橡胶工艺,

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§1.3 橡胶的加工
$ R. q( ^2 ?6 E" _ （1）橡胶的塑炼及塑炼工艺 将橡胶生胶在机械力、热、氧等作用下，从强韧的弹性状态转变为柔软而具有可塑性的状态，即增加其可塑性（流动性）的工艺过程称为塑炼。
) O; J  z  s& z0 i6 R    塑炼的目的是通过降低分子量，降低橡胶的粘流温度，使橡胶生胶具有足够的可塑性。以便后续的混炼、压延、压出、成型等工艺操作能顺利进行。同时通过塑炼也可以起到“调匀”作用，使生胶的可塑性均匀一致。塑炼过的生胶称为“塑炼胶”。如果生胶本身具有足够的可塑性，则可免去塑炼工序。
    塑炼的方法按所用的设备主要分为开炼机塑炼、密炼机塑炼和螺杆塑炼机塑炼。
9 ]& Z4 _  T1 h5 t1 p   ①开炼机塑炼 利用开炼机前后两个速度不同的辊筒形成的相对速度差所引起的撕拉力（剪切力），在逐渐缩小的辊距内对橡胶施以强烈的碾压和撕拉作用。这种机械作用，扯断了橡胶分子链，在空气中塑炼还伴有热和氧的裂解作用等，降低了橡胶的分子量，降低了粘流温度，使其可塑性增大。
    开炼机塑炼的影响因素有辊温、辊距、转速和速比、塑炼时间、炼胶容量、辊筒的工作长度、割刀次数和方式、胶料放置时间等。
   ②密炼机塑炼 将橡胶投到密炼机的密炼室内，对物料进行加压。密炼室内两个转子以不同的速度相向回转，使 被加工的生胶在转子间隙中、转子与密炼室壁的间隙中以及转子与上、下顶栓的间隙中受到不断变化的剪切、扯断、搅拌、折卷和磨擦的强烈的捏炼作用。在高温、快速和加压的条件下很快的提高橡胶的可塑性（塑炼）。 密炼机的塑炼作用主要靠转子机械作用和热氧化裂解作用。
3 k0 g( U- N5 y6 C; M8 R: j9 J    密炼机塑炼的影响因素有转子转速、密炼室温度、塑炼时间、容量和上顶压力等。由于密炼机塑炼属高温塑炼，塑炼效果随温度升高而增大，但温度高会导致橡胶分子链过度降解，致使胶料物理机械性能下降，而诸如丁苯橡胶，用密炼机塑炼时如超过140℃还会产生支化、交联，形成凝胶，反而降低可塑性，在170℃下塑炼还会生成紧密型凝胶，即使用精炼方法也不能使它消除。为了提高密炼机使用效率，通常对可塑性要求高的胶料（威氏可塑性在1.5以下者），需采用分段塑炼或加塑解剂塑炼。
   ③螺杆塑炼机塑炼 是用螺杆塑炼机的螺杆与机筒间的机械剪切力和高温热作用使橡胶分子链断裂。与开炼机和密炼机塑炼的差别是螺杆塑炼法中氧对生胶的作用较小。螺杆塑炼法有生产能力大、节电效果明显、操作简单容易掌握、可实现塑炼的连续化生产等优点。使用螺杆塑炼机塑炼时应该严格控制排胶温度在180℃以下，注意防止出胶后胶料表面氧化作用，并尽量避免产生夹生胶。
3 V4 i( l' B: ~% h    应用开炼机塑炼和密炼机塑炼时，都可采用塑解剂来加速塑炼过程。塑解剂是通过化学作用增强生胶塑炼效果、缩短塑炼时间的物质，又称化学增塑剂。它与一般物理增塑剂如油品、酯类脂肪酸衍生物类等相比，具有增塑效果强、用量少、且对橡胶制品物理机械性能几乎没有影响等特点。
5 E% H+ f2 I: |; \! ?/ h( z/ R塑解剂增强塑炼效果的作用机理主要有两方面：一是塑解剂在塑炼过程中受热、氧的作用，分解产生自由基，这些自由基能使橡胶大分子链发生氧化降解；二是塑解剂能封闭塑炼过程中橡胶大分子链断裂生成的端基，并使其丧失活性，不再重新结合，从而使可塑性增加。
. |& ]8 ]" K$ \$ o$ r    由于塑解剂的效能是随温度的升高而增强，所以在密炼机高温塑炼中使用塑解剂比在开炼机低温塑炼中更为有效。
（2）橡胶的混炼及混炼工艺 混炼是将塑炼胶或已具有一定可塑性的生胶，与各种配合剂经机械作用使之均匀混合的工艺过程。混炼过程就是将各种配合剂均匀地分散在橡胶中，以形成一个以橡胶为介质或者以橡胶与某些能和它相容的配合组分（配合剂、其它聚合物）的混合物为介质，以与橡胶不相容的配合剂（如粉体填料、氧化锌、颜料等）为分散相的多相胶体分散体系的过程。对混炼工艺的具体技术要求是：配合剂分散均匀，使配合剂特别是炭黑等补强性配合剂达到最好的分散度，以保证胶料性能一致。混炼后得到的胶料称为“混炼胶”，其质量对进一步加工和制品质量有重要影响。
    混炼常用的设备是开炼机和密炼机。
   ①开炼机混炼 开炼机混炼的必要条件是根据各种橡胶的粘弹性、松弛时间和转变温度等基本性质，选择合适的辊温（下表），使之处于包辊状态，以便进行混炼。
   
