1、橡膠基礎(chǔ)知識,一、關(guān)于橡膠的幾個概念,1.橡膠：ASTM - D1566 中定義如下，橡膠是一種材料 ，它在大的形變下，能迅速而有力恢復(fù)其形變，能夠被改性。（定義中所指的改性實質(zhì)是指硫化。） 2.硫化：橡膠的線型大分子通過化學(xué)交聯(lián)而構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化過程。 3.生膠：尚未被硫化交聯(lián)的橡膠，由線型大分子或者帶支鏈的線型大分子構(gòu)成。,4.混煉膠：配合劑混合于塊狀、粒狀和粉末狀生膠中的未交聯(lián)狀態(tài),且具有流動性的膠料。 5.硫化膠：使混煉膠在一定的時間、溫度、壓力下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后的橡膠。,橡膠分子鏈硫化前后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖,A.生膠,B.硫化膠,二、橡膠的分類,1.按來源結(jié)構(gòu)和用途分類,天然橡膠

2、,合成橡膠,通用合成橡膠,特種合成橡膠,丁苯橡膠（SBR）,順丁橡膠（BR）,丁腈橡（NBR）,丁基橡膠(IIR）,乙丙橡（EPDM）,氟橡膠（FKM）,硅橡膠（MVQ）,丙烯酸酯橡膠（ACM）,氯磺化聚乙烯（CSM),2.按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類,碳鏈橡膠,不飽和非極性橡膠,天然橡膠（NR),丁苯橡膠（SBR）,順丁橡膠（BR）,異戊橡膠（IR）,不飽和極性橡膠,丁腈橡膠（NBR）,氯丁橡膠（CR）,飽和非極性橡膠,乙丙橡膠（EPDM）,飽和極性橡膠,丁基橡膠（IIR）,氟橡膠（FKM）,丙稀酸酯橡膠（ACM）,氯磺化聚乙烯（CSM）,雜鏈橡膠,硅橡膠（MVQ）,聚硫橡膠（T）,3.按形態(tài)分類,按形態(tài)

3、分類,固體橡膠,液體橡膠,粉末橡膠,4.按交聯(lián)方式分類,化學(xué)交聯(lián)的傳統(tǒng)橡膠,熱塑性彈性體,熱塑性彈性體(TPE) 是常溫下表現(xiàn)出硫化橡膠性能, 而在高溫下可進行塑化, 且可用塑料加工機械進行成型的高分子材料。,三、橡膠的配合,橡膠的配合是指：根據(jù)成品的性能要求，考慮加工工藝性能的要求和成本諸因素，把生膠和各種配合劑組合在一起的過程。,配合體系,1.生膠 2.硫化體系 3.補強填充體系 4.增塑體系 5. 防護體系,1.生膠種類 2.硫化體系 作用：與橡膠大分子起化學(xué)作用,使橡膠線性大分子交聯(lián),形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高性能,穩(wěn)定形狀. (1)硫化劑:橡膠分子間的交聯(lián)助劑 一般采用硫磺及含硫化合物，

4、部分合成橡膠也采用金屬氧化物，過氧化物，合成樹脂，胺類皂鹽。,(2)硫化促進劑:加快硫化速度,縮短硫化時間,提高物理機械性能. 按硫化速度快慢分為：氨基甲酸鹽類、秋蘭姆類、噻唑類、次磺酰胺類和胍類 常見舉例如下： 氨基甲酸鹽類:ZDC,ZDMC 秋蘭姆類:TMTD,TMTM 噻唑類:M,DM 次磺酰胺類: NOBS ,CZ,DZ 胍類:D,(3)硫化促進助劑(活化劑): 活化膠料體系,主要有氧化鋅(ZnO)和脂肪酸. (4)硫化延遲劑(防焦劑):常用的防焦劑有芳香族有機酸及N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰亞胺(CTP),3.補強填充體系 補強填充體系,提高膠料物理機械性能. (1)炭黑: 炭黑的主要牌

