橡胶加工工艺课件

2019/8/161徐卫兵(WeibingXu)Dept.ofPolymerScienceandEngineeringOffice:Room401,ShenghuaBuildingTel:2901455Email:[e-mail]22019/8/16课程的内容与学时分配章次内容学时数一绪论1二生胶材料6三配合剂及其配合特性5四橡胶配方设计2五橡胶的塑炼与混炼4六橡胶加工工艺及设备4七橡胶的硫化2总学时数24橡胶加工工艺RubberProcessingTechnology32019/8/16选用教材和参考书目选用教材：《橡胶及塑料加工工艺》，张海等编，北京：化学工业出版社。主要参考书目：1．《材料配合与混炼加工（橡胶部分）》，杜军,袁仲雪主编，北京：化学工业出版社，2003。2．《实用橡胶制品生产技术第二版》，纪奎江主编，北京：化学工业出版社，2001。3.《实用橡胶工艺学》，杨清芝主编，北京：化学工业出版社，2006。42019/8/16第一章绪论１．橡胶：定义ASTM-D1566(AmericaSocietyofTestandMaterial)。►橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速而有力地恢复其变形，能够被改性(硫化)。改性的橡胶实质上不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯、甲乙酮、乙醇—甲苯混合物等溶剂中。改性的橡胶室温下（20~27℃）被拉伸到原来长度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min内恢复到原来长度的1.5倍以下，具有上述特征的材料称为橡胶。►注：1）橡胶是一种材料，具有特定的使用性能和加工性能，属有机高分子材料。2）橡胶在室温下具有高弹性。3）橡胶能够被改性是指它能够硫化。4）改性的橡胶即硫化胶不溶解但能溶胀。一、基本概念52019/8/16ASTMD1566-90•Materialthatiscapableofrecoveringfromlargedeformationsquicklyandforcibly,andcanbe,oralreadyis,modifiedtoastateinwhichitisessentiallyinsoluble(butcanswell)insolvent,suchasbenzene,methylethylketone,andethanoltolueneazeotrope.•Arubberinitsmodifiedstate,freeofdiluents,retractswithin1mintolessthan1.5timesitsoriginallengthafterbeingstretchedatroomtemperature(20to27℃)totwiceitslengthandheldfor1minbeforerelease.62019/8/16２．生胶：没有加入配合剂且尚未交联的橡胶。一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。３．混炼胶：生胶与配合剂经加工混合均匀且未被交联的橡胶。常用的配合剂有硫化剂、促进剂、活性剂、补强填充剂、防老剂等。４．硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。72019/8/16二、橡胶材料的特点1.高弹性：弹性模量低，伸长变形大，有可恢复的变形,并能在很宽的温度（-50~150℃）范围内保持弹性。2.粘弹性：橡胶材料在产生形变和恢复形变时受温度和时间的影响，表现有明显的应力松弛和蠕变现象，在震动或交变应力作用下，产生滞后损失。3.电绝缘性：橡胶和塑料一样是电绝缘材料。82019/8/164．有老化现象：如金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因为环境条件的变化而产生老化现象，使性能变坏，寿命下降。