江苏大学-橡胶工艺学考试答案

第1页共17页第一章生胶三．问答题∶1.天然橡胶包含那些非橡胶成分，它们对橡胶性能会产生哪些影响?答：蛋白质：NR中的含氮化合物都属于蛋白质。（a）蛋白质有防止老化作用；（b）分解放出氨基酸促进橡胶硫化；（c）使橡胶容易吸收水分，易发霉；（d）蛋白质的吸水性使制品的绝缘性降低。丙酮抽出物：指橡胶中能溶于丙酮的物质，主要是一些高级脂肪酸和固醇类物质。高级脂肪酸：软化剂、硫化活化剂（促进硫化）甾醇：防老剂磷脂：分解放出游离的胆碱，促进硫化少量的胡萝卜素：物理防老剂（紫外线屏蔽剂）灰分：是一些无机盐类物质，主要成分是Ca、Mg、K、Na、Cu、Mn等。其中K、Na、Ca、Mg影响橡胶的电性能；Cu、Mn等变价金属含量多加速橡胶的老化（限度＜3ppm）。水分：对橡胶的性能影响不大，若含量高，可能会使制品产生气泡。2.回答问题并解释原因∶①SBR与NR相比，哪一种更耐热氧老化?SBR耐热氧老化比NR稍好原因：因为SBR分子链的侧基为弱吸电子基团，NR分子链的侧基是推电子基团，前者对于双键和双键的α氢的反应性有钝化作用，后者有活化作用，其次，苯基体积较大，对于反应可能有位阻作用，丁苯橡胶中双键浓度比天然橡胶稍低。②EPDM与IIR相比，哪一种更耐臭氧老化?答：EPDM（乙丙橡胶），因为IIR的双键在主链上，而EPDM的双键在侧基上，在主链上影响较大。③NBR与CR相比，哪一种更耐石油类油类?答：NBR（丁腈橡胶），NBR中含有极性很强的腈基，在各种基团中腈基的电负性最大。④CR与BR相比，哪一种更耐臭氧老化?答：CR（氯丁橡胶），因为CR中主要是-CH=CH-结构，氯的存在抑制了-CH=C-中双键的反应性⑤BR与NR相比，哪一种冷流性大?哪一种回弹性大?答：BR冷流性较大，因为BR是溶液聚合的，分子量分布窄，支化少，凝胶少。断裂伸长比λb低及Tg低造成的。BR比NR回弹性大，因为BR分子链无侧基，分子链柔性较好，分子间作用力较小。3.在NR、IR、SBR、BR、EPR、IIR、CR和NBR中，哪些属于结晶自补强橡胶?结晶是通过什么途径对橡胶起补强作用?答：4.试简述NR与IR在性能上的主要不同点及原因未硫化胶流动性好于NR，生胶有冷流倾向，格林强度低，硫化速度较慢，IR压延、压出时收缩率较低，粘合性不亚于NR。IR硫化胶相比于NR硬度，定伸应力和拉伸强度较低，扯断伸长率稍高，回弹性与NR相同，高温下回弹性比NR稍高，生热性及压缩永久变形、拉伸永久变形都较NR低，IR耐老化性稍逊于NR。原因：IR微观结构中顺式含量低于NR，即分子规整性低于NR，所以异戊橡胶结晶能力比NR差，分子量分布较窄，不含有NR中那么多的蛋白质和丙酮抽出物等非橡胶成分。5.试比较高温SBR与低温SBR的主要不同点；充油SBR、充炭黑SBR及充油充炭黑SBR与未填充SBR相比有哪些优点?高温SBR与低温SBR相比，高温SBR分子量分布指数比低温SBR高，支化程度和凝胶含量比低温SBR高。SBR分子链柔性较低，Tg较高，分子间作用力大，为改善加工性能，可加入软化剂，充油第2页共17页SBR比未填充SBR有较好的加工性能。丁苯橡胶不能结晶，是非自补强橡胶，必须加补强剂，充炭黑SBR比未充填SBR有较好的拉伸强度、撕裂强度等。6.在不考虑聚合反应的情况下，试说明为什么在EPDM中选用非共轭二烯为第三单体?选用非共轭二烯是虚妄在分子键中保存双键中非共轭的双键在侧基上，耐老化。7.根据用途选择一种适当的橡胶①制造水胎或硫化胶囊乙丙橡胶②制造内胎丁基橡胶③制造耐230℃在石油介质中连续工作的密封件氟橡胶④具有一定阻燃性、机械强度较高、耐酸碱的运输带覆盖胶氯丁橡胶8.试比较一下NR、SBR和BR的弹性、耐老化性与硫磺反应性等有何差异?并从化学结构上加以解释。弹性比较：BRNRSBR，因为BR主链上无侧基，NR主链上有侧甲基，SBR侧基是苯基及乙烯基，分子链柔顺性BRNRSBR耐老性比较：SBR＞BR＞NR，因为NR主链上侧基是推电子基团，SBR侧基是弱吸电子基团，前者对于双键及双键α氢有活化作用，后者有钝化作用，BR无侧基，介于两者之间。