第十四章橡胶成形物料及配制

第四篇橡胶成形2第十四章橡胶成形原料及配制第十五章橡胶制品成形第十六章橡胶制品硫化3第十四章橡胶成形原料及配制14.1橡胶成形原料14.2橡胶胶料的配制4橡胶制品成形工艺过程：包括胶料配制、成形和硫化三个阶段成形胶料配制工艺：通常包括塑炼和混炼两个工序许多合成橡胶在合成过程中便控制分子量，可不进行塑炼而直接混炼514.1橡胶成形原料14.1.1橡胶14.1.2配合剂14.1.3骨架材料614.1橡胶成形原料橡胶制品原料：基本组分橡胶、配合剂、骨架材料14.1.1橡胶一、橡胶原料分类最基本橡胶原料是橡胶生胶，有时采用部分再生胶和硫化胶胶粉橡胶生胶：指可以发生粘性（或塑性）形变进行成形（即具有可塑性）的线性分子橡胶材料（按照物理性状）生胶：捆包胶、粉末橡胶、液体橡胶和热塑性弹性体等7捆包胶：由天然胶乳或合成胶乳经凝聚、干燥、捆包而成的胶块捆包胶是目前橡胶制品成形最重要的生胶品种粉末橡胶：粒径在1mm以下的细粉粒状固体生胶粉末橡胶不需塑炼而直接混炼8液体橡胶：室温下为粘稠状流动液体、分子量l万以下的橡胶齐聚物液体橡胶有分子内带有活性官能团和分子末端带有活性官能团两种类型热塑性弹性体：具有热塑成形特点而不需要硫化即具有类似于硫化胶性能9再生胶：将废旧橡胶制品和橡胶制品边角废料进行部分降解以破坏网状结构、从而获得可塑性并能再硫化的回用橡胶硫化胶胶粉：将废旧橡胶制品不经再生而直接粉碎制成的胶粉制法：常温粉碎、低温粉碎和超微细粉碎（根据来源）生胶：天然橡胶和合成橡胶简要介绍（略）：NR、BR、SBR、IIR、EPR、NBR及部分其他橡胶1014.1.2配合剂配合剂：硫化剂、硫化促进剂、硫化活性剂、防焦剂、填充剂、防老剂、增塑剂及其它用途配合剂橡胶制品硫化体系：硫化剂、硫化促进剂、硫化活性剂和防焦剂构成硫化体系：硫黄硫化体系和非硫黄硫化体系两类配合剂要求：高度分散性，容易与生胶混合均匀，有良好亲合力和相容性，不含有有害杂质，无毒无害，挥发和迁移性小，不影响人体健康和污染环境11一、硫化剂硫化剂（交联剂）：能使橡胶发生硫化的化学物质种类：硫黄、硒、碲、含硫化合物、有机过氧化物、金属氧化物、树脂、醌类化合物、胺类化合物等硫黄硫化体系：硫黄、硒、碲及含硫化合物等归为硫黄硫化剂，主要用于天然橡胶和二烯类合成橡胶非硫黄硫化体系：采用非硫黄硫化剂的硫化体系，主要用于饱和度较大的各种合成橡胶12硫黄：分子是由八个硫原子组成的八元环，室温下浅黄色或黄色固体结晶形及无定形两种形态，结晶型硫有斜方形硫（α型）和单斜形硫（β型），无定形硫有液状硫黄（λ型）和粘性硫黄（μ型），粘性硫黄化学活性最大，因此硫化橡胶制品在120~160℃范围内进行13橡胶工业用硫黄：硫黄粉、不溶性硫黄、胶体硫黄、沉淀硫黄、升华硫黄等，一般多采用硫黄粉橡胶工业对硫黄的性能要求：①最主要是纯度，杂质含量不能超过上限；②其次是硫黄的分散度，硫黄粒子低于3~5μm时容易结团；③再次是硫黄的酸价，酸价过大，会迟延胶料的硫化14硫黄在橡胶中的溶解度随温度的升高而增大喷硫现象：当温度降低时可能过饱和，过量硫黄会析出而在胶料表面形成结晶危害：破坏硫黄在胶料中分散的均匀程度，使胶料表面的粘着力降低，给成形带来困难原因：混炼不均匀、混炼温度过高、硫黄用量过多和停放时间过长等15措施：在尽可能低温度下或至少在硫黄熔点以下短时间混炼，使硫黄在胶料中均匀分散；配方中加入再生胶、瓦斯炭黑、软化剂等增加硫黄溶解度；加入吸附硫黄的配合剂硫黄用量：软质天然橡胶硫化胶不超过3%，半硬质硫化胶20%~30%，硬质胶可30%~47%16二、硫化促进剂硫化促进剂（简称促进剂）：凡能加快硫化反应速度，缩短硫化时间，降低硫化反应温度，减少硫化剂用量并能提高或改善硫化胶的物理力学性能的配合剂类型：无机促进剂和有机促进剂两类无机促进剂促进效果小，硫化胶性能差，很少采用目前普遍采用有机