5.必须进行硫化才能使用，热塑性弹性体除外。6.必须加入配合剂。其它如比重小、硬度低、柔软性好、气密性好等特点，都属于橡胶的宝贵性能。92019/8/16三、表征橡胶物理机械性能的指标１．拉伸强度：又称扯断强度、抗张强度，指试片拉伸至断裂时单位断面上所承受的负荷，单位为兆帕（MPa），以往为公斤力／平方厘米（kgf/cm2）。２．定伸应力：旧称定伸强度，指试样被拉伸到一定长度时单位面积所承受的负荷。计量单位同拉伸强度。常用的有100％、300％和500％定伸应力。它反映的是橡胶抵抗外力变形能力的高低。102019/8/163．伸长率：试片拉断时，伸长部分与原长度之比；用百分比表示,%。4．永久变形：试样拉伸至断裂后，标距伸长变形不可恢复部分占原始长度的百分比。在解除了外力作用并放置一定时间(一般为3min)，以%表示。112019/8/16122019/8/16裁刀各部位尺寸（单位：mm）部位1型2型3型4型A总长1157511060B端头宽度25±112.5±1.025±14.0±0.5C两工作标线间距离25±0.525±0.525±0.525±0.5D工作部分宽度6.0±0.404.0±0.13.2±0.11.0±0.1E小半径14±18.0±0.514±130±1F大半径25±212.5±1.020±1—厚度2.00±0.032.00±0.032.00±0.031.00±0.10132019/8/16裤型试样（BS903/A3-1982）(单位：mm)裤型试样在试验机上的位置5．撕裂强度：将特殊试片（带有割口或直角形）撕裂时单位厚度所承受的负荷，表示材料的抗撕裂性，单位为kＮ/ｍ。142019/8/16６．回弹性：又称冲击弹性，指橡胶受冲击之后恢复原状的能力，以%表示。152019/8/16７．硬度：表示橡胶抵抗外力压入的能力，常用邵尔硬度计测定。橡胶的硬度范围一般在20~100之间，单位为邵氏A。162019/8/16邵尔硬度主要部位尺寸部位型号HDdeA型351/42.500.041.30.50.80.022.5~3.2C型3012.500.041.30.50.20.0242.5~3.2D型3012.500.041.250.15R0.10.012①30.5172019/8/168.磨耗将试样与砂轮在一定倾斜角度和一定的负荷作用下进行摩擦，测定试样一定里程的磨耗体积。将试样轮夹在胶轮轴上，电机通过减速系统带动试样轮在胶轮轴上作顺时针方向旋转，负荷托架上的试验用重砣使砂轮紧贴在试样轮上，并保证砂轮向左的（即作用在试样轮上）横向作用力为26.7N±0.2N，砂轮做逆时针方向转动。（1）胶轮轴与砂轮轴之间的夹角：15º±0.5º、25º±0.5º；试样的行驶里程：1.61km（2）阿克隆磨耗机使用的砂轮砂轮尺寸：直径150mm，厚度25mm,中心孔直径32mm.（3）砂轮材料组成：磨料为氧化铝，粘合剂为陶土，粒度为36#，硬度为中硬度2。（4）试样夹板：夹板直径56mm，工作面厚度12mm.阿克隆磨耗试验机182019/8/16四、橡胶的发展历史•1．天然橡胶的发展历史•考古发现，人类在11世纪就开始使用橡胶—在南美制造橡胶球、橡胶鞋及橡胶瓶。1493年~1496年哥仑布发现新美洲大陆时，发现海地岛上土人玩的球能从地上弹起来，此后，欧洲人才知道橡胶的这种性质。1735年，法国科学家Condamine参加南美洲科考，带回了最早的橡胶制品。直到1823年，英国人马辛托希创办了世界上第一个橡胶厂，生产防水布，这是橡胶工业的开始。•1839年，Goodyear发明了硫化，这两项发明为橡胶工业的发展奠定了基础。•1862年，Honcock发明了双辊机•1876年，英国开始在东南亚殖民地国家种植橡胶树•1888年，Dunlop发明了充气轮胎•1904年，发现硫化活化剂ZnO，炭黑可以补强•1906年，发现促进剂苯胺•1921年，发现促进剂D，从此橡胶工业得到迅速发展。192019/8/16•2．