硫磺反应性比较：NR＞BR＞SBR，因为NR主链上侧基是推电子基团，SBR侧基是弱吸电子基团，前者对于双键及双键α氢有活化作用，后者有钝化作用，BR无侧基，介于两者之间。9.试从化学结构上说明IIR为何具有优良的耐老化和耐气透性?硅橡胶为何耐高温?答：对于丁基橡胶，可以看出分子主链周围有密集的侧甲基，且无极性基团和活性基团。异戊二烯的数量相当于主链上每100个碳原子才有一个双键（单个存在），可近似看作饱和橡胶，所以它耐老化，透气性好。对于硅橡胶来说，硅橡胶是分子主链中为—Si—O—无机结构，热稳定性好，因此耐高温。10.鉴别橡胶∶①两包生胶标识模糊，已知其中一包是SBR-1502，另一包是BR-DJ9000,试选择一定的方法，将其准确地区分开来。测玻璃化转变温度、看冷流。②有两块外观均为黑色的混炼胶，已知其一是掺有少许炭黑的CR，另一块是掺有少许炭黑的BR胶，试至少用两种最简单(不用任何仪器)的方法，将它们分辨开来。燃烧，CR有刺鼻的味道。观察冷流。11.分离橡胶∶一块EPDM与一块FPM被混成一块宏观上比较均匀的共混胶，试选用一种适当的方法将其分离开。12.什么是TPE?如果用PE及PS分别作为硬相，试问这两种TPE的最高使用温度取决于什么?大约应是多少度?答:TPE指热塑性弹性体，在常温下具有橡胶的弹性，高温下具有可塑化成型的一类弹性材料。以PE作为硬相，最高使用温度取决于PE的熔点，大约是146°。以PS作为硬相，最高使用温度取决于PS的玻璃化转变温度，大约是100℃。13.什么是再生胶?橡胶再生过程的实质是什么?再生胶有何用途?答：再生胶的定义：由废旧橡胶制品和硫化胶的边角废料、经粉碎、脱硫等加工处理制得的具有塑性和粘性的材料。实质：橡胶的再生是废胶在增塑剂（软化剂和活化剂）、氧、热和机械剪切的综合作用下，部分分子链和交联点发生断裂的过程。应用：（1）在轮胎工业中，再生胶主要用于制造垫带，另外也可用于外胎中的钢丝胶、三角胶条以及小型轮胎、力车胎中等。（2）在工业用橡胶制品中也有应用，如胶管、胶板等橡胶制品中。14.为什么丁苯胶的硫化速度比天然胶慢?第3页共17页答：因为NR有推电子的侧甲基，而丁苯橡胶有弱吸电子的苯基和乙烯基侧基15.SBR在哪些性能上优于NR?试从结构上解释之。SBR的耐磨性、抗湿滑性、起始龟裂性能及使用温度上限都优于NR。因为NR有推电子的侧甲基，而SBR有弱电子的苯基和乙烯基侧基，SBR分子链侧基是苯基及乙烯基，分子链不易内旋转。16.再生胶的制造方法主要有哪几种?油法、水油法、挤出法、溶解法、室温塑化法、动态脱硫法第二章橡胶的硫化体系及硫化三．回答问题∶1．硫磺在NR、SBR、BR和NBR这几种橡胶中的溶解性怎样?硫磺交联键的类型有哪几种?答：室温下，硫磺在NR和SBR中溶解较为容易，在BR和NBR中的溶解比较困难。单硫键-C-S-C-双硫键-C-S-S-C-：耐热、耐老化性能较好，但张伸性能、耐疲劳性能较差多硫键-C-Sn-C-机械强度高，耐疲劳性好，但耐热、耐老化性能较差。2．哪些橡胶可用硫磺硫化，单用硫磺硫化有何缺点?含双键多的橡胶可用硫磺硫化。硫化时间长、硫磺用量多、硫化温度高、能耗大、硫磺利用率低，而且橡胶的工艺性能和物理机械性能较有促进剂和活化剂的硫化体系低。3．用过氧化物硫化和树脂硫化各须注意哪些问题?过氧化物需注意：配方体系中不宜使用酸性促进剂，因为酸性易使自由基钝化。树脂硫化温度高、速度慢。4．用硫磺、有机多硫化物、过氧化物、树脂硫化时，其硫化胶性能有何特点?常硫量硫化体系：拉伸强度高、弹性大，耐疲劳性好；耐热、耐老化性能较差。半有效硫化体系：拉伸强度、弹性、耐疲劳性能始终；耐热、耐老化性能较差。有效硫化体系：耐热，耐老化性能较好，但拉伸强度、弹性、耐疲劳性能较差。