5 t8 Z& Y4 ?' _7 d$ Z                         表6各种橡胶开炼机混炼的适用温度

     胶 种      辊温，℃            胶 种         辊温，℃

              前 辊 后 辊                       前 辊 后 辊
$ B) N' |8 T- U
    天然橡胶 55～60 50～55          氯醚橡胶    70～75 85～90
    丁苯橡胶 45～50 50～60          氯磺化聚乙烯 40～70 40～70
/ L7 s" ]0 N8 C3 r/ Q, [. Q    丁腈橡胶 35～45 40～50          氯丁橡胶    ≤40　 ≤45
                                   丁基橡胶     40～45 55～60
                                   丙烯酸酯橡胶 40～55 30～50
    顺丁橡胶 40～60 40～60          聚胺酯橡胶   50～60 55～60
    乙丙橡胶 60～75 约85            聚硫橡胶     45～60 40～50

    加料顺序是影响开炼机混炼质量的一个重要因素。加料顺序不当会导致分散不均匀，脱辊、过炼，甚至发生早期硫化（焦烧）等质量问题。原则上应根据配方中配合剂的特性和用量来决定加料顺序，宜先加量少、难分散者。后加量大，易分散者；硫黄或者活性大、临界温度低的促进剂（如超速促进剂）则在最后加入，以防止出现早期硫化（焦烧）。液体软化剂一般在补强填充剂等粉剂混完后再加入，以防止粉剂结团、胶料打滑、胶料变软致使剪切力小而不易分散。
% f- _7 [9 Y% I' [    橡胶包辊后，按下列一般的顺序加料：橡胶、再生胶、各种母炼胶→固体软化剂（如较难分散的松香、硬脂酸、固体古马隆树脂等）→小料（促进剂、活性剂、防老剂）→补强填充剂→液体软化剂→硫黄→超促进剂→薄通→倒胶下片。
    对于某些特殊胶料（如硬质胶、海绵胶等），则需采取与上述一般加料顺序不同的混炼方法。
    除了辊温和加料顺序影响开炼机混炼质量之外，在操作上尚需注意：填胶容量不宜过多，否则不易混炼均匀，一般合成胶容量应比天然橡胶小一些。在保证混炼质量的前提下，混炼时间应尽量缩短，以防止胶料因过炼而导致物理机械性能下降和影响生产效率。辊筒速度和速比要适宜，既要有利于混合、分散，又不致因生热过快导致早期硫化（焦烧）。
+ C& i/ \9 P/ k: n2 T   ②密炼机混炼 密炼机通过转子、上下顶栓在密炼室中产生复杂的流动方式和高剪切力，使橡胶配合剂和粒状添加剂很快粉碎和均匀分散，是一种高效的混炼方法。但是高剪切力会使物料温度在混炼中迅速上升，一般会达到130℃。这已超过了大多数硫化系统的活化温度，会使胶料发生早期硫化（焦烧）。一般的做法是将大部分物料在密炼机中混炼，然后将胶料从密炼机排放到开炼机上，在开炼机上加硫化剂或超速促进剂。由于开炼机实际上只在辊缝线上对胶料有挤压作用，而提供了很大的冷却面积，致物料的温度降低。在这一阶段加入硫化剂可以避免胶料发生早期硫化（焦烧）。
3 m. i- O# U5 P" ]6 P密炼机混炼方法主要有一段混炼法、二段混炼法、引料法和逆混法：
    一段混炼法 指经密炼机和压片机一次混炼制成混炼胶的方法。通常加料顺序为：生胶→小料→填充剂或1／2→1／2炭黑→油料软化剂→排料。胶料直接排入压片机，薄通数次后，使胶料降至100℃以下，再加入硫黄和超促进剂，翻炼均匀后下片冷却。此法的优点是比二段混炼法的胶料停放时间短和占地面积小，其缺点是胶料可塑性偏低，填充补强剂不易分散均匀，而且胶料在密炼机中的炼胶时间长，易产生早期硫化（焦烧）。此法较适用于天然橡胶胶料和合成橡胶比例不超过50％的胶料。
/ J" e+ m1 Y) i3 [    二段混炼法 将混炼过程分为两个阶段，其中第一段同一段混炼法一样，只是不加硫黄和活性较大的促进剂，首先制成一段混炼胶（炭黑母炼胶），然后下片冷却停放8小时以上。第二段是对第一段混炼胶进行补充加工，待捏炼均匀后排料至压片机加硫化剂、超促进剂，并翻炼均匀下片。为了使炭黑更好地在橡胶中分散，提高生产效率，通常第一段在快速密炼机（40r／min以上）中进行，第二段则采用慢速密炼机，以便在较低的温度加入硫化剂。一般当合成胶比例超过50％时，为改进并用胶的掺合和炭黑的分散，提高混炼胶的质量和硫化胶的物理机械性能，可以采用二段混炼法。
