成型工艺学第六章橡胶加工工艺课件

第六章

橡胶加工工艺

第一节概述第二节橡胶制品原材料及配方设计第三节橡胶的塑炼第四节橡胶的混炼第五节橡胶的压延第六节橡胶的压出第七节橡胶的硫化

第六章

橡胶加工工艺橡胶加工系指生胶及其配合剂经过一系列化学与物理作用制成橡胶制品的过程。主要包括塑炼、混炼、压延、压出、成型和硫化等工序。第一节概述一．橡胶工业在国民经济中的地位

1结构材料（弹性、强度）：轮胎、减震材料、密封材料、防腐材料、绝缘材料等。2功能材料（光、热、电、磁、声等功能）可以用作声学橡胶、磁性运输带、特种电热片等。（2）分类：ⅰ实心轮胎：A.优点：制造方便，工艺简单，启动阻力小。B.缺点：缓冲性能差，动力消耗大，不适合高速车辆。C.适用性：起重车、电瓶车等。ⅱ充气轮胎：A.耐磨好，负荷量大，缓冲性好。B.适用：汽车、飞机和拖拉机等。第一节概述2.胶带（1）运输胶带特点：连续化、效率高、经济、前景广阔。适用：矿山、冶金、煤炭、化工、建筑、水电、航运和铁路等。（2）传动胶带ⅰ平型胶带ⅱ三角带ⅲ其它：同步齿形带、无级变速带、高速环形带等。第一节概述3.胶管（1）按使用特性分类：耐压胶管、吸引胶管、耐压吸引两用胶管。（2）按材料和用途分类：全胶、夹布、编织、缠绕、针织胶管等。4.胶鞋：解放鞋、工矿鞋、运动鞋等。5.橡胶工业杂品（橡胶“杂件”）如油封、胶辊、空气弹簧、胶布和胶板等。第一节概述2.橡胶工业的建立

（1）1823年建立了世界上第一个橡胶加工厂，生产防水胶布。（2）1826年，汉考克（hancock）发明开炼机及橡胶的塑炼。以后逐渐形成了塑炼、混炼、压延、压出、成型这一完整的加工过程。

第一节概述

（3）1839年，美国科学家固特异(Goodyear)发现橡胶的硫化。1839年：天然橡胶产量为388吨，1937年达到100万吨。（4）1916年，开始用炭黑补强；发明了密炼机。3．合成橡胶的发展（1）1918年，德国首先人工合成了橡胶；（2）1932年，苏联开始生产丁钠橡胶；（3）第二次世界大战期间，丁苯橡胶（1937）和氯丁橡胶（1935）投产；（4）二十世纪60年代，合成橡胶多达30多种，产量远超过天然橡胶。（5）目前世界橡胶产量2000多万吨。第一节概述

五.橡胶工业和科技发展趋势1.对原有橡胶开发新用途；2.对原有生产和加工技术继续改进；3.绿色轮胎及其它新产品的研究和开发；4.热塑性弹性体的研究开发；SBS(44%)、TPO(29%)、TPU(13%)、PET(5%)、其它（9%）。5.橡胶配合剂的造粒和复配技术。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

一.橡胶

（一）分类1.天然橡胶：含有5%非橡胶物质。

2.合成橡胶：

通用合成橡胶：用以代替天然胶生产轮胎及其它常用橡胶制品，如：丁苯、顺丁、氯按性能用途丁、丁基、异戊等。

特种合成橡胶：具有耐寒、耐热、耐臭氧、耐油等特性，用来制造特种条件下使用的橡胶制品。三元乙丙、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、氯醇橡胶、聚硫橡胶、CSM、CPE、PU等。按物理性状：捆包胶、颗粒胶、粉末胶、液体橡胶、乳胶、橡胶溶液等。合成橡胶

