橡胶加工工艺课件

徐卫兵(WeibingXu)Dept.ofPolymerScienceandEngineeringOffice:Room401,ShenghuaBuildingTel:2901455Email:xwb105105@橡胶加工工艺RubberProcessingTechnology2022/12/241课程的内容与学时分配橡胶加工工艺RubberProcessingTechnology

橡胶加工工艺

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2022/12/242选用教材和参考书目选用教材：《橡胶及塑料加工工艺》，张海等编，北京：化学工业出版社。主要参考书目：1．《材料配合与混炼加工（橡胶部分）》，杜军,袁仲雪主编，北京：化学工业出版社，2003。2．《实用橡胶制品生产技术第二版》，纪奎江主编，北京：化学工业出版社，2001。3.《实用橡胶工艺学》，杨清芝主编，北京：化学工业出版社，2006。2022/12/243第一章绪论１．橡胶：定义ASTM-D1566(AmericaSocietyofTestandMaterial)。橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速而有力地恢复其变形，能够被改性(硫化)。改性的橡胶实质上不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯、甲乙酮、乙醇—甲苯混合物等溶剂中。改性的橡胶室温下（20~27℃）被拉伸到原来长度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min内恢复到原来长度的1.5倍以下，具有上述特征的材料称为橡胶。注：1）橡胶是一种材料，具有特定的使用性能和加工性能，属有机高分子材料。2）橡胶在室温下具有高弹性。3）橡胶能够被改性是指它能够硫化。4）改性的橡胶即硫化胶不溶解但能溶胀。一、基本概念2022/12/244ASTMD1566-90Materialthatiscapableofrecoveringfromlargedeformationsquicklyandforcibly,andcanbe,oralreadyis,modifiedtoastateinwhichitisessentiallyinsoluble(butcanswell)insolvent,suchasbenzene,methylethylketone,andethanoltolueneazeotrope.Arubberinitsmodifiedstate,freeofdiluents,retractswithin1mintolessthan1.5timesitsoriginallengthafterbeingstretchedatroomtemperature(20to27℃)totwiceitslengthandheldfor1minbeforerelease.2022/12/245２．生胶：没有加入配合剂且尚未交联的橡胶。一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。３．混炼胶：生胶与配合剂经加工混合均匀且未被交联的橡胶。常用的配合剂有硫化剂、促进剂、活性剂、补强填充剂、防老剂等。４．硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。2022/12/246二、橡胶材料的特点1.高弹性：弹性模量低，伸长变形大，有可恢复的变形,并能在很宽的温度（-50~150℃）范围内保持弹性。2.粘弹性：橡胶材料在产生形变和恢复形变时受温度和时间的影响，表现有明显的应力松弛和蠕变

现象，在震动或交变应力作用下，产生滞后损失。3.电绝缘性：橡胶和塑料一样是电绝缘材料。2022/12/2474．有老化现象：如金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因为环境条件的变化而产生老化现象，使性能变坏，寿命下降。5.必须进行硫化才能使用，热塑性弹性体除外。6.必须加入配合剂。其它如比重小、硬度低、柔软性好、气密性好等特点，都属于橡胶的宝贵性能。2022/12/248三、表征橡胶物理机械性能的指标