    引料法 在投料同时投入少量（1.5～2Kg）预混好的未加硫黄的胶料，作为“引胶”或“种子胶”，当生胶和配合剂之间浸润性差、粉状配合剂混入有困难时，这样可大大加快粉状配合剂（填充补强剂）的混合分散速度。例如，丁基橡胶即可采取此法。而且不论是在一段、二段混炼法或是逆混法中，加入“引胶”均可获得良好的分散效果。
9 L4 V0 n/ A& y    逆混法 加料顺序与上述诸法加料顺序相反的混炼方法，即先将炭黑等各种配合剂和软化剂按一定顺序投入混炼室，在混炼一段时间后再投入生胶（或塑炼胶）进行加压混炼。其优点是可缩短混炼时间。还可提高胶料的性能。该法适合于能大量添加补强填充剂（特别是炭黑）的胶种，如顺丁橡胶、乙丙橡胶等，也可用于丁基橡胶。逆混法还可根据胶料配方特点加以改进，例如抽胶改进逆混法及抽油改进逆混法等等。
（3）橡胶的硫化、硫化条件及硫化方法　　橡胶的硫化是指在一定的温度和压力下，使橡胶分子从线形结构通过交联变为三维网状结构的工艺过程。是橡胶加工中最主要的物理—化学过程和工艺过程。硫化后的橡胶一般称为“硫化胶”。
8 i8 k! ?: N2 v$ Y4 K1 P    橡胶的硫化历程可以分为四个阶段：
   ①诱导期 胶料放入模腔内，随着温度上升，其粘度逐渐降到最低值，由于继续受热，橡胶开始轻度硫化。这一过程所需要的时间称为诱导期，通常称为焦烧时间。诱导期的长短决定着胶料的操作安全性能。
. u6 N9 ~8 M- w  }   ②热硫化期 是硫化反应的交联阶段，在这一阶段中，橡胶分子链逐渐生成三维网状结构，弹性和拉伸强度迅速提高。热硫化期的长短取决于胶料的配方，热硫化期常作为衡量硫化速度的尺度。硫化速度可以通过硫化曲线中热硫化阶段的斜率来定量表征。理论上讲，热硫化期越短越理想。
   ③正硫化期 又称平坦硫化期，是硫化胶物理性能维持最佳值所经历的时间范围。达到这一阶段所对应的温度时间分别称为正硫化温度与正硫化时间，合称为“正硫化条件”。正硫化期在硫化历程图上表现为一个平坦区。正硫化期的长短取决于硫化配合剂的选择，也与硫化温度相关。
   ④过硫化期 相当于硫化过程中三维网络形成阶段的后期。这一阶段中，主要是交联键发生重排、裂解等副反应，因此表现为胶料的物理机械性能显著下降。若分析图中的过硫化阶段，则可以出现两种情况：（A）曲线保持较长的平坦期后再下降称为硫化返原现象，此时硫化胶变软变粘。通常用硫黄硫化的天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等会出现这种情况。（B）曲线继续上升，硫化胶变硬变脆。这是由结构化作用或断裂后的交联键重新交联引起的，通常非硫黄硫化的丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等会出现此类现象。                                       图8橡胶硫化历程图
    橡胶硫化过程中的温度、压力和时间等条件对硫化胶的质量具有决定性影响，通常称为：硫化三要素：
) ]8 }$ N; O' r. f/ y5 I8 x   ①硫化压力 一般橡胶制品（除胶布等薄制品外）在硫化时往往要施加一定的压力。用以防止制品在硫化过程中产生气泡，提高硫化胶的致密性；使胶料充分流动并充满模具；提高橡胶与骨架材料间的密着度；提高胶料的物理机械性能（或橡胶制品的使用性能）。
7 l$ T4 n" o1 J9 t" \    在一定的范围内，随着硫化压力的增加，硫化胶的拉伸强度、动态模量、耐疲劳性和耐磨性等都会相应地提高。
通常，对硫化压力的选取应根据胶料的配方、胶料的可塑性、产品的结构等来决定。各类橡胶制品的适宜硫化压力范围如表8.4－7所示。
9 [: M' c8 j+ w/ `    硫化的加压方式通常有以下几种：一是用平板硫化机将液压泵的压力传递给模型，由模型再传递给胶料；二是有硫化介质（如蒸汽）直接加压；三是由压缩空气加压；四是由注射机的活塞加压等。在热空气连续硫化、红外线或远红外线硫化时，则采用常压。
   ②硫化温度与硫化时间　硫化温度是橡胶进行硫化反应的基本条件，直接影响硫化速度和硫化胶的性能。各种橡胶的适宜硫化温度为：
; z  }7 [9 O' B, B1 C( j8 B* _0 F    天然橡胶＜143℃ 异戊橡胶＜151℃ 顺丁橡胶＜151℃
8 s' m5 K! _. U1 C6 g    丁苯橡胶＜180℃ 氯丁橡胶＜151℃ 丁腈橡胶＜180℃