2.物理机械性能：（1）机械强度高，自补强性好（结晶）；（2）弹性好，伸长率达1000%；（3）耐曲挠疲劳性好；（4）透气性、电性能和耐寒性好；（5）滞后损失小。3.工艺加工性能好。4.化学作用：易发生加成、取代、氧化、交联等反应。5.溶解性能：（1）易溶于汽油、苯、二硫化碳和卤代烃等。（2）难溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计（三）合成橡胶1.丁苯橡胶：占总产量的50%以上。

（1）分类ⅰ.按组成分类：丁苯-10（30、50），数字代表苯乙烯所占重量份数。

苯乙烯含量大，耐磨性和硬度提高；苯乙烯含量小，耐寒性提高，加工温度降低。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计（2）优点：ⅰ耐热性好；ⅱ耐老化性好；ⅲ耐磨性好；ⅳ价廉。（3）缺点：ⅰ弹性、耐屈挠龟裂性和耐撕裂性差；ⅱ滞后损失小;ⅲ耐寒性和耐溶剂性差；ⅳ工艺加工性能差。（4）适用：轮胎、胶管、胶带、电缆、胶鞋、日用品等。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计

2．顺丁橡胶（BR）:Tg为105℃（1）分类：ⅰ高顺式顺丁橡胶：95%以上；ⅱ中顺式顺丁橡胶：85～95%；ⅲ低顺式顺丁橡胶：32～40%。顺式含量增大，物理机械性能提高；顺式含量减小，低温性能提高，加工性能、耐磨性、弹性、伸长率等降低。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

（2）主要优点：ⅰ弹性最好；原因：顺式含量高，分子排列规整。ⅱ耐低温性能最好；原因：玻璃化温度低，为105℃。ⅲ耐磨性优异；ⅳ滞后损失小，生热少。3．异戊橡胶（IR，IsopereneRubber)（1）优点：ⅰ凝胶少，杂质少，质地均匀；ⅱ加工性能好，易塑炼，流动性好，压出收缩小；ⅲ弹性好，生热少，抗龟裂性好；ⅳ耐水性、电绝缘性、耐老化性比天然橡胶好。(原因是非橡胶质少。)

第二节橡胶制品的原材料及配方设计

（2）缺点：ⅰ硫化速度慢；原因是硫化活性剂蛋白质少；ⅱ填料分散差；ⅲ生胶强度、抗撕裂强度差。

（3）适用：与天然橡胶相似。ⅱ电绝缘性好；（丁基为2小时，EPDM为2个月）ⅲ耐腐蚀性好；（对极性化学品如酸碱好，烯烃差）

ⅳ冲击弹性好。（回弹率达50～60%，仅次于顺丁胶和天然胶。）

（3）缺点：ⅰ硫化速度慢；ⅱ不易并用；（混溶性差）ⅲ自粘性、互粘性差，粘合难；ⅳ加工性能差。

（4）用途：耐热运输带、蒸汽胶管、防水材料、电线、电缆、胶板等。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

5.氯丁橡胶（CR，ChloropreneRubber）（1）分类：ⅰ硫磺调节型（G型，相当于国产通用型）

ⅱ非硫磺调节型（W型，54-1型）ⅲ其它：粘接型、氯丙胶、氯苯胶等。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计

（2）优点：ⅰ机械强度高，伸长率高，（近于天然胶）；ⅱ耐侯性、耐臭氧优异；（仅次于乙丙和丁基橡胶）ⅲ耐热性好；（150℃短期使用，90～110℃使用4个月）ⅳ耐燃性最好；（自熄）ⅴ耐无机酸碱性好，耐油性好（仅次于丁基胶）。

（3）缺点：ⅰ.储存稳定性差，易硫化变质；ⅱ.电绝缘性差；ⅲ.耐寒性差；ⅳ.加工时对温度敏感。

（4）用途：胎侧胶、耐热运输带、耐油胶管、容器衬里、胶辊（板）等。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