促进剂，最常用品种数十种，分噻唑类、秋兰姆类、次磺酞胺类、胍类、二硫代氨基甲酸盐类、醛胺类、黄原酸盐类和硫脲类八大类17国际上习惯以硫醇基苯并噻唑（促进剂M）的硫化速度为标准硫化速度大于促进剂M的称为超速或超超速促进剂硫化速度低于促进剂M称为中速或慢速促进剂与M相同或相近的称为准速促进剂18对于硫化促进剂通常要求：较高的活性及硫化临界温度、硫化平坦线长、对橡胶老化性能及物理力学性能不产生恶化作用等促进剂通常并用：彼此取长补短，通常将用量多的称为第一促进剂，用量少的称为第二促进剂，第一促进剂通常使用噻唑类，第二促进剂通常使用秋兰姆类、胍类和醛胺类191．噻唑类主要品种两种：硫醇基苯并噻唑（促进剂M）和二硫化二苯并噻唑（促进剂DM）促进剂M为通用型促进剂，用作第一促进剂时用量1~2份；促进剂DM为淡黄色粉末，常与其它促进剂并用以提高活性，用量一般0.5~2.0份促进剂M促进剂DM202．秋兰姆类秋兰姆类属于超速促进剂，最常用品种是二硫化四甲基秋兰姆（促进剂TAMTD，简称TT），用量一般0.2~0.3份21三、硫化活性剂硫化活性剂（活性剂、活化剂、助促进剂）：可提高促进剂的活性，提高硫化反应速度；可提高硫化胶交联度和影响交联键类型，提高和改善硫化胶性能种类：无机物和有机物两类，常用活性剂有氧化锌、氧化镁和硬脂酸22四、防焦剂防焦剂（硫化迟延剂、硫化迟缓剂、迟效剂）：防止胶料在成形和贮存过程中发生焦烧现象又不影响硫化速度的物质对防焦剂的要求：能延长焦烧时间，不影响硫化速度，本身不具有交联作用，对硫化胶性能没有不利影响，无毒价廉防焦剂主要种类有有机酸类、亚硝基类和硫代亚胺类等化合物23五、防老剂防老剂：凡能抑制橡胶老化过程的物质（按防护原理）类型：物理防老剂和化学防老剂两类（按防护作用）类型：抗氧剂、抗臭氧剂、曲挠龟裂抑制剂、有害金属抑制剂、紫外线吸收剂等物理防老剂：借助物理隔离发挥防护作用，主要有石蜡、微晶蜡等物质化学防老剂：通过化学作用与游离基发生氢转移，阻止或抑制橡胶的老化过程而起到防老化作用（主要有胺类和酚类）24六、软化剂（按作用机理）橡胶增塑剂：物理增塑剂（或称软化剂）和化学增塑剂（或者塑解剂、化学塑解剂）两类软化剂：作用原理是增大橡胶分子间距离，降低分子间作用力，降低混炼胶粘度，改善成形性能，提高制品弹性和耐寒性，降低制品硬度软化剂类型：主要包括石油系、煤焦油系、松焦油系、脂肪油类、脂肪酸类、合成酯类等25塑解剂：能增强生胶塑炼效果，缩短塑炼时间，提高塑炼效率的物质塑解剂类型：多是含硫化合物如噻唑类、胍类促进剂、硫酚、亚硝基化合物等26七、填充剂（按作用）橡胶填充剂：补强填充剂和惰性填充剂两类（按物性）橡胶填充剂：无机填充剂和树脂填充剂两类常用补强剂：炭黑、白炭黑、碳酸镁、活性碳酸钙、活性陶土、古马隆树脂、松香树脂、聚苯乙烯树脂、酚醛树脂、木质素等常用增容剂：硫酸钡、滑石粉、云母粉等（按形状）橡胶填充剂：粉末填料和纤维填料，纤维类填料主要有石棉、玻璃纤维和有机短纤维等27炭黑：用量仅次于生胶而居第二位的原材料，用量占橡胶耗用量40%~50%补强机理：炭黑表面具有不均匀特性，表面有系列能量不等的活性点且能沿炭黑粒子表面移动，橡胶链与炭黑表面活性点间的吸附多数是物理吸附，少量为化学吸附受外力作用时物理吸附点的解吸和化学吸附点的滑动将吸收和缓冲外力的作用能量吸附点的解吸、滑动将使橡胶内部的应力出现被大多数橡胶分子链均化分担的效应28图14.1炭黑补强机理模型(a)原始状态(b)中等拉伸，AA’滑移(c)再拉伸，AA'再滑移，BB’也发生滑移，全部分子链高度取向(d)恢复，炭黑粒子间的分子链有相等的长度，应力软化29八、其它配合剂其他配合剂：着色剂、偶联剂、发泡剂、阻燃剂、溶剂、隔离剂、增粘剂、脱模剂、发泡剂、乳胶专用配合剂等3014.1.3骨架材料骨架材料：由纺织纤维、钢丝、玻璃纤维等各种纤维经编织制成，主要有帘布、帆布、线绳、钢丝及金属骨架等类型一、骨架材料用纤维骨架材料纤维：主要是锦纶、涤纶、钢丝、强力粘胶纤维；其次是维纶、玻璃纤维、芳纶等；极个别产品采用棉纤维31二、骨架材料类型1．