                        表7各类橡胶制品的适宜硫化压力
0 G1 I6 i" f. l( W
               制品类型      加压方式        硫化压力，MPa
) v( F) ~: K, \# s8 q6 M( L
               模型制品     平板硫化机       2.4
                           注射机加压       120～150
               汽车外胎     水胎过热水加压   2.2～4.8
* X& I3 q! ~8 f* @                            外模加压        15.0
               传动带       平板硫化机       0.9～1.6
               输送带       平板硫化机       1.5～2.5
% U+ c9 ^% g( P- [               胶管（缠水布）直接蒸汽加压     0.3～0.5
. D+ q9 g' Y- }) D* E  @6 K               胶鞋，       热空气或混气加压  0.2～0.4
6 y9 C! h1 D5 @               薄胶布       直接蒸汽加压      0.1～0.3

3 h& Y# p# H( S9 [" S  K: N    橡胶制品的硫化的方法可按使用设备类型、加热介质种类和硫化工艺方法等分类：
                                                              
- r! c2 X; H0 K' |3 m6 C) f0 Q6 E: e' M

  好贴 ＋5胶币

胶大

难得的工艺好贴。多谢！！

dsc152

楼主继续啊，建议斑竹对优秀的帖子进行加分。

rambo

好贴,同楼主发的《橡胶配方设计程序》同样精彩！

mali0217

谢谢啊！

sp2000

很好的资料

zwb_369

资料很好，好像在加工工艺中看过，哈哈。。。

huang740914

基础我要学

小学徒

好铁！做启蒙培训太好了！！

huang740914

温故知新