6.丁腈橡胶（NBR）

（1）分类：丁腈40（36～42%）；丁腈26（25～30%）；丁腈18（24%下）。第二节橡胶制品的原材料及配方设计（2）优点：ⅰ.耐油、耐溶剂性优良；（仅次于聚硫、丙烯酸酯橡胶）ⅱ.耐热性好；(比天然和丁苯橡胶好)使用温度120℃，耐150℃热油，190℃热油70小时仍屈挠。ⅲ.耐磨性优良；ⅳ.耐老化、气密性和导电性良好。

（3）缺点：ⅰ耐臭氧性差；ⅱ耐寒性差；ⅲ电绝缘性差。

（4）用途：ⅰ丁腈40：直接与油接触，耐油性好的制品，油封等；ⅱ丁腈26：普通耐油制品，如胶管、油箱、胶辊、手套等；ⅲ丁腈18：耐油性低的制品。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

7．丁基橡胶（1）分类：0.6～1.0%，1.1～1.5%，1.6～2.0%，2.1～2.5%，2.6～3.3%。（2）优点：ⅰ.气密性非常好（最好）；ⅱ.化学稳定性很高，耐酸碱腐蚀性很好；ⅲ.电绝缘性、电晕性极好；ⅳ.耐候性、耐热老化、抗臭氧很好；ⅴ.耐水性、减震性好。第二节橡胶制品的原材料及配方设计（3）缺点：ⅰ.

硫化速度慢；ⅱ.

自粘性、互粘性差，并用难；ⅲ.

永久变形大，低温弹性差；ⅳ.

滞后损失大。（4）用途：内胎、水胎、风胎、电绝缘材料等。第二节橡胶制品的原材料及配方设计8．其它橡胶：

（1）聚硫橡胶：耐油性最好；（2）硅橡胶：既耐高温又耐低温；（3）氟橡胶：耐热氧老化性能最好；（4）聚氨酯橡胶：耐磨性最好。

（四）粉末橡胶、液体橡胶和热塑弹性体

1．粉末橡胶：利用淀粉和胶乳共沉淀而制成的一种粉状橡胶。（1）主要特点：ⅰ

不需塑炼，混炼效率高；

ⅱ

节省电能和劳动力；

ⅲ

便于自动化、连续化生产；

ⅳ

称量方便。（2）存在问题：储存期间互相粘连。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

2.液体橡胶：（1）无活性端基液体橡胶：初期多为无活性端基的低聚合度的二烯类或杂链橡胶。

ⅰ缺点：自由基多，定伸强度、疲劳强度和物理机械性能差。ⅱ用途：胶粘剂、密封剂。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计

（2）带活性官能团的液体橡胶ⅰ.分类：A.官能团处于分子链两端：遥爪型液体橡胶；B.官能团沿分子链无规分布：非遥爪型液体橡胶。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计ⅱ特点：A.克服了（1）中的缺点，扩大了应用范围；B.便于自动化、连续化生产；C.设备投资少，动力消耗小；D.劳动强度低。ⅲ存在问题：A.机械强度低；B.价高；C.设备和工艺存在问题。ⅳ用途：胶粘剂、涂复保持材料、汽车配件、胶管、胶带（鞋）等。3．热塑性弹性体（1）嵌段共聚物：SBS、MBS等。（2）动态硫化：ⅰ.

动态半硫化：

ⅱ.

动态全硫化：是目前研究的热点，有的实现了工业化。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计（五）再生橡胶：

1.再生方法：（1）

碱法：现已淘汰；（2）油法；

（3）水油法：目前应用广泛。现在有动态脱硫法,减小环污染等。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计2.生产工艺：切胶（25×10×3mm）

洗涤

粉碎（6～8；0.8mm～1.0mm）3.再生机理：使硫化胶发生部分降解，破坏原网络结构，使其可塑度得到一定提高。

二．配合剂1．硫化剂：在一定温度和压力下，能使橡胶由线形长链分子转变为交联网状大分子的物质。

（1）分类ⅰ.