１．拉伸强度：又称扯断强度、抗张强度，指试片拉伸至断裂时单位断面上所承受的负荷，单位为兆帕（MPa），以往为公斤力／平方厘米（kgf/cm2）。２．定伸应力：旧称定伸强度，指试样被拉伸到一定长度时单位面积所承受的负荷。计量单位同拉伸强度。常用的有100％、300％和500％定伸应力。它反映的是橡胶抵抗外力变形能力的高低。2022/12/2493．伸长率：试片拉断时，伸长部分与原长度之比；用百分比表示,%。4．永久变形：试样拉伸至断裂后，标距伸长变形不可恢复部分占原始长度的百分比。在解除了外力作用并放置一定时间(一般为3min)，以%表示。2022/12/24102022/12/18112022/12/1812裤型试样（（BS903/A3-1982）(单位：mm)裤型试样在在试验机上上的位置5．撕裂强度：将特殊试试片（带有有割口或直直角形）撕撕裂时单位位厚度所承承受的负荷荷，表示材材料的抗撕撕裂性，单单位为kＮ/ｍ。2022/12/1813６．回弹性：又称冲击击弹性，指指橡胶受冲冲击之后恢恢复原状的的能力，以以%表示。2022/12/1814７．硬度：表示橡胶胶抵抗外力力压入的能能力，常用用邵尔硬度计测定。橡橡胶的硬度度范围一般般在20~100之间，单位位为邵氏A。2022/12/18152022/12/18168.磨耗将试样与砂砂轮在一定定倾斜角度度和一定的的负荷作用用下进行摩摩擦，测定定试样一定定里程的磨磨耗体积。。将试样轮夹夹在胶轮轴轴上，电机机通过减速速系统带动动试样轮在在胶轮轴上上作顺时针针方向旋转转，负荷托托架上的试试验用重砣砣使砂轮紧紧贴在试样样轮上，并并保证砂轮轮向左的（（即作用在在试样轮上上）横向作作用力为26.7N±0.2N，砂轮做逆逆时针方向向转动。（1）胶轮轴与与砂轮轴之之间的夹角角：15º±0.5º、25º±0.5º；试样的行行驶里程：：1.61km（2）阿克隆磨磨耗机使用用的砂轮砂轮尺寸：：直径150mm，厚度25mm,中心孔直径径32mm.（3）砂轮材料料组成：磨磨料为氧化化铝，粘合合剂为陶土土，粒度为为36#，硬度为中中硬度2。（4）试样夹板板：夹板直直径56mm，工作面厚厚度12mm.阿克隆磨耗试验机2022/12/1817四、橡胶的的发展历史史1．天然橡橡胶的发展展历史考古发现，，人类在11世纪就就开始使用用橡胶—在在南美制造造橡胶球、、橡胶鞋及及橡胶瓶。。1493年~1496年哥哥仑布发现现新美洲大大陆时，发发现海地岛岛上土人玩玩的球能从从地上弹起起来，此后后，欧洲人人才知道橡橡胶的这种种性质。1735年年，法国科科学家Condamine参参加南美洲洲科考，带带回了最早早的橡胶制制品。直到到1823年，英国人人马辛托希希创办了世界上第一一个橡胶厂厂，生产防水水布，这是是橡胶工业业的开始。。1839年年，Goodyear发明了了硫化，，这两项发发明为橡胶胶工业的发发展奠定了了基础。1862年年，Honcock发明了双双辊机1876年年，英国开开始在东南南亚殖民地地国家种植植橡胶树1888年年，Dunlop发发明了充气气轮胎1904年年，发现硫硫化活化剂剂ZnO，，炭黑可以以补强1906年年，发现促促进剂苯胺胺1921年年，发现促促进剂D，，从此橡胶胶工业得到到迅速发展展。2022/12/18182．合成橡橡胶的发展展历史（1）对天天然橡胶的的剖析和仿仿制1820年年，法拉第第明确了橡橡胶由C和和H组成；；1860年，威廉廉姆斯（Williams））发现橡胶胶经蒸馏可可产生异戊戊二烯化合合物，并认认为它是橡橡胶的基本本化学组成成；1875年，鲍鲍查达（Bouchardat）认为为异戊二烯烯能合成出出类似橡胶胶的物质，，这是最早早的关于人人工合成橡橡胶的报道道。