合成橡胶的发展历史•（1）对天然橡胶的剖析和仿制•1820年，法拉第明确了橡胶由C和H组成；1860年，威廉姆斯（Williams）发现橡胶经蒸馏可产生异戊二烯化合物，并认为它是橡胶的基本化学组成；1875年，鲍查达（Bouchardat）认为异戊二烯能合成出类似橡胶的物质，这是最早的关于人工合成橡胶的报道。202019/8/16•（2）合成橡胶的诞生、建立与发展•1881年霍夫曼用1，3-戊二烯合成橡胶；•1900年，前苏联孔达科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯合成出橡胶；•1929年，美国齐柯尔（Thiokol）公司生产了聚硫系合成橡胶；1931年，美国DuPont公司生产CR；1932年前苏联工业生产了丁钠橡胶后，相继生产的合成橡胶有SBR（1935年德国Farbon公司）、NBR（1937年德国Farbon公司）；50年代，Zeigler—Natta发现了定向聚合，导致了橡胶工业的新飞跃，出现了BR（1960年美国Phillips公司）、EPDM（1960年意大利Montedison公司）、IR等新胶种，1965~1973年间出现了热塑性弹性体。212019/8/16•3．国内橡胶工业的发展概况•我国从1904年开始在雷州半岛等地种植NR，50年代将橡胶树北移种植成功，并在云南、广西等地大面积种植，现在，我国NR产量占世界第四位。•1915年，在广州建立第一个橡胶加工厂—广州兄弟创制树胶公司，生产鞋底•1919年，在上海建立清和橡皮工厂•1927年，在上海建立正泰橡胶厂，生产胶鞋•1928年，建立大中华橡胶厂，生产胶鞋•1937年，日本在青岛建立现在的青岛橡胶二厂•我国从1958年开始合成橡胶，国产第一块合成胶是四川长寿化工厂于1958年生产的CR，1960年兰州化工厂生产SBR，1962年兰化生产NBR。目前国内几家大石化如燕山石化、兰州石化、齐鲁石化、高桥石化等均生产合成橡胶，通用的合成橡胶除了IIR外，其它均能生产。222019/8/16•我国橡胶工业从50年代后开始飞速发展，逐渐形成了以上海的正泰、大中华，青岛的橡胶二厂，黑龙江的桦林橡胶厂为中心的橡胶工业格局号称橡胶界的四大家族。其中正泰、大中华生产胶鞋、胶带，胶二和桦林生产轮胎。到1990年止，全国县级以上的橡胶企业就有1000多家，产值180亿元。•90年代，我国橡胶工业得到了蓬勃发展，个体、私营橡胶企业如雨后春笋般发展起来。96年以后由于受气候等因素的影响，世界NR的产量锐减，致使NR的价格飞涨，橡胶工业的发展受到一定程度的影响，但在国内工业总产值、化工工业总产值中仍然占有相当比重。•橡胶企业主要集中在北京、上海、山东、沈阳、贵阳、重庆、安徽、浙江等地。232019/8/16橡胶工业“十一五”科学发展规划•发展方针•认真实施科学发展、循环经济和名牌战略，转变增长方式；技术创新、产品创新、效益创新，以节能、安全、环保新产品替代现有老产品，实现企业效益最大化；进一步发展大型企业、企业集团和区域集约化生产，使中国逐步成为橡胶强国。•总体目标•以8%～10％的年增长速度发展，利税力争同步增长，主导产品出口占35％左右，节能降耗、资源利用,要切实实现国家“十一五”发展纲要提出的目标，并争取有新突破。242019/8/16•轮胎•年总产量拟控制在3亿～3.2亿条，子午化率不低于70%。半钢子午胎基本实现无内胎化，为经济型轿车配套的轮胎要安全、节能、环保；积极发展50、45、40、35、30系列高档轮胎和跑气保用轮胎。全钢子午胎要发展无内胎和公制宽基轮胎，全钢子午胎占子午胎总量的比例宜控制在20%～25％。工程机械轮胎要积极发展子午胎。同时，不应再扩大斜交胎产能，尤其是不能以合资、合作等名义新建斜交胎厂，逐步淘汰60万套以下规模的斜交胎企业。积极推进充氮硫化等新工艺的应用；淘汰子午胎刷汽油等落后工艺；禁止割标胎和无三包轮胎在市场流通，实行轮胎召回制；限制并逐步取消轮胎外包装。252019/8/16•橡胶制品•非轮胎汽车用橡胶制品，重点培育品牌，扶持大公司、大企业集团，满足各类汽车对密封、减震、制动、传动和输油输气等配