硫磺A.品种：

a.硫磺粉：熔点：114～118℃，应用广泛。

b.升华硫磺：重要制品

c.沉淀硫磺：乳胶薄膜

d.胶体硫磺：胶乳

e.不溶性硫磺

第二节橡胶制品的原材料及配方设计B.使用温度：120～160℃原因：Sα94.5℃S120℃Sλ160℃Sμ444.6℃S8

1000℃S2斜方固体单斜固体液体液体气体气体C.适用性：大部分不饱和橡胶，如天然橡胶、三元乙丙、异戊胶、顺丁胶、乙烯基硅橡胶、丁苯橡胶等。D.硫磺的溶解、扩散、结晶。喷硫：主要原因:混炼不均，温度高，硫磺过多，停放时间长等。克服措施：低温短时间混炼，加适量再生胶等。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

ⅱ.有机过氧化物：A.过氧化二异丙苯（DCP）

B.特点：

a.酸性物质对硫化影响大；b.不能和炭黑混用；

c.硫化温度需要低些。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计

C.适用性：

a.饱和硅橡胶、二元乙丙橡胶、23型氟橡胶等。

b.白色、透明、压缩变形小、耐热制品。

c.不适用丁苯橡胶、CSM等。

ⅲ.金属氧化物：ZnO、MgO

常用于氯丁胶、羧基丁苯胶、羧基丁腈胶等。ⅳ.树脂类：热固性烷基酚醛树脂、环氧树脂等。

适用：不饱和碳链橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶等。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

（2）用量：软制品为1～4份;硬制品为30～50份;半硬制品10份左右。

2．硫化促进剂：能够促进橡胶的硫化作用，降低硫化温度，缩短硫化时间，减少硫化剂用量并能提高或改善硫化胶物理机械性能的配合剂。（1）无机类：ZnO、MgO、PbO等。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计（2）有机类

ⅰ

噻唑类：A.2—硫醇基苯并噻唑（促进剂M）

a.特点：快速促进，硫化平坦性好。b.适用性：天然橡胶、二烯类合成橡胶等。c.用量：第一：1～2份，第二：0.2～0.5份。

B.二硫化二苯并噻唑（促进剂DM）第二节橡胶制品的原材料及配方设计

ⅱ

秋兰姆类：二硫化四甲基秋兰母(促进剂TT)(超速促进剂)

用量为0.2～0.3份。

ⅲ

次磺酰胺类：（迟效、焦烧时间长，硫化活性大，发展快，有前途）A.促进剂CZ:N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺。用量：0.2～2份。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计B.促进剂NOBS:N—氧二乙撑-2-苯并噻唑次磺酰胺。0.5～2.5份。

C.促进剂NS:N—叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺

D.促进剂DZ:N,N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺

用量为0.5～1份。

ⅳ胍类：促进剂D或DPG，用量为0.1～0.5份。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计ⅴ.二硫代氨基甲酸盐类:促进剂PZ:促进剂BZ。ⅵ.醛胺类:促进剂H(六次甲基四胺)、促进剂808等。ⅶ.

黄原酸盐类：促进剂ZBX等。ⅷ.

硫脲类：促进剂NA-22等。ⅸ.

新品种：三嗪促进剂、硫代氨基甲酰次磺酰胺、硫磷酯促进剂等。

（3）要求：ⅰ有较高的活性；ⅱ硫化平坦期长；ⅲ硫化临界温度高;ⅳ对橡胶老化性能和物理机械性能不产生恶化影响。

3.硫化活性剂：氧化锌和硬脂酸并用。4.硫化迟缓剂：不发生早期硫化。如水杨酸、苯酐、N—亚硝基二苯胺等。第二节橡胶制品的原材料及配方设计5.增塑剂

（1）物理增塑剂（软化剂）能提高橡胶的可塑性，有利于配合剂在胶料中分散，便于加工并能适当改善橡胶制品耐寒性的物质。ⅰ作用机理：使橡胶溶胀，增加分子间距离，减小分子间作用力，从而提高了可塑性。ⅱ品种；硬脂酸、油酸、松节油、煤焦油煤沥青、松香、油膏等。第二节橡胶制品的原材料及配方设计（2）化学增塑剂（塑解剂）ⅰ作用机理：能加速橡胶塑炼时的断链作用，还能接受自由基，稳定塑炼效果。（在低温缺氧时也可使用）ⅱ品种；噻唑类、胍类促进剂、硫酚、亚硝基化合物等。6．补强剂和填料