线绳和钢丝直接采用单根形式的线绳或钢丝，在制品中按特定的密度、角度和层数排列以实现增强的作用丝绳主要用于输送带、传动带和高压胶管等制品；轮胎胎圈使用钢丝322．帘布帘布：经线密纬线疏、按平纹组织编织而成的布型织物，介于单根帘线与完全织物之间品种：锦纶帘布、涤纶帘布、芳纶帘布、钢丝帘布、强力粘胶帘布、维纶帘布、玻璃纤维帘布、棉帘布等应用：轮胎制品，其次还用于三角带、编织和缠绕胶管等图14.2帘布结构示意图333．帆布帆布：经纬线密度和规格相同，和普通布结构同品种：锦纶帆布、涤纶帆布、维纶帆布、棉帆布、交织帆布等应用：输送带、传动带、三角带、夹布胶管、胶鞋和其他胶布制品4．金属骨架减震制品常常采用金属板等骨架，内胎气门嘴通常采用金属嘴34图14.3内外骨架油封断面结构及产品示意图3514.2橡胶胶料的配制14.2.1炼胶设备14.2.2生胶的塑炼14.2.3胶料的混炼3614.2橡胶胶料的配制成形胶料的配制工艺：包括原材料处理、生胶塑炼和胶料混炼等工序14.2.1炼胶设备炼胶设备类型：开放式炼胶机、密闭式炼胶机和螺杆挤出机一、开放式炼胶机开放式炼胶机（开炼机）：主要用于橡胶的塑炼、混炼、热炼、压片和供胶，可用于再生胶生产中的粉碎、捏炼和精炼，广泛应用于塑料混炼和油漆颜料工业371．分类及规格（按橡胶工艺用途）类型：塑炼机、混炼机、压片机、热炼机、破胶机、洗胶机、精炼机等（按结构及传动形式）类型：标准型、整体型和双电机传动型三种规格：采用“辊筒工作部分直径×辊筒工作部分长度”表示，目前国产开炼机只采用辊筒直径表示规格并冠以汉语拼音符号以表示机台型号和用途38表14.1开炼机类型392．基本结构开炼机结构：辊筒、调距装置、安全制动装置、调温装置、辊筒轴承、机架、横梁、机座、润滑装置和传动装置等（1）辊筒辊筒是最主要部件，用途不同，辊筒工作表面形状不同塑炼、混炼、热炼、压片的辊筒表面均为光滑表面破胶、洗胶、粉碎的辊筒表面多为带沟纹的特殊构形精炼的辊筒表面光滑且呈腰鼓形开炼机辊筒有中空结构和圆周钻孔结构两种，大型开炼机多采用圆周钻孔结构40（2）调距装置常用调距装置：有手动式、电动式和液压传动式三种，目前开炼机多以手动式和电动式为主，部分采用液压传动形式，调距范围一般0.1~15mm手动式适用于中、小型开炼机，大规格开炼机普遍采用电动式41（3）安全制动装置安全制动装置：包括安全装置和制动装置两部分安全装置：防止胶料过多、过硬或落下金属杂物而发生超负荷时主要零部件损坏常见有安全垫片和液压安全装置两类制动装置（即紧急刹车装置）：保障开炼机工作时人身和设备的安全应用较多制动装置是由安全拉杆和制动器两部分组成（还有按钮刹车）42（4）辊温调节装置常用辊温调节装置：开式辊温调节装置和闭式辊温调节装置两种，前者多用于炼胶机，后者多用于炼塑机开式调温装置的冷却效果好，但冷却水消耗量大；闭式辊温调节装置的冷却效果差，但冷却水消耗量少大规格热炼机和压片机需采用钻孔式辊筒43（a）开式辊温调节装置的辊筒（b）闭式辊温调节装置的辊筒图14.4开炼机辊筒的结构1－辊筒2－水管3－堵头4－漏水斗5－导向盘6－套筒7－密封套8－填料443．工作原理及参数（1）工作原理橡胶生胶塑炼时促使橡胶分子链氧化断裂，橡胶胶料混炼时促使胶料各组分相对位置不断更新而实现均匀混合45（2）主要工作参数主要工作参数：辊速、速比、速度梯度、容量和生产能力等影响生产能力的因素：炼胶容量、辊筒直径及长度、辊距、速比、辊速、炼胶温度、炼胶时间和操作方法等46二、密闭式炼胶机密闭式炼胶机（密炼机）：主要用于橡胶塑炼和混炼，也用于塑料、沥青料、油毡料和搪瓷料的混炼，橡胶工业炼胶设备以密炼