橡胶工艺学多媒体教程(绪论)

1、 吴明生吴明生TelEmail: 高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院2绪 论4学时橡胶工艺学橡胶工艺学精品课程多媒体教程精品课程多媒体教程主要内容主要内容： （1）橡胶的概念与特征 （2）橡胶工艺学的主要内容 （3）橡胶的发展历史及趋势 （4）橡胶的应用本章重点与难点本章重点与难点： （1）橡胶的概念 （2）橡胶材料的特征 （3）橡胶配方的组成及作用橡胶是一种橡胶是一种材料材料，能够在大的变形下迅能够在大的变形下迅速恢复其形变速恢复其形变；能够被；能够被改性改性；改性的橡改性的橡胶不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯、甲胶不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯、甲乙酮、乙醇和甲苯

2、混合液等溶剂中乙酮、乙醇和甲苯混合液等溶剂中；改；改性的橡胶在室温下被拉伸到原长的性的橡胶在室温下被拉伸到原长的2倍倍并保持并保持1min后除掉外力，它能在后除掉外力，它能在1min内恢复到原长的内恢复到原长的1.5倍以下。倍以下。有机高分子材料有机高分子材料（polymer)高弹性高弹性(elasticity)硫化硫化（curing)硫化橡胶不溶解，硫化橡胶不溶解，但能溶胀但能溶胀粘弹性粘弹性(viscoelasticity)永久变形永久变形(set)小小形变回复迅速而有力形变回复迅速而有力回弹性（回弹性（elastic resilience）小应力（小应力（stress）下大变形（）下大变

3、形（strain）（）（1000%）弹性模量弹性模量(elasticity modulus)低低高弹性（橡胶最典型特征）表现粘弹性粘弹性（ viscoelasticity）蠕变（蠕变（creep）应力松弛（应力松弛（stress relaxation）滞后损失（滞后损失（hysteresis loss）抗冰滑性抗冰滑性抗湿滑性抗湿滑性滚动阻力滚动阻力生热性生热性损耗因子损耗因子（loss tangent）轮胎的高速行驶性能，生热轮胎的高速行驶性能，生热轮胎轮胎抗湿滑抗湿滑和和抗冰滑抗冰滑能力能力汽车耗油能力汽车耗油能力减震制品的减震制品的减震减震能力，能力，阻尼阻尼橡胶的橡胶的加工性能加工性能

4、heat generationwet skid resistance ice skid resistancevibration dampingdampprocessing property其他概念其他概念生胶生胶raw rubber混炼胶混炼胶compounded stock硫化胶硫化胶vulcanizate橡胶材料的特征橡胶材料的特征高弹性、粘弹性高弹性、粘弹性气密性、耐水、气密性、耐水、能燃烧、比重轻能燃烧、比重轻电绝缘性电绝缘性(insulating property)有老化（有老化（aging）现象）现象传热慢传热慢模量低、强度低模量低、强度低gas-tightnessconducti

5、on of heatmodulus性能测试性能测试橡胶橡胶配合配合配合与配合与配方配方配合内容配合内容配方组成配方组成各成分作用各成分作用表示方法表示方法配方设计配方设计橡胶加工橡胶加工 炼胶炼胶(compounding) 压延压延(calendering) 挤出挤出(extruding) 成型成型(assembling) 硫化硫化(curing)Textcompoundformula/recipeformulation 是指根据制品的性能要求性能要求，考虑加工加工工艺性能工艺性能及成本成本等因素，将生胶和各种配合剂按照一定的比例组合在一起的过程。 橡胶配方橡胶配方：生胶与各种配合剂按照一定比

6、例的一种组合，称为一种配方。 橡胶配合的主要内容：橡胶配合的主要内容： （1）确定生胶及配合剂的品种 （2）确定配合剂的用量和配比 （3）确定配合剂的性能指标 （4）计算配方成本（一）橡胶的配合（一）橡胶的配合1 1、橡胶配方的组成橡胶配方的组成配方配方生胶生胶(raw rubber)：天然橡胶、通用合成橡胶、特种合成橡胶天然橡胶、通用合成橡胶、特种合成橡胶硫化体系硫化体系(curing system)：由硫化剂、促进剂、活化剂组成由硫化剂、促进剂、活化剂组成补强填充体系：补强剂（炭黑、白炭黑、短纤维等）、补强填充体系：补强剂（炭黑、白炭黑、短纤维等）、 填充剂（碳酸钙、陶土、滑石粉、粘土）填

