合成橡胶概论

1、化学合成橡胶加工姓名姓名: :学号学号: :化学合成橡胶的加工合成橡胶的加工 1.概述 2.橡胶的硫化 3.橡胶的加工工艺 4.橡胶的配合剂 5.橡胶的性能 化学合成橡胶的加工合成橡胶的加工1.概述 单纯的天然橡胶或者合成橡胶（称为生橡胶或生胶），做成的制品性能很差，用途也有限。必须在橡胶中加入各种助剂，再经过加工成型橡胶的硫化（交联）和硫化过程，才能得到性能优良，一定形状和规格的橡胶制品。橡胶的硫化体系较多，常见的有：硫黄硫化体系、过氧化物硫化体系、树脂硫化体系、氧化物硫化体系等。化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 一硫化一硫化 在加热加压下，橡胶与硫化剂发生化学反在加热加压下，橡胶与

2、硫化剂发生化学反应，使橡胶由线形结构的大分子转变为交联网应，使橡胶由线形结构的大分子转变为交联网状结构大分子，导致胶料的物理机械性能及其状结构大分子，导致胶料的物理机械性能及其它性能有明显变化的过程。它性能有明显变化的过程。 二硫化目的二硫化目的 改善胶料物理机械性能，扩大使用温度范改善胶料物理机械性能，扩大使用温度范围，更好地适应和满足使用要求。围，更好地适应和满足使用要求。 化学 三硫化过程三硫化过程 1 1硫化起步阶段（诱导期）硫化起步阶段（诱导期） （1 1）硫化过程中，胶料开始变硬而不能）硫化过程中，胶料开始变硬而不能进行热塑性流动那一点以前的一段时间。进行热塑性流动那一点以前的一段

3、时间。 （2 2）特点：交联反应未开始，胶料流动）特点：交联反应未开始，胶料流动性好，物理机械性能差。性好，物理机械性能差。 （3 3）作用：模压硫化时，胶料流动、充）作用：模压硫化时，胶料流动、充模要在该段进行。模要在该段进行。 橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）化学 （4 4）要求：）要求： .如要求诱导期长，操作安全性好，则应如要求诱导期长，操作安全性好，则应选迟效性促进剂；选迟效性促进剂； .如果用超速促进剂，焦烧期短，易焦烧，操如果用超速促进剂，焦烧期短，易焦烧，操作安全性差。作安全性差。 迟效性促进剂迟效性促进剂+ +秋兰姆类，焦烧期长，操作安秋兰姆类，焦烧期长，操作安全性好。全

4、性好。 .模型制品：要求焦烧期长，便于充模；模型制品：要求焦烧期长，便于充模； 非模型制品：要求焦烧期短，不易变形。非模型制品：要求焦烧期短，不易变形。橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 2 2欠硫阶段（硫化起步至正硫化阶段）欠硫阶段（硫化起步至正硫化阶段） （1 1）初期：交联度低，物理机械性能差；）初期：交联度低，物理机械性能差； （2 2）后期：轻微欠硫。）后期：轻微欠硫。 3 3正硫化阶段正硫化阶段 （1 1）硫化胶的主要物理机械性能达到或接近最佳）硫化胶的主要物理机械性能达到或接近最佳值，或硫化胶的综合性能达到最佳值的阶段。值，或硫化胶的综合

5、性能达到最佳值的阶段。 （2 2）正硫化条件（温度和时间）。）正硫化条件（温度和时间）。化学 （3 3）硫化平坦期）硫化平坦期 正硫化阶段，硫化胶的物理机械性能基本正硫化阶段，硫化胶的物理机械性能基本 保持恒定或变化很小，所以称为硫化平坦期。保持恒定或变化很小，所以称为硫化平坦期。 硫化平坦期影响因素：硫化平坦期影响因素： a. a. 加入超速硫化促进剂，硫化平坦期加入超速硫化促进剂，硫化平坦期； 原因：活性迅速失去，交联键断裂得不到补充。原因：活性迅速失去，交联键断裂得不到补充。 b. b. 热稳定性差，易硫化复原；热稳定性差，易硫化复原； c. c. 交联键键能高，硫化平坦期较长。交联键键

6、能高，硫化平坦期较长。 d. d. 提高硫化温度，硫化平坦期提高硫化温度，硫化平坦期； 原因：温度升高，裂解交联，硫化复原原因：温度升高，裂解交联，硫化复原。橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） （4 4）后硫化：厚制品的后）后硫化：厚制品的后“硫化硫化”，使拉伸强度、，使拉伸强度、硬度进一步提高，弹性和其它机械性能降低，硬度进一步提高，弹性和其它机械性能降低，使用性能受到危害。使用性能受到危害。 原因：由于橡胶导热性差，以致当制品硫化取原因：由于橡胶导热性差，以致当制品硫化取出后，传热时间长，降温慢，继续硫化。出后，传热时间长，降温慢，继续硫化。化学