2022/12/1819（2）合成成橡胶的诞诞生、建立立与发展1881年年霍夫曼用用1，3-戊二烯合合成橡胶；；1900年年，前苏联联孔达科夫夫用2，3-二甲基基-1，3-丁二烯烯合成出橡橡胶；1929年年，美国齐齐柯尔（Thiokol）公公司生产了了聚硫系合合成橡胶；；1931年，美国国DuPont公公司生产CR；1932年前前苏联工业业生产了丁丁钠橡胶后后，相继生生产的合成成橡胶有SBR（1935年年德国Farbon公司）、、NBR（（1937年德国Farbon公司））；50年年代，Zeigler—Natta发发现了定向向聚合，导导致了橡胶胶工业的新新飞跃，出出现了BR（1960年美国国Phillips公司）、、EPDM（1960年意大大利Montedison公公司）、IR等新胶胶种，1965~1973年年间出现了了热塑性弹弹性体。2022/12/18203．国内橡橡胶工业的的发展概况况我国从1904年开开始在雷州州半岛等地地种植NR，50年年代将橡胶胶树北移种种植成功，，并在云南南、广西等等地大面积积种植，现现在，我国国NR产量量占世界第第四位。1915年年，在广州州建立第一一个橡胶加加工厂—广广州兄弟创创制树胶公公司，生产产鞋底1919年年，在上海海建立清和和橡皮工厂厂1927年年，在上海海建立正泰泰橡胶厂，，生产胶鞋鞋1928年年，建立大大中华橡胶胶厂，生产产胶鞋1937年年，日本在在青岛建立立现在的青青岛橡胶二二厂我国从1958年开开始合成橡橡胶，国产产第一块合合成胶是四四川长寿化化工厂于1958年年生产的CR，1960年兰兰州化工厂厂生产SBR，1962年兰兰化生产NBR。目目前国内几几家大石化化如燕山石石化、兰州州石化、齐齐鲁石化、、高桥石化化等均生产产合成橡胶胶，通用的的合成橡胶胶除了IIR外，其其它均能生生产。2022/12/1821我国橡胶工工业从50年代后开开始飞速发发展，逐渐渐形成了以以上海的正正泰、大中中华，青岛岛的橡胶二二厂，黑龙龙江的桦林林橡胶厂为为中心的橡橡胶工业格格局号称橡橡胶界的四四大家族。。其中正泰泰、大中华华生产胶鞋鞋、胶带，，胶二和桦桦林生产轮轮胎。到1990年年止，全国国县级以上上的橡胶企企业就有1000多多家，产值值180亿亿元。90年代，，我国橡胶胶工业得到到了蓬勃发发展，个体体、私营橡橡胶企业如如雨后春笋笋般发展起起来。96年以后由由于受气候候等因素的的影响，世世界NR的的产量锐减减，致使NR的价格格飞涨，橡橡胶工业的的发展受到到一定程度度的影响，，但在国内内工业总产产值、化工工工业总产产值中仍然然占有相当当比重。橡胶企业主主要集中在在北京、上上海、山东东、沈阳、、贵阳、重重庆、安徽徽、浙江等等地。2022/12/1822橡胶工业““十一五””科学发展展规划发展方针认真实施科科学发展、、循环经济济和名牌战战略，转变变增长方式式；技术创创新、产品品创新、效效益创新，，以节能、安全全、环保新新产品替代代现有老产产品，实现企业业效益最大大化；进一一步发展大大型企业、、企业集团团和区域集集约化生产产，使中国国逐步成为为橡胶强国。总体目标以8%～10％的年年增长速度度发展，利利税力争同同步增长，，主导产品品出口占35％左右右，节能降降耗、资源源利用,要要切实实现现国家“十十一五”发发展纲要提提出的目标标，并争取取有新突破破。2022/12/1823轮胎年总产产量拟拟控制制在3亿～～3.2亿亿条，子子午化化率不不低于于70%。。半钢钢子午午胎基基本实实现无无内胎胎化，，为经经济型型轿车车配套套的轮轮胎要要安全全、节节能、、环保保；积积极发发展50、、45、40、、35、30系系列高高档轮轮胎和和跑气气保用用轮胎胎。全全钢子子午胎胎要发发展无无内胎胎和公公制宽宽基轮轮胎，，全钢钢子午午胎占占子午午胎总总量的的比例例宜控控制在在20%～～25％。。工程程机械械轮胎胎要积积极发发展子子午胎胎。同同时，，不应应再扩扩大斜斜交胎胎产能能，尤尤其是是不能能以合合资、、合作作等名名义新新建斜斜交胎胎厂，，逐步步淘汰汰60万套套以下下规模模的斜斜交胎胎企业业。积积极推推进充氮硫硫化等新工工艺的的应用用；淘淘汰子子午胎胎刷汽汽油等等落后后工艺艺；禁禁止割割标胎胎和无无三包包轮胎胎在市市场流流通，，实行行轮胎召召回制制；限制制并逐逐步取取消轮轮胎外外包装装。