橡胶塑炼之四：塑炼原理

1、徐州工业职业技术学院教学设计（讲稿）教师姓名杨慧授课班级授课形式讲授授课日期2016年 月 日 第 周授课时数授课内容单元三 生胶塑炼3.4 塑炼原理教学目标知识目标1.掌握橡胶塑炼的影响因素2.理解塑炼塑炼能力目标会分析橡胶塑炼塑炼原理思想目标理论和实践相结合教学重点塑炼的影响因素教学难点塑炼的影响因素更新、补充、删节内容使用教具多媒体课外作业1、影响橡胶塑炼的因素有哪些？它们影响塑炼？2、查阅资料，塑炼工艺流程课后总结教学内容与设计教学组织单元三 生胶塑炼3.4 塑炼原理高弹性来源：高分子量。本质：降低分子量（提问分子量的变化）（橡胶的长链分子断裂）影响橡胶塑炼的因素有：机械力的作用、氧的

2、作用、温度的作用、化学塑解剂的作用、静电的作用。（一）机械力的作用1、原理：扯断：橡胶置于炼胶机中塑炼时，会受到炼胶机辊筒间的剪切力作用，分子链会被拉直，并使子链分子链在中间部位发生断裂：扯断R-RR·+R·氧的封端R·+OR 2、特点：有选择性：机械断链一般只对一定长度的橡胶分子链有效，一般分子量小于10万的天然橡胶和分子量小量小于30万的顺丁橡胶的分子链基本上不再受机械力作用而断裂。这是因为分子链长的橡胶分子分子内聚力大，机械作用产生的切应力亦大，则机械断裂的效果亦好。而不同橡胶在分子量小到一到一定程度后，因内聚力小，链段相对运动容易，机械力作用产生的切应力小

3、，则不足以使其断裂。由于机械力作用主要是分子量较大的橡胶分子断裂，而对分子量小的不起作用，因此，在机械力作用下，橡胶平均分子量变小的同时，分子量分布会变窄，而且塑炼后分子量很低的级分较少。天然橡胶分子量分布与塑炼时间的关系（A-塑炼时间10min；B-塑炼时间50min.）分子量变化如下图所示：3、影响因素：炼胶机的基本参数，例如开炼机的辊距温度：而与胶料温度成反比温度越低，橡胶分子间内聚力越大，切应力越大，机械断链效果越好；反之，温度越高，橡胶分子间内聚力越小，切应力越小，机械断链效果则越差。分子结构：天然橡胶双键上含有-H，双键的键能下降，容易在此断链（二）氧的作用 1、原理：氧在橡胶塑炼

4、中所起的作用一是稳定由机械力扯断所产生的橡胶自由基；辅助作用二是直接使橡胶分胶分子链产生氧化断链。主攻作用前者的作用一般是在低温条件下产生，后者的作用一般是在高温条件下产生。 实验得知，生胶结合0.03的氧，就能使其分子量降低50，可见在塑炼过程中，氧的氧化作用对橡胶分子链断裂的影响是很大的。2、影响因素：氧的浓度：浓度越大，吸氧越多，塑炼效果越大。（氧化塑炼-以氧化断链为主）温度：温度越高，氧化作用越大，塑炼效果越大。因此氧化塑炼在高温下进行。3、氧化塑炼特点：无选择性分子量分布变化曲线如下所示：4、性能特点：质量不好、效率高。（三）温度的作用1、U型曲线：分析讨论：高温和低温及中温时的塑炼

5、效果大小温度对生胶的塑炼效果有着重要的影响，不同温度范围对塑炼的作用是不同的。实验表明，天然橡胶在50150范围内塑炼30min后，得到一条近于“U”型的曲线，如图所示。2、分析：天然橡胶塑炼过程所得“U”型曲线可以认为是由两条不同曲线组合而成，并代表两个独立过程，在最低值附近相交。其中1线代表低温塑炼，2线代表高温塑炼。在低温塑炼阶段，由于橡胶较硬，受到的机械破坏作用较剧烈，较长的分子链容易为机械应力所扯断。而此时氧的化学活泼性较小，故氧对橡胶的直接引发氧化作用很小。所以，低温时，主要是靠机械破坏作用引起橡胶分子链的降解而获得塑炼效果。在高温塑炼阶段，当温度超过110以上再继续升高时，虽然机

6、械破坏作用进一步降低，但由于氧的自动催化氧化破坏作用随着温度升高而急剧增大，橡胶分子链的氧化降解速度大大加快，塑炼效果也迅速增大。在中温塑炼阶段，从低温随着塑炼温度的不断升高，橡胶由硬变为柔软，分子链在机械力作用下容易产生滑动而难以被扯断，因而塑炼效果不断下降，在110附近达到最低值。此时由氧直接引发的氧化破坏作用也很小。因此，低温塑炼和高温塑炼的机理是不同的。低温塑炼时，主要是由机械破坏作用使橡胶分子断链；高温塑炼时，主要是由氧的氧化裂解作用使橡胶分子链降解。由于高温塑炼时，氧化对分子量最大至分子最小部分的作用是相同的，所以高温塑炼在平均分子量变小的同时，并不发生分子量分布变窄的情况，塑炼后

7、，分子量很低的级分可能较多。此外，高温塑炼时，机械的作用主要是翻动和搅拌生胶，以增加生胶和氧接触的机会，从而加快橡胶的氧化裂解过程。3、曲线分片超低温区（1区）：-3040机械受不了低温塑炼区（2区）：5080中温区（3区）：80130-不可使用-效率低高温塑炼区（4区）：140170超高温区（5区）：180以上-无法控制如下图所示（四）化学塑解剂的作用生胶塑炼工艺中，使用化学塑解剂能增强生胶塑炼效果，缩短塑炼时间，丛而提高塑炼效率。化学塑解剂在塑炼过程中的增塑作用一是增塑剂本身受热、氧的作用分解生成自由基，而导致橡胶分子发生氧化降解；另一种是封闭塑炼时橡胶分子链断链的端基，使其失去活性，阻止其重新结聚。因此，化学塑解剂实质上可看作是一种氧化催化剂，其生成自由基能力越大，塑解能力也越大。一般，化学增塑剂的增塑作用随温度增高而增大。（五）静电的作用塑炼时，生胶受到炼胶机的剧烈摩擦而产生静电。实验测定，辊筒或转子的金属表面与橡胶接触处产生的平均电位差在20006000V之间，个别可达15000V。因此，使辊筒和堆积胶间经常有电火花产生。这种放电作用