7、充剂（碳酸钙、陶土、滑石粉、粘土）防护体系：防老剂、光屏蔽剂、防霉剂防护体系：防老剂、光屏蔽剂、防霉剂增塑与操作体系：增塑剂、润滑剂、分散剂、防焦剂等增塑与操作体系：增塑剂、润滑剂、分散剂、防焦剂等特种配合体系：增粘剂、着色剂、阻燃剂、导电剂、发泡特种配合体系：增粘剂、着色剂、阻燃剂、导电剂、发泡 剂、抗静电剂、香味剂、抗返原剂等剂、抗静电剂、香味剂、抗返原剂等2 2、橡胶配方各成分的作用橡胶配方各成分的作用生胶生胶：主体材料或基体材料，决定制品主要性能硫化体系硫化体系：硫化剂硫化剂的作用是与橡胶大分子反应， 形成交联键，提高制品的性能和 稳定制品的形状； 促进剂促进剂的作用是加快硫化反应速度

8、， 提高生产效率； 活化剂活化剂的作用是降低反应活化能（温 度），使硫化反应更容易发生。curing agentacceleratoractivator补强填充体系补强填充体系：补强剂补强剂的作用是提高橡胶的强度，改善加工性能 填充剂填充剂(filler)的作用是降低成本。防护体系防护体系：防老剂防老剂作用是延缓老化，延长制品使用寿命。增塑与操作体系增塑与操作体系：增塑剂增塑剂:改善橡胶的加工性能，降低成本，改善 硫化胶的某些性能。 分散剂分散剂:改善配合剂在橡胶中的分散性。 防焦剂防焦剂:延长焦烧时间，改善加工安全性 。 均匀剂均匀剂:改善橡胶之间的相容性。 润滑剂润滑剂:改善橡胶的流动性和

9、预防粘辊 脱模剂脱模剂:改善制品的脱模性 reinforcing agentanti-agerplasticizerdispersantanti-scorcheruniform agentlubricatorstripping compound3 3、橡胶配方的表示方法橡胶配方的表示方法（1）质量份配方（又称基本配方）质量份配方（又称基本配方） 生胶的质量为100份，其他配合剂相对以质量份（mi）表示的配方。（2）质量百分数配方）质量百分数配方(recipe of percentage by mass) mi%=(mi/mi) 100%（3）体积百分数配方）体积百分数配方(recipe of

10、percentage by volume) Vi%= (Vi/Vi) 100%（4）生产配方）生产配方(production formula) Mi=(炼胶量Q/ mi) mibase recipe生胶生胶硫化剂硫化剂促进剂促进剂活化剂活化剂补强剂补强剂填充剂填充剂增塑剂增塑剂防老剂防老剂 混炼混炼压延压延挤出挤出胶片胶片胶布胶布胎面胎面胎侧胎侧胎圈胎圈成型成型垫胶垫胶硫化硫化成成品品（二）橡胶基本加工工艺（二）橡胶基本加工工艺和面和面擀皮擀皮挤面挤面条条包饺子、包饺子、做花卷做花卷蒸煮蒸煮（三）橡胶测试（三）橡胶测试测测试试内内容容原材料的质量检验原材料的质量检验：元素组成、粒径、灰分、 挥

11、发份、含水率、表面积、结构度、 pH值、金属离子含量等加工过程中质量控制加工过程中质量控制：半成品检测，如混炼胶 的门尼黏度、门尼焦烧、硫化特性、 配合剂分散性以及工艺条件的测试成品质量检测成品质量检测：胶料的物理机械性能、成品的 使用性能如模拟实验、实用实验等（四）常用物理性能的意义（四）常用物理性能的意义 胶料产生塑性变形的程度，反映胶料的流动性。通常用P表示，其值在01之间，该值越大，流动性越好。用威氏、华氏、德弗三种塑性计测。1020+_=hhhhP威氏可塑度华氏可塑度：P=1hplasticity1、混炼胶的性能、混炼胶的性能 用门尼粘度计()测量的橡胶的本体黏度，该值越大，胶料的黏

12、度越高。常用ML1+4100表示。 在120 下，从开始加热起，至胶料的门尼从最低值上升5个门尼值所需要的时间，用T5表示。反映胶料的加工安全性，该时间越长，加工过程中越安全，不易出现焦烧焦烧(scorch)现象。 用硫化仪(cure meter)测硫化曲线，获得胶料的硫化特性参数，如焦烧时间(scorch time)、正硫化时间(optimum cure time)长短、硫化速度快慢、交联程度、返原(reversion)现象及程度等。（1 1）拉伸性能（用电子拉力机测试）拉伸性能（用电子拉力机测试）拉伸强度拉伸强度(tensile strength)：试样拉断时单位面积上所受到的拉伸力，单位

13、：MPa定伸应力定伸应力(tension modulus)：试样拉伸到一定长度时单位面积上所受到的拉伸力，单位：MPa拉断伸长率拉断伸长率(elongation at break)：试样拉伸断裂时伸长的长度与原长的比值，用%表示。拉伸永久变形拉伸永久变形(tension set at break)：试样拉伸除掉外力后残留在试样中不可恢复的变形，用%表示。tensile properties 撕裂强度撕裂强度( (tear strength) )：将一定形状的试样撕裂单位厚度所需要的最大拉伸力，单位：kN/m。反映胶料的抗撕性能(tear resistance)。 回弹性回弹性(rebound