7、4 4过硫阶段过硫阶段：正硫过后，如继续硫化则正硫过后，如继续硫化则进入过硫化阶段。进入过硫化阶段。 （1 1）天然橡胶：有硫化复原现象，各种）天然橡胶：有硫化复原现象，各种物理机械性能降低。物理机械性能降低。 （2 2）合成橡胶：如丁苯、丁腈等，各种）合成橡胶：如丁苯、丁腈等，各种物理机械性能变化很小或保持恒定。物理机械性能变化很小或保持恒定。 橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）化学硫化过程图硫化过程图化学三整个硫化过程简图三整个硫化过程简图橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）化学交联反应阶段网络形成阶段诱导期阶段促进剂活化剂硫磺促进剂多硫化合物橡胶橡胶分子链的多硫化合物分解自由基（或离子

8、）橡胶交联反应交联重排、裂解、主链改性硫化胶化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 四四. . 硫化机理硫化机理 ( (一一) ) 硫磺硫化硫磺硫化 1.1.中间化合物的生成中间化合物的生成 NSCSNSCSS8NSCSNSCSSx化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 2. 2.有活性剂的交联反应：发生质的变化，有活性剂的交联反应：发生质的变化， 侧侧基间反应为主要反应基间反应为主要反应RNSCSSRNSSS(ZnO)RRSCNSCNSCS(ZnO)化学RNSSSx-yCSyZnRNSSSx-yCSyZnRRNSSSCSyRNSSSx-yCRNSSSx-yCSyZnNSCZn橡胶的硫化（

9、交联）橡胶的硫化（交联）（交联前驱）（交联前驱） 3.3. 有活性剂时，交联键中原子数减少，有活性剂时，交联键中原子数减少，因而硫化胶性能提高。因而硫化胶性能提高。化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 4.4.交联键的继续反应交联键的继续反应（1 1）交联键变短的反应）交联键变短的反应v脱硫脱硫v再成环再成环v与促进剂生成中间化合物与促进剂生成中间化合物（2 2）交联键断裂及主链改性反应）交联键断裂及主链改性反应: :对硫化工对硫化工艺，硫化胶性能均不好。艺，硫化胶性能均不好。化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）（二）非硫磺硫化（二）非硫磺硫化1.1.有机过氧化物有机过氧化物RORO2

10、ROROCH2CCHCH3CH2CH2CH2CCHCH3CH2CHROHROCH2CHCH2CH3CH2CH2CH2CCH2CH3CH2CH2ROH发发生生交交联联化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 2.ZnO (1) (1)氯丁胶（无硫化促进剂）氯丁胶（无硫化促进剂）v i. CH2CCHCH2ClCH2CCHCH2ClCH2CCHCH2ClZnOCH2CCHCH2ClOZn化学CH2CCHCH2ClCH2CCHCH2ClOZnCH2CCHCH2CH2CCHCH2OZnCl2 橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） （2 2）羧基胶）羧基胶 此外，

11、聚硫橡胶、氯磺化聚乙烯均可由此外，聚硫橡胶、氯磺化聚乙烯均可由ZnOZnO硫化。硫化。COCOOH ZnOHOOCOOOZnC化学 3.3.树脂硫化树脂硫化 树脂可被用以硫化不饱和橡胶、聚氨树脂可被用以硫化不饱和橡胶、聚氨酯、聚丙烯酸酯和羧基橡胶等。酯、聚丙烯酸酯和羧基橡胶等。 橡胶与酚醛树脂的硫化反应为离子型橡胶与酚醛树脂的硫化反应为离子型反应，其反应方式之一是树脂的羧甲基在反应，其反应方式之一是树脂的羧甲基在酸的催化下脱水，生成甲撑醌，甲撑醌与酸的催化下脱水，生成甲撑醌，甲撑醌与被络合酸极化了的橡胶双键发生反应进行被络合酸极化了的橡胶双键发生反应进行交联。交联。橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化

12、（交联）化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 五硫化条件五硫化条件 1 1硫化温度和时间硫化温度和时间 （1 1）硫化温度系数）硫化温度系数 102112TTKtt 式中：式中：t1 t1 、t2t2分别为分别为T1T1、T2T2时所需要的硫化时间；时所需要的硫化时间；T2 T2 T1T1：温度差：温度差K K：硫化温度系数，一般为：硫化温度系数，一般为2 2，近于，近于1.91.92.12.1。 （2 2）若硫化温度有变化，则可求出变化后的硫化时间。）若硫化温度有变化，则可求出变化后的硫化时间。 如如K K2 2，温度升高，温度升高1010C C，硫化时间则为原来的一半。，硫化时间则为原