2022/12/1824橡胶胶制制品品非轮轮胎胎汽汽车车用用橡橡胶胶制制品品，重重点点培培育育品品牌牌，，扶扶持持大大公公司司、、大大企企业业集集团团，，满满足足各各类类汽车对密封封、减减震、、制动动、传传动和和输油油输气气等配配套橡橡胶制制品的的需求求。建筑工工程类橡胶胶制品品，重重点发发展防防水、、减震震产品品，为为市政政建设设、高高层建建筑、、公路路桥梁梁涵洞洞等配配套。。为电子、、家电电配套套的橡胶胶制品品，要要搞好好高档档产品品的配配套服服务。。国防防橡胶胶制品品，要要能满满足航航天、、航空空、航航海等等国防防建设设的需需要。。2022/12/1825其他橡橡胶制制品要重点点开发发、生生产高高性能能新产产品。。要抓抓住国国家重重点整整治矿矿山安安全生生产的的机遇遇，搞搞好高强力力及阻阻燃输输送带带、机械械化采采煤机机组用用高压胶胶管、、密封封制品品的配配套和和阻燃燃导风风筒的生产产、供供应。。胶管管要加加快产产品结结构调调整和和升级级换代代，重重点放放在高高附加加值产产品上上，如如汽车车胶管管和海海上输输油胶胶管等等。V带在在培育育大企企业名名牌的的同时时，应应做好好区域域品牌牌培育育。要要抓住住奥运商商机，开发发生产产竞技技体育育用专业运运动鞋鞋以及自自行车车胎、、摩托托车胎胎；同同时，，这三三类产产品要要转变变出口口增长长方式式。乳乳胶制制品要要发展展节育育、防防病和和提高高生活活质量量的安安全套套，提提高医医用手手套等等医疗疗用产产品的的质量量性能能，着着力开开发合合成胶胶乳安安全套套和医医用手手套；；同时时要培培育品品牌和和强势势企业业，减少贴贴牌加加工。2022/12/1826废橡胶胶综合合利用用要努力力搞好好废橡橡胶（（包括括废旧旧轮胎胎、输输送带带以及及胶鞋鞋鞋底底等））的综综合利利用。。到2010年年时，，要以以再生生胶、、胶粉粉为主主，废旧橡橡胶综综合利利用率率达到到80%～～85％。有条条件的的轮胎胎厂要要进军军翻胎胎业，，并重重点实实施子子午胎胎翻胎胎工艺艺、预预硫化化胎面面和中中垫胶胶制造造技术术攻关关，翻翻胎设设备要要国产产化，，促使使轮胎胎翻新新率提提高到到8%～10％％。旧旧输送送带要要发扬扬矿山山就地地修补补再利利用的的传统统。再再生胶胶和胶胶粉提提倡收收购、、加工工、利利用配配套发发展，，一要要做到到清洁洁、环环保、、安全全；二二要提提高后后加工工能力力，使使再生生胶和和胶粉粉不断断开辟辟新的的用途途；三三要做做好热热能利利用的的研发发和试试点，，坚决决取缔缔利用用废旧旧轮胎胎土法法炼油油。““十一一五””末，，再生生胶总总产量量争取取达到到200万吨吨，胶粉粉产量量50万～～80万吨吨。同同时，，要以以国家家利益益为重重，坚坚决禁止废废旧轮轮胎和其他他废旧旧橡胶胶产品品进口。2022/12/1827橡胶原原料“十一一五””末，，全国国橡胶胶总需需求量量将达达到500万吨吨，其中中天然然胶230万吨吨、合合成胶胶270万万吨。。天然然橡胶胶与合合成橡橡胶的的使用用比例例力争争达到到1∶∶1.2。。天然胶胶方面，，鼓励励农垦垦胶的的加工工技术术改造造和橡橡胶树树品种种更新新；鼓鼓励民民营天天然橡橡胶的的发展展，提提高单单产和和产品品质量量。合成胶胶方面，，要加加快发发展异异戊胶胶、卤卤化丁丁基胶胶等短短缺品品种，，丁苯苯橡胶胶、顺顺丁橡橡胶、、丁腈腈橡胶胶等要要增加加牌号号，提提高质质量。。要积积极建建设橡橡胶国国际贸贸易市市场和和边贸贸市场场，针针对市市场秩秩序，，规范范复合合橡胶胶的进进口、、加工工和应应用。。引导导期货货市场场发展展，减减少恶恶性炒炒作。。2022/12/1828炭黑总需求量量将达220万万吨左右。提提倡发展展子午胎胎专用炭炭黑和湿湿法造粒粒工艺，，加强热热能循环环利用。。限制干干法造粒粒工艺，，淘汰万万吨级以以下炭黑黑生产线线，对小小厂逐步步进行关关停并转转。同时时，要协协调好炭炭黑原料料油的供供应，特特别是煤煤焦油和和乙烯焦焦油的供供应。积积极扶持持子午胎胎专用白白炭黑生生产，以以有利于于安全、、节能，，降低滚滚动阻力力。橡胶助剂剂总需求量量将达到到32万～～33万万吨。