5、號 (ASTM) N110 (SAF) 俗稱:超耐磨炭黑;平均粒徑19nm N220 (ISAF)俗稱:中超耐磨炭黑;平均粒徑23nm N330 (HAF) 俗稱:高耐磨炭黑;平均粒徑29nm N550 (FEF) 俗稱:快壓出炭黑 ;平均粒徑42nm N660 (GPF) 俗稱:通用炭黑 ;平均粒徑60nm,炭黑粒子表面模型,炭黑聚集體的透射電子顯微鏡照片,補強性填充劑對橡膠補強性的大小, 與橡膠和填充劑的結(jié)合力(相互作用)、補強劑在橡膠中的分散狀態(tài)關(guān)系密切。,(2)白炭黑 超微細粒子的二氧化硅,外觀呈白色,其配合膠料的拉伸強度,耐磨性不如炭黑,但可用于白色制品或淺色制品.,（3）無機填料：

6、對橡膠增容，降低成本，但與橡膠的結(jié)合力較差，降低膠料的物理機械性能。 碳酸鈣、陶土、硅藻土、滑石粉、云母粉等。,4.增塑體系 增塑劑通常是一類分子量較低的化合物，加入膠料中能降低橡膠分子鏈間作用力，使粉末狀配合劑很好的浸潤，從而改善混煉工藝，使配合劑分散均勻，混煉時間縮短，節(jié)約能耗，并能降低混煉過程中的升熱現(xiàn)象，同時它能增加膠料的可塑性、流動性、黏著性，便于壓延，壓出和成型。,增塑劑分類 （1）石油系增塑劑：常用的有石蠟(油）、環(huán)烷烴、芳香烴。 （2）煤焦油系增塑劑：常用的有古馬隆樹脂，煤焦油。 （3）松油系增塑劑：松焦油、松香等 （4）脂肪油系增塑劑：常用的有硬脂酸和油膏。 （5）合成增塑劑

7、：鄰苯二甲酸酯類，環(huán)氧類、含氯類和磷酸酯類 （后兩種為耐燃性增塑劑)。 常見的有DOP,DBP,5.防護體系 老化的概念：橡膠在加工存儲和使用過程中，由于受到光、熱、氧、金屬元素、腐蝕介質(zhì)等外界因素的影響，使其發(fā)生物理或化學(xué)變化，導(dǎo)致性能逐漸下降，防護劑能起到抑制或延遲老化的作用。 影響橡膠老化的外部因素: 物理因素:熱,光,電,應(yīng)力,變形 化學(xué)因素:氧,臭氧,SO2 , H2S,NOx,酸,堿,及金屬離子等. 生物因素:微生物(霉菌,細菌)等,1.老化導(dǎo)致的最常見的外觀變化：變軟、發(fā)粘、變硬、變脆、龜裂、發(fā)霉、變色、失光、粉化等。 2.使用性能逐漸變壞表現(xiàn)為：強度降低、彈性消失、電絕緣性下降

8、，耐磨性降低。 3.在老化過程中分子結(jié)構(gòu)發(fā)生以下變化： （1）分子鏈降解 （2）分子鏈之間產(chǎn)生交聯(lián) （3）主鏈或側(cè)鏈的改性,常見的幾種防老劑,防老劑4010 防老劑4020 防老劑RD 防老劑2246 防老劑264,上述各配合體系中，進一步細分還會有許多品種及類別，且各自的機理不同。另外隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，各種加工助劑及功能材料應(yīng)用越來越廣泛，諸如塑解劑、分散劑、增粘劑、著色劑、發(fā)泡劑、隔離劑和阻燃劑等。,四、橡膠的加工,對于一般的橡膠，不論做什么制品均必須經(jīng)過煉膠和硫化兩個加工過程。 常用的加工方式： 1.塑煉 2.混煉 3.壓延 4.壓出 5.硫化,1.塑煉 目的：降低橡膠的分子量，增加膠

9、料塑性，提高加工性能的工藝過程。 常用的加工設(shè)備有開煉機、密煉機和擠出機。,開煉機,密煉機,2.混煉 目的：使配合劑混入到膠料中，并且均勻分散，制成混煉膠的加工過程。 常用加工設(shè)備開煉機、密煉機。,開煉機混煉的模擬圖,1未混入配合劑和填充劑的包輥膠;2, 4混入配合劑和填充劑的堆積膠;3浮動的堆積膠; 5高速拉伸力和高剪切力的粉碎及混合分散,開煉機煉膠時, 影響開煉機煉膠的主要因素: 膠溫、填膠容量、輥溫、輥距、輥速、輥筒速比、配合劑添加順序及其分別所需的時間和全工序結(jié)束時間等。,密煉機混煉 密煉機混煉與開煉機混煉的不同點 密煉機混煉基本上繼承了開煉機的混煉方法,但兩者之間仍存在以下不同點,