13、来的一半。化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） （3 3）硫化温度确定原则）硫化温度确定原则 . . 厚制品，低温长时间。厚制品，低温长时间。 . . 如有纤维，硫化温度应低。如有纤维，硫化温度应低。 .天然橡胶硫化温度应不超过天然橡胶硫化温度应不超过160160C C。 . .合成胶：硫化速度随温度升高而升高。合成胶：硫化速度随温度升高而升高。 . .硫磺硫化时，温度应低。硫磺硫化时，温度应低。 化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 2.2.硫化压力硫化压力（1 1）施压目的（作用）：）施压目的（作用）： . . 防止制品中产生气泡。防止制品中产生气泡。 . . 使胶料流散且充满模型

14、。使胶料流散且充满模型。 . . 提高胶料与基体的粘接力。提高胶料与基体的粘接力。（2 2）硫化压力对性能影响）硫化压力对性能影响 硫化压力低，气泡、脱层、呈海绵状。硫化压力低，气泡、脱层、呈海绵状。 硫化压力高，将织物压扁，损坏，从而硫化压力高，将织物压扁，损坏，从而 使胶料难以渗入基体缝隙。使胶料难以渗入基体缝隙。化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）（3 3）硫化压力确定原则）硫化压力确定原则v 胶料流动性差，硫化压力应高。胶料流动性差，硫化压力应高。v 层数多，结构复杂，形状复杂厚制品，应层数多，结构复杂，形状复杂厚制品，应提高硫化压力。提高硫化压力。（4 4）常见制品的硫化压力）常

15、见制品的硫化压力v 外胎：外胎：2.22.22.5MPa2.5MPav 传动带：传动带：0.90.91.6MPa1.6MPav 运输带：运输带：1.51.52.5MPa2.5MPai.i.模压制品：模压制品：2.02.04.0MPa4.0MPa化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 3.3.硫化介质硫化介质 （1 1）含义：在加热硫化过程中，凡是借）含义：在加热硫化过程中，凡是借 以传递热能的物质通称硫化介质。以传递热能的物质通称硫化介质。 （2 2）主要硫化介质）主要硫化介质 .饱和蒸汽饱和蒸汽 . .热空气热空气 . .过热水和热水过热水和热水化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 六

16、六. .硫化方法硫化方法 1. 1. 平板硫化法平板硫化法 （1 1）将装有半制品或胶料的模型置于能够加）将装有半制品或胶料的模型置于能够加压的下压的下 两平板间进行硫化的。两平板间进行硫化的。 （2 2）适用：模型制品、传动带、运输带、胶）适用：模型制品、传动带、运输带、胶板等。板等。 化学橡胶的硫化（交联） 2. 2. 注压硫化注压硫化 （1 1）是在平板硫化法及注射成型的基础上）是在平板硫化法及注射成型的基础上发展起来的一种新技术。发展起来的一种新技术。 工艺过程：塑化、注射、硫化、脱模。工艺过程：塑化、注射、硫化、脱模。 （2 2）适用：模型制品、胶鞋、胶辊、轮胎）适用：模型制品、胶鞋

17、、胶辊、轮胎等。等。 化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联） 3.3.硫化罐硫化硫化罐硫化 （1 1）立式硫化罐：主要用于硫化轮胎。）立式硫化罐：主要用于硫化轮胎。 （2 2）卧式硫化罐）卧式硫化罐 主要方法：主要方法：A. A. 缠布硫化法；缠布硫化法； B. B. 直接蒸汽硫化法；直接蒸汽硫化法； C. C. 混气硫化法。混气硫化法。 适用：胶布、胶管、胶鞋、球类等。适用：胶布、胶管、胶鞋、球类等。 化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）4. 4. 个体硫化机硫化个体硫化机硫化（1 1）是带有固定模型的特殊结构的硫化机。）是带有固定模型的特殊结构的硫化机。（2 2）适用：外轮、内胎、垫

18、带等。）适用：外轮、内胎、垫带等。5. 5. 共熔盐硫化共熔盐硫化6. 6. 沸腾床硫化沸腾床硫化7. 7. 微波硫化微波硫化8. 8. 高能辐射硫化高能辐射硫化 化学橡胶的硫化（交联）橡胶的硫化（交联）七七. .硫化对性能的影响硫化对性能的影响 1 1、随硫化时间延长，橡胶回弹性、定伸强度和、随硫化时间延长，橡胶回弹性、定伸强度和硬度等逐渐增加；硬度等逐渐增加； 2 2、随硫化时间延长，橡胶伸长率、生热和永久变、随硫化时间延长，橡胶伸长率、生热和永久变形逐渐降低；形逐渐降低； 3 3、随硫化时间延长，橡胶撕裂强度升高到一定值、随硫化时间延长，橡胶撕裂强度升高到一定值后又降低。后又降低。 4