14、elasticity)又称冲击弹性，是指试样受到冲击后迅速由变形状态恢复原状的能力，用%表示。可间接反映胶料滞后损失大小。试样试样 硬度硬度(hardness)试样抵抗外力压入的能力，反映胶料在压缩状态下变形能力大小。阿克隆磨耗阿克隆磨耗：试样在一定压力下在粗糙表面上运行1.61km所磨下来的胶料的体积，用cm3/1.61km表示。邵波尔磨耗邵波尔磨耗：又称DIN磨耗，试样在旋转的圆筒状粗糙表面运行40m所磨下来的胶料的体积，可用cm3/40m表示，但多用相对磨耗指数表示。阿克隆磨耗实验机邵波尔磨耗实验机耐疲劳性耐疲劳性(fatigue resistance)：试样在一定频率下屈挠一定次数后性

15、能保持率，保持率大，耐疲劳性好。疲劳寿命疲劳寿命(fatigue life)：试样在一定频率下屈挠至断裂时的屈挠次数，次数多，疲劳寿命长。疲劳裂口增长疲劳裂口增长(fatigue crack growth)：预置裂口的试样在一定频率下屈挠，其裂口增长快慢，增长快，试样易断裂。耐热氧老化耐热氧老化(heat and oxygen aging resistance)：用热空气老化箱测试试样在一定温度下老化一定时间后性能保持率，称老化系数。耐臭氧老化耐臭氧老化(ozone aging resistance)：用臭氧老化箱测试试样在一定浓度的臭氧环境中老化一定时间后表面产生裂口情况。耐天候老化耐天候老

16、化(weathering resistance)：试样在自然条件下存放一定时间后性能的保持率。耐介质性耐介质性(solvent resistance)：如耐酸、碱、腐蚀介质、油等，用试样在上述条件下浸泡一段时间后体积变化或性能变化来反映。抗湿滑性抗湿滑性(wet skid resistance)：橡胶制品在水或湿的路面上抓着力大小，抓着力大，抗湿滑性好，不易打滑。滚动阻力滚动阻力(roll resistance)：轮胎等动态下使用的制品需要考察的指标，反映生热及耗油情况。公元11世纪已经开始使用天然胶乳制造简单器具，如橡胶球、橡胶鞋、防水布等。直到1823年马凯尔创办了世界上第一个橡胶工厂，用

17、苯溶解橡胶制造雨衣。1826年，Hancock发明双辊机，橡胶加工业的开始。1839年，Googyear发明硫化，橡胶工业获得突破性进展。1844年，Googyear在橡胶中添加碱式碳酸铅作促进剂，加快了硫化速度。该专利使用了约50年。1876年，英国在东南亚大面积种植天然橡胶树获得成功，开始橡胶种植时代，天然橡胶的产量激增。东南亚成为世界天然橡胶的主要生产基地。1879年，布却特在实验室用异戊二烯合成出类橡胶弹性体，开创了合成橡胶的新纪元。20世纪30年代合成橡胶获得快速发展。1888年，Dnulop发明充气轮胎，使橡胶的应用得到起飞。1900年前后，发现天然橡胶的结构单元为异戊二烯。20世

18、纪20年代，胶体化学的建立，天然胶乳保存和运输得到解决，胶乳工业获得快速发展。20世纪初，橡胶配方设计起步，促进剂不断更新，发现炭黑有补强作用，使炭黑成为橡胶工业必不可少的原材料。中国从1904年开始零星种植天然橡胶树，橡胶工业空白。1915年，中国创建第一个橡胶加工厂，广州兄弟创制树胶公司，生产鞋底。之后，在上海、山东、辽宁、天津、哈尔滨等省市相继建立大型橡胶厂，生产轮胎、胶带、胶鞋等产品。1950年，天然橡胶北移种植成功，开始大面积种植天然橡胶，使中国成为世界上生产天然橡胶的主要国家之一。1958年，在原长寿化工厂合成出国产第一种合成橡胶氯丁橡胶，合成橡胶工业获得快速发展。20世纪50年代，定向聚合的发现，许多新型合成橡胶不断涌现。中国橡胶工业在19601980年之间获得快速发展，目前天然橡胶产量列世界前五位，橡胶制品的产量和耗胶量世界第一。但橡胶加工技术仍然落后其他先进国家。橡胶工业正逐渐向第三世界国家转移。橡胶制造技术朝着自动化、机械化、低能耗、低污染、高性能方向发展。1、简要说明生胶、混炼胶、硫化胶的区别和联系。