10、即: 密煉機混煉是在密閉的混煉室中進行的,所以看不見混煉狀態(tài)(變化) ; 密煉機混煉是在密閉狀態(tài)下進行的,所以可防止橡膠的氧化老化;,密煉機轉(zhuǎn)子,混煉示意圖,并用膠料在開煉機里混煉花費的時間很 長, 而用密煉機則可在短時間內(nèi)完成; 密煉機混煉因混煉時間短, 而橡膠溫度 上升幅度大, 所以多半采用兩段混煉, 即: (a) 在生膠中加入除硫化劑、促進劑等硫化體系以外的配合劑進行混煉。這種工藝稱為一段混煉。 ( b) 對一段混煉膠料和硫化體系進行混煉, 用密煉機混煉時宜采用低速進行, 以免膠溫上升, 也可用開煉機邊冷卻邊添加硫化體系進行混煉。該混煉工藝稱為二段混煉。,3.壓延 壓延加工是采用輥筒(二

11、輥以上) 不同排列的壓延機制造膠片(壓片) 和對織物進行掛膠、壓型等的操作。,膠料在壓延機輥筒間隙中的行為和作用于輥筒的分離力,壓延加工種類,1.壓片：膠料通過速比較小的輥筒之間, 壓制成有一定厚度、寬度和長度的未硫化膠片。 2.貼合：通過壓延機等速輥的同時, 將兩層薄膠片貼合成一層膠片。 3.貼膠：用壓延機兩個等速輥筒的壓力將一定厚度的膠片貼合于織物上。 4.擦膠：以粘合為目的, 用速比較大的壓延機輥筒將膠料擦入織物的纖維中。 5.壓型：將膠料壓制成帶一定花紋的膠片(用作輪胎胎面膠、門窗密封條和壓型制品等)。,4.壓出（擠出）成型 一般所說的擠出, 多指螺桿式擠出。擠出機由輸送膠料的螺桿和控

12、制半成品規(guī)格尺寸及幾何形狀的口型組成。根據(jù)口型的形狀可擠出管狀、棒狀、片狀和斷面形狀復(fù)雜的異形橡膠制品, 而有時還可用于電線等橡膠包覆金屬擠出和異種膠料復(fù)合擠出等。,1.螺桿; 2.膠料; 3.供料輥; 4.調(diào)溫夾套; 5.機筒; 6.凹槽; 7.驅(qū)動部, 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速; 8.供料段, 與壁面、螺桿摩擦吃入膠料; 9.壓縮段, 減少流道斷面, 以增大內(nèi)壓和生熱塑化; 10.混合段, 由于流道分開產(chǎn)生了紊流, 促進混合, 以便均勻塑化; 11.計量段, 使膠料層流化, 以便穩(wěn)定擠出量; 12.擠出機頭, 控制流道形狀, 以便于膠料流變化和整流; 13.口型, 控制松馳; 決定擠出形狀,5.硫化 硫化

13、是橡膠加工的最后一道工序，在一定的溫度壓力和時間的作用下，橡膠大分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成交聯(lián)的工藝過程。,硫化三要素：時間、溫度、壓力. （1）硫化溫度和時間 溫度是硫化反應(yīng)的最基本條件，對于某一種膠料，當(dāng)硫化溫度被選定后，就存在一可使硫化膠具有最佳性能的時間，稱為工程正硫化時間。硫化溫度高，硫化速度快，生產(chǎn)效率高；反之生產(chǎn)效率低。硫化溫度的高低，決定于膠料的配方，主要決定于膠種和硫化體系。高溫，易引起橡膠分子鏈的裂解，最終導(dǎo)致橡膠性能下降。,（2）施加壓力的目的： a. 防止膠料氣泡的產(chǎn)生，提高膠料的致密性。 b.使膠料流動，充滿模腔 c. 改善硫化膠的物理機械性能。,硫化歷程 1.焦燒階段 相當(dāng)于硫化反應(yīng)的誘導(dǎo)期，它的長短關(guān)系到生產(chǎn)加工安全性，決定于膠料配方成分，主要受促進劑的影響。 2.熱硫化階段 逐