提倡清清洁生产产工艺，，发展环环保助剂剂，逐步步淘汰有有毒有害害产品的的生产和和使用。。骨架材料料总需求量量接近100万万吨，其中钢钢丝帘线线60万万吨、涤涤纶帘线线9万～～10万万吨、尼尼龙帘线线28万万～30万吨。。重点对对现有产产业、产产品进行行结构性性调整，，同时做做好芳纶纶的应用用试点，，以满足足轮胎产产品升级级换代的的要求。。2022/12/1829橡胶机械械及模具具重点提高高质量、、使用性性能、自自动化程程度和生生产效率率，并争争取扭转转大型密密炼、钢钢丝压延延以及检检测设备备仍依赖进口口的局面。。同时，，要着力力抓好高高强力输输送带、、钢丝编编缠胶管管及汽车车橡胶配配件等专专用设备备的研发发制造，，替代进进口。2022/12/1830五、橡胶胶的用途途用途非常常广泛，在交通运输输、建筑筑、电子子、石油油化工、、农业、、机械、、军事、、医疗等等各个工工业部门门以及信信息产业业。最大用途途是作轮胎，包括各各种轿车车胎、载载重胎、、力车胎胎、工程程胎、飞飞机轮胎胎、炮车车胎等，，一辆汽汽车约需需要240kg橡胶，，一艘轮轮船约需需要60~70吨橡胶胶，一架架飞机需需要600kg橡胶，，一门高高射炮约约需要86kg橡胶。。第二大用用途是作作胶管、胶胶带、胶胶鞋等制品，，另外如如密封制制品、轮轮船护弦弦、拦水水坝、减减震制品品、人造造器官、、粘合剂剂等，范范围非常常广泛。。有些制制品虽然然不大，，但作用用非常重重要。2022/12/18312022/12/1832顺丁橡胶2022/12/18332022/12/18342022/12/18352022/12/1836六、橡胶胶加工工工艺的主主要内容容橡胶加工工工艺是是研究和和探讨橡橡胶的性性质、加加工及应应用的一一门科学学技术，，是数学学、物理理、化学学、高分分子物理理、高分分子化学学、化学学工程等等多学科科得相互互渗透及及应用，，是把基基础理论论应用到到橡胶的的加工及及使用的的桥梁。。橡胶加工工工艺主主要讲述述了由单单纯的原原材料转变为具有特特定的性性能和形形状的橡橡胶制品品的过程程。主要要内容包包括：2022/12/18372022/12/18382022/12/1839橡胶胶的的配配合合：：根据据制制品品的的性性能能要要求求，，考考虑虑加加工工工工艺艺性性能能和和成成本本等等因因素素，，把把生生胶胶和和配配合合剂剂组组合合在在一一起起的的过过程程。。一一般般的的配配合合体体系系包包括括生胶胶、、硫硫化化体体系系、、补补强强体体系系、、防防护护体体系系、、增增塑塑体体系系等。有有时还还包括括其它它一些些特殊殊的体体系如如阻燃、、着色色、发发泡、、抗静静电、、导电电等体系系。2022/12/1840生胶（或与与其它它高聚聚物并并用））：母母体材材料或或基体体材料料硫化体体系：与橡橡胶大大分子子起化化学作作用，，使橡橡胶由由线型型大分分子变变为三三维网网状结结构，，提高高橡胶胶性能能、稳稳定形形态的的体系系。补强填填充体体系：在橡橡胶中中加入入炭黑黑等补补强剂剂或其其它填填充剂剂，或或者提提高其其力学学性能能，改改善工工艺性性能，，或者者降低低制品品成本本。防护体体系：加入入防老老剂，，延缓缓橡胶胶的老老化，，提高高制品品的使使用寿寿命。。增塑体体系：降低低制品品硬度度和混混炼胶胶的粘粘度，，改善善加工工工艺艺性能能。2022/12/1841橡胶的的加工工工艺艺过程程：无论什什么橡橡胶制制品，，都要要经过过混炼和和硫化化这两个个过程程。对对许多多橡胶胶制品品，如如胶管管、胶胶带、、轮胎胎等，，还需需经过过压延延、压压出这这两个个过程程，对对门尼尼粘度度比较较高的的生胶胶，还还要塑塑炼。。因此此，橡橡胶加加工中中最基基础、、最重重要的的加工工过程程包括括以下下几个个阶段段：1）塑炼：降低低生胶胶的分分子量量，增增加塑塑性，，提高高可加加工性性。2）混炼：使配配方中中各个个组分分混合合均匀匀，制制成混混炼胶胶。3）压延：混炼炼胶或或与纺纺织物物、钢钢丝等等骨架架材料料通过过压片片、压压型、、贴合合、擦擦胶、、贴胶胶等操操作制制成一一定规规格的的半成成品的的过程程。4）压出：混炼炼胶通通过口口型