橡膠工藝學(xué)培訓(xùn)

橡膠工藝學(xué)摘要一、 基本概念：橡膠：橡膠是一種有機(jī)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(jī)溶劑?；鞜捘z：生膠與各種配合劑經(jīng)過(guò)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(jī)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(xué)作用，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過(guò)程。硫化三要素：溫度、時(shí)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(jìn)劑、活化劑。使橡膠由線形變成網(wǎng)狀，可提高膠料的強(qiáng)度、穩(wěn)定產(chǎn)品尺寸和形狀。3、 補(bǔ)強(qiáng)填充體系：包括補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑。提高化學(xué)性能，改善加工工藝性能，增大體積，降低成本。4、 防護(hù)體系：通過(guò)化學(xué)、物理作用，延長(zhǎng)制品壽命。5、 增塑體系：增大流動(dòng)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(dǎo)電、阻燃、香味等。6、 橡膠加工過(guò)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(jiǎn)介：1、 八大膠名稱：1） 天然橡膠NR（包括煙片膠、皺片膠、標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)膠（果粒膠）。其他膠：杜仲膠、銀菊膠等。4） 天然膠分級(jí)：（1） 按外觀質(zhì)量分級(jí)，分為煙片膠、皺片膠。是通過(guò)外表有無(wú)氣泡、小樹皮屑、有無(wú)霉斑、膠銹雜質(zhì)、透明度，通過(guò)眼看手拉來(lái)分級(jí)。國(guó)標(biāo)煙片膠分自RSSNO.1?RSSNO.5共5級(jí)，稱為1#—5#煙片膠。皺片膠分6級(jí)。（2） 按理化指標(biāo)分級(jí)：稱為標(biāo)準(zhǔn)膠。指標(biāo)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(gè)主要指標(biāo)。ISO2000分為SMR5L（綠色）SMR5（綠色）SMR10（褐色）SMR20（紅色）SMR50（黃色）五個(gè)等級(jí)（顏色為包裝標(biāo)志）。國(guó)標(biāo)膠分為SCRCV/SCRL/SCR5L/SCR10L/SCR20/SCR50六級(jí)。5） NR的物理性能：（1）補(bǔ)強(qiáng)性能好，機(jī)械強(qiáng)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(dòng)態(tài)生熱低（5）綜合加工性能好。缺點(diǎn)：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(qiáng)度比NR低，伸長(zhǎng)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(guò)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(qiáng)度、粘著性、加工性能以及硫化膠的抗化學(xué)式撕裂強(qiáng)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(guó)際合成橡膠生產(chǎn)協(xié)會(huì)（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(dòng)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(qiáng)度最低（5）加工性能差，包輥性差（6）貯存時(shí)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(xué)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(guò)熱水、水蒸汽性能優(yōu)異4、密度最小5、強(qiáng)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(xué)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(dǎo)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(qiáng)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(shí)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(xué)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(wú)機(jī)氧化物（活性劑）/有機(jī)化合物（促進(jìn)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(guò)硫化期四個(gè)階段。1） 焦燒階段：焦燒：混煉膠在加工或停放過(guò)程中產(chǎn)生的一種早期硫化現(xiàn)象。焦燒時(shí)間：從膠料開始加熱起至膠料的轉(zhuǎn)矩從最低值上升10個(gè)單位時(shí)間所需的時(shí)間，用T10表示。包括煉膠、壓延、擠出時(shí)的操作焦燒時(shí)間，也包括在模腔內(nèi)的時(shí)間，即剩余焦燒時(shí)間。焦燒時(shí)間的長(zhǎng)短關(guān)系到生產(chǎn)加工的安全性。如果擠出時(shí)的操作焦燒時(shí)間占用過(guò)多，剩余焦燒時(shí)間就較少，導(dǎo)致橡膠剛放入模具就結(jié)束，膠料不能充分流動(dòng)，影響粘合性能。這要求操作焦燒時(shí)間盡量短，從而有足夠的剩余焦燒時(shí)間。2） 熱硫化階段：為工藝正硫化時(shí)間，是膠料硫化的時(shí)間。3） 平坦硫化階段：這時(shí)進(jìn)入熟化階段，交聯(lián)反應(yīng)與重排、裂解反應(yīng)趨于平衡，在熱的作用下，繼續(xù)硫化至平衡。4） 過(guò)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(dá)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(shí)間足夠長(zhǎng)（2）熱硫化期盡可能短（3）平坦期盡可能長(zhǎng)（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(xué)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(guò)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(jìn)劑：指能降低硫化溫度、加快硫化速度、縮短硫化時(shí)間、改善膠料性能。1） 噻唑類：M、DM、MZ（焦燒時(shí)間MVMZVDM）酸性準(zhǔn)速級(jí)，焦燒時(shí)間較短1、優(yōu)點(diǎn)：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(jí)促進(jìn)劑，焦燒時(shí)間很短，促進(jìn)速度很快。5、 氧化鋅與硬脂酸反應(yīng)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(jìn)劑作用活化促進(jìn)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(guò)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(guò)它在該溫度下的溶解度，達(dá)到過(guò)飽和，多余的硫磺等配合劑就會(huì)自動(dòng)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(qiáng)度高、動(dòng)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(qiáng)度和動(dòng)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(xué)強(qiáng)度低。8、 非硫硫化體系1） 過(guò)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(bǔ)強(qiáng)與填充體系：1、 概念：1） 補(bǔ)強(qiáng)：在膠料中加入某種物質(zhì)，使膠料的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、定伸負(fù)荷、模量、抗溶脹性等性能得到顯著提高的行為。常用補(bǔ)強(qiáng)劑：炭黑、白炭黑、短纖維、有機(jī)樹脂、無(wú)機(jī)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(guó)材料協(xié)會(huì)ASTM標(biāo)準(zhǔn)）：N（或S）+0-9數(shù)字+任意兩位數(shù)（公司編號(hào)）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(bǔ)強(qiáng)性炭黑，平均粒徑60nm。（2） N330HAF高耐磨炭黑，平均粒徑29nm.5） 炭黑對(duì)膠粒的影響：（1） 炭黑粒徑越小，拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度、硬度升高，彈性、伸長(zhǎng)率下降。（2） 粒徑大的，混煉時(shí)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(jià)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(tuán)。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(tuán)：-OH,-Si-O-Si-，具有很強(qiáng)的吸附性，一般顯酸性。2） 白炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能不如炭黑，但加偶聯(lián)劑（Si-69）后，補(bǔ)強(qiáng)效果可與炭黑相當(dāng)，但生熱低，耐磨性好，適于胎面而且返原性差。六、 防護(hù)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(guò)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(hù)條件苛刻的熱氧老化，對(duì)金屬離子有鈍化作用，防屈撓