19、4、多数合成胶：拉伸强度随硫化时间延长而增加；、多数合成胶：拉伸强度随硫化时间延长而增加； 天然胶：拉伸强度随硫化时间延长增加至一定值天然胶：拉伸强度随硫化时间延长增加至一定值后又出现降低现象。后又出现降低现象。化学336-8化学橡胶配合剂橡胶配合剂v一、定义：为了制得具有一定物理机械性一、定义：为了制得具有一定物理机械性能（如密度，弹性，抗张力，以及耐油，能（如密度，弹性，抗张力，以及耐油，耐磨等特性）的橡胶制品，在生胶中加入耐磨等特性）的橡胶制品，在生胶中加入的各种原材料，再经过硫化及加工成型等的各种原材料，再经过硫化及加工成型等工序才能得到。这些固态（或粉末状）或工序才能得到。这些固态（

20、或粉末状）或液态的无机原材料或有机原材料，统称为液态的无机原材料或有机原材料，统称为橡胶配合剂。橡胶配合剂。v二、类型二、类型化学35作用作用橡皮组成材料橡皮组成材料含义含义常用配合剂举例常用配合剂举例硫化体系硫化体系硫化剂硫化剂使塑性橡胶转化为弹性橡皮使塑性橡胶转化为弹性橡皮硫磺粉，硫磺粉，TMTD，DCP，氧，氧化锌，氧化镁，化锌，氧化镁，硫化促进剂硫化促进剂促进橡皮硫化，缩短硫化时间促进橡皮硫化，缩短硫化时间MBT，DM，DPG，TMTD，NA-22活化剂活化剂增大硫化剂和促进剂的活性增大硫化剂和促进剂的活性氧化锌，氧化镁，硬脂酸，氧化锌，氧化镁，硬脂酸，防防护护体体系系防防老老剂剂抗氧

21、剂抗氧剂防止和延迟橡皮氧化老化防止和延迟橡皮氧化老化D，RD，抗臭氧剂抗臭氧剂防止臭氧老化防止臭氧老化有害金属抑制剂有害金属抑制剂防止橡皮老化防止橡皮老化MB，DNP，光吸收剂光吸收剂防止和延迟橡皮光氧老化防止和延迟橡皮光氧老化其它防护剂其它防护剂避鼠剂避鼠剂防止鼠害防止鼠害杀蚁剂杀蚁剂杀灭白蚁杀灭白蚁防霉剂防霉剂防止霉菌繁殖防止霉菌繁殖软化体系软化体系软化剂软化剂调节橡皮塑性和柔软性调节橡皮塑性和柔软性石蜡，机油，硬脂酸，变压石蜡，机油，硬脂酸，变压器油，器油，M，DM填充补强体系填充补强体系补强剂补强剂提高橡皮弹性、耐磨性、抗撕裂性、抗张强度、提高橡皮弹性、耐磨性、抗撕裂性、抗张强度、耐曲

22、挠性耐曲挠性炭黑、陶土、白炭黑炭黑、陶土、白炭黑填充剂填充剂增加橡皮容积，降低成本增加橡皮容积，降低成本滑石粉、碳酸钙滑石粉、碳酸钙阻燃剂阻燃剂使橡皮具有难燃性能使橡皮具有难燃性能三氧化二锑、氯化石蜡三氧化二锑、氯化石蜡导电剂导电剂石墨石墨化学橡胶的加工工艺橡胶的加工工艺v塑炼工艺塑炼工艺 1 1、生胶塑炼方式：通过机械应力、热、氧或加入某、生胶塑炼方式：通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方法，使生胶由强韧的弹性状态转些化学试剂等方法，使生胶由强韧的弹性状态转变为柔软、便于加工的塑性状态的过程。变为柔软、便于加工的塑性状态的过程。 2 2、生胶塑炼的目：是降低它的弹性，增加可塑性，、生胶塑炼的目：是降低它的弹性，增加可塑性，并获得适当的流动性，以满足混炼、压延、压出、并获得适当的流动性，以满足混炼、压延、压出、成型、硫化以及胶浆制造、海绵胶制造等各种加成型、硫化以及胶浆制造、海绵胶制造等各种加工工艺过程的要求。工工艺过程的要求。 化学橡胶的加工工艺橡胶的加工工艺 1 1、在橡胶工业中，最常用的塑炼方法、在橡胶工业中，最常用的塑炼方法: :机械塑炼机械塑炼法和化学塑炼法。法和化学塑炼法。 2 2、机械塑炼法的主要设备：开放式炼胶机、密闭、机械塑炼法的主要设备：开放式炼胶机、密闭式炼胶机、