性： (3)硫化曲線平坦性好； (4)硫化膠具有高強(qiáng)度及良好耐老化性； (5)無毒、無臭、無污染； (6)來源廣泛、價(jià)格低廉,3.分類,按化學(xué)結(jié)構(gòu),無機(jī)促進(jìn)劑：逐漸淘汰 有機(jī)促進(jìn)劑：噻唑類、秋蘭姆類、 亞磺酰胺類等,以促進(jìn)劑M（2-硫醇基苯并噻唑、準(zhǔn)超速）為標(biāo)準(zhǔn)可分為超超速

6、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、中性促進(jìn)劑,4.使用,常將幾種促進(jìn)劑并用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使膠料具有良好的工藝性能和物理機(jī)械性能。 一般將用量多的稱為第一促進(jìn)劑（主促進(jìn)劑），其它稱為第二、三促進(jìn)劑（副促進(jìn)劑,三、硫化活化劑,簡(jiǎn)稱活性劑、活化劑、助促進(jìn)劑，用以提高促進(jìn)劑的活性充分發(fā)揮其效能，以減少促進(jìn)劑用量或縮短硫化時(shí)間的一類物質(zhì)。 種類很多，分為無機(jī)物和有機(jī)物兩類。最常用的是氧化鋅和硬脂酸并用，用量分別為35份和1.52份,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。 化學(xué)防老劑：通過自身的化學(xué)作用阻止或抑 制橡膠的老化破壞,酚類：

7、無污染，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,五、增塑劑,橡膠工業(yè)中，習(xí)慣把來源于天然物質(zhì)，用于非極性橡膠的增塑劑稱為軟化劑。增塑劑則多為合成產(chǎn)品，主要用在某些極性合成橡膠中。 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。 化學(xué)增塑劑：含硫化合物 加速塑煉時(shí)的斷鏈作用，促進(jìn) 降解而增塑,六、填充劑,按用途可分為,補(bǔ)強(qiáng)劑：顯著提高硫化膠的物理機(jī)械性能， 炭黑、白炭黑、酚醛樹脂等。 增容劑：增加容積，節(jié)約生膠和降低成本， 硫酸鋇、滑石粉、云母等。 二者之間沒有嚴(yán)格界限,依化學(xué)組成和形狀又

8、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,1.炭黑種類,炭黑是橡膠工業(yè)用最重要的補(bǔ)強(qiáng)性填料，它能賦予硫化膠一系列優(yōu)異性能，其總產(chǎn)量的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的物質(zhì)。按制法和使用持點(diǎn)將現(xiàn)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，是現(xiàn)有品種最多，使用最廣泛的品種,2.炭黑的增強(qiáng)機(jī)理,橡膠大分子鏈滑動(dòng)學(xué)說 炭黑粒子表面的活性不均一，吸附在炭黑表面的橡膠鏈可以有各種不同的結(jié)合能量，由多數(shù)弱的物理吸附以

9、至少量強(qiáng)的化學(xué)吸附。吸附的橡膠鏈段在應(yīng)力作用下會(huì)滑動(dòng)伸長(zhǎng),炭黑產(chǎn)生的補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng),伸長(zhǎng)時(shí)，最短的鏈不斷裂而是沿炭黑表面滑動(dòng)。這時(shí)應(yīng)力由多數(shù)伸直的鏈承擔(dān)，起應(yīng)力均勻作用，緩解應(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)大的應(yīng)力，有高的模量，為第二個(gè)補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)。由于滑動(dòng)的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)的應(yīng)力軟化效應(yīng)，膠料回縮后炭黑粒子間橡膠鏈的長(zhǎng)度差不多一樣，再伸長(zhǎng)就不需要再滑動(dòng)一次，所需應(yīng)力下降,3.影響炭黑補(bǔ)強(qiáng)效果的因素,種類： 用量：有峰值，之前隨用量的增加補(bǔ)強(qiáng)效果增加，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 粉后的進(jìn)一步分散越快，膠料的壓出 速度也越快，壓出膨脹率越小，對(duì)橡 膠的補(bǔ)強(qiáng)效果也越大,第三節(jié) 配方設(shè)計(jì)的基本概念,制定配方，一般以生膠為100重量份為基礎(chǔ)來考慮其它配合劑的重量比。 請(qǐng)