平衡硫化体系：高强度、抗撕性、耐热氧、抗硫化返原、耐动态疲劳性和生热低。有机多硫化物：硫化胶以低硫键为主，故硫化胶具有良好的耐热、耐老化性能，但拉伸强度、耐疲劳性能较差，永久变形较大。有机过氧化物：由于交联键是C-C键，键能比低硫键高，故硫化胶的耐热、耐老化性能优越，压缩变形小，但拉伸强度和伸长率较低。酚醛树脂硫化：在硫化胶结构中没有热稳定性小的硫交联键，而是由热稳定性较高的C-C和C-O-C交联键，或因树脂大分子直接参与交联结构，所以显著地提高了耐热性能和化学稳定性。此外，又因交联键在硫化过程中的断裂程度很小，所以在高温下硫化几乎不出现硫化返原现象。5．传统硫化体系、有效硫化体系、半有效硫化体系对硫化胶结构与性能有何影响?其应用范围怎样?常硫量硫化化体系用量：S1.5份促进剂一份左右硫化胶结构：以多硫键为主（占70%），低硫键较少性能特点：拉伸强度高，弹性大，耐疲劳性好；耐热，耐老化性较差此硫化体系使得胶料交工的安全性好，加工成本低，性能能满足一般要求。有效硫化体系用量：S0.8-1.5份或部分给硫体代替，促进剂1-1.5份硫化胶结构：此硫化体系能使硫化胶形成占绝对优势的低硫键（90%）性能特点：耐热，耐老化性能较好，但拉伸强度、弹性、耐疲劳性较差多用于在静态条件下使用的制品，如耐油密封圈。半有效硫化体系用量：低S0.2-0.5份或部分给硫体代替促进剂2-4份硫化胶结构：多硫键，低硫键大体各占一半。性能特点：拉伸强度、弹性、耐疲劳性能适中；耐热，耐老化性能稍好此硫化体系多用于第4页共17页在动态条件下使用的制品，如轮胎胎侧。6．CR适用的硫化剂是什么?为什么不用硫磺硫化?CR适用的硫化剂是金属氧化物。因为CR中主要是-CH=CCl-结构，氯的存在减弱了其中双键的反应性，所以其硫化反应活性比NR/SBR/NBR低，不能用硫磺硫化。7．MgO在CR配方中的作用是什么?在高温（100℃以上）能提高硫化胶的定伸应力，并能吸收硫化过程中产生的HCl，在低温下具有稳定剂作用，能防止焦烧，但硫化时间长，且硫化程度不高。8．在过氧化物硫化体系中，硫化有什么作用?可配用少量硫磺作辅助硫化，使之生成少量的低硫键，提高硫化胶的强伸性能。9．在制定胎面胶配方时，常采用哪些促进剂?胎面胶应具有的使用性能：机械强度高，耐磨，弹性好，有一定的耐热、耐老化性能。因以合成胶为原料时，加入炉里作补强剂，它对胶料有促焦烧作用，故要求促进剂有一定长的焦烧时间，为此可选择常硫量+（噻唑类、次磺酰胺类）这样一种硫化体系。此硫化体系含适当低硫键和多硫键，可满足性能要求。10．促进剂并用形式有哪几种?如要提高DM和NOBS的硫化活性时，应并用何种促进剂?11．防焦剂的种类及特性①有机酸，如水杨酸、邻苯二甲酸（酐）。优点是价格便宜，缺点是仅对酸性促进剂起延滞作用，对次磺酰胺类促进剂无效又硬相硫化速度。②亚硝基二苯胺NDPA或NA应用最广，对硫化速度不产生干扰，在加工温度下易分散于胶料中，无喷霜危险。缺点是有勿扰，易使脚料颜色改变，仅限于神色胶料中使用③防焦剂CTP优点：不影响硫化胶的结构和性能，不影响硫化速度，CTP的焦烧时间的关系是线性的，可以随着调节诱导期长短，便于生产安全的控制。12．请指出NR、SBR、EPDM、NBR、BR的反应活性中心位置13．硫化曲线中的诱导期、硫化返原、硫化平坦期对一个企业的经济效益有何意义?硫化曲线中诱导期要足够长，充分保证生产加工的安全性，硫化速度要快，提高生产效率，降低能耗。硫化平坦期要长，硫化胶具有较好的机械性能。并不希望出现硫化返原，这会使硫化胶物理机械能能下降。14．活性剂(氧化锌和硬脂酸)在硫磺硫化体系中的作用是什么?氧化锌和硬脂酸所组成活性剂课结合形成硬脂酸锌盐，硬脂酸锌盐有较大的溶解能力，可参与硫化反应个过程，减少多硫键的数目，从而改善了耐热、耐老化性能。15．下列各种橡胶，哪些可以进行硫化反应?①过氧化物(NR、SBR、IIR、CR)②硫磺(NR、BR、IIR、CR)③金属氧化物(NR、CR、NBR、IIR)