（1）补强剂：凡能在胶料中主要起补强作用的填料。ⅰ.作用：提高橡胶的撕裂强度、定伸强度和耐磨性等。ⅱ.品种：炭黑、碳酸镁、白炭黑、活性碳酸钙、活性陶土等。ⅲ.炭黑的补强机理第二节橡胶制品的原材料及配方设计

图6-1炭黑补强示意图

ⅲ炭黑的补强机理A.物理吸附：橡胶能很好吸附在炭黑表面润湿炭黑。炭黑与橡胶间作用力大于橡胶分子间作用力。B.化学吸附：炭黑具有不均匀性，分布有活性很高的活化点，具有未配对电子，能与橡胶发生化学作用。特点：分子链易在炭黑表面滑动，但不脱离。C.补强作用：分子链的滑动，物理吸附吸收外力冲击。使应力分布更均匀。（2）填料第二节橡胶制品的原材料及配方设计

7．防老剂：

（1）胺类防老剂

ⅰ酮胺类；防老剂AW:6-乙氧基—2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉。防老剂RD:2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体。用量为0.5～3份。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计

ⅱ二芳基仲胺类防老剂A（甲）:N-苯基--萘胺

防老剂D（丁）:N-苯基--萘胺用量为1-2-5份

ⅲ对苯二胺类防老剂4010(CPPD)：N-苯基-N’-环己基对苯二胺,0.15～1份

第二节橡胶制品的原材料及配方设计N防老剂4010NA(IPPD)：N苯基-N’异丙基对苯二胺

防老剂H：N,N’-二苯基对苯二胺

（2）酚类(和塑料相同）

三．配方设计

1．配方种类；（1）基础配方：供研究或鉴定新胶种、新配合剂用的；（2）性能配方：为达到某种特性要求而进行的；（3）生产配方：在前两种配方基础上，结合生产实际条件所做的实用投产配方。第二节橡胶制品的原材料及配方设计

2．配方设计原则(1)制品使用条件、质量、寿命、物理机械性能等；(2)原料的性质及相互关系（主要原料、硫化体系、操作系统、成本系统、性能系统等）(3)原材料使用立足国内，因地制宜；(4)设备和工艺特性。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计

3.配方设计程序（1）确定胶料的技术要求ⅰ用途、使用部位和应起作用；ⅱ具体使用条件：使用温度、压力、工作周期、频率、寿命等；ⅲ胶料的工艺性能；ⅳ各种性能指标等。（2）编制实验方案：基本实验配方、原料选择、性能、检测项目等；（3）试验，整理资料；（4）选取最佳配方；（5）复试3～5次后进行中试；（6）确定生产配方：包括组份、用量、胶料质量指标、工艺条件等。

第二节橡胶制品的原材料及配方设计第三节橡胶的塑炼

从第二节中可知，根据橡胶的来源不同，可分为天然橡胶和合成橡胶；从外观形态不同，可分为粉末橡胶、颗粒胶、乳胶、橡胶溶液、液体橡胶和捆包胶等。目前橡胶厂使用的大多数是捆包胶，所以，我们主要介绍捆包胶的加工工艺。

捆包胶的加工过程

生胶塑炼配合剂混炼压延纤维材料压出金属材料

烘胶切胶破胶粉碎筛选溶化过滤裁剪成型硫化等第三节橡胶的塑炼

一．橡胶的塑炼：在机械力和化学作用下，提高弹性生胶可塑性的工艺过程。1．可塑性：（1）含义：橡胶在外力作用下产生变形，当外力消除后橡胶仍能保持其形变的能力。第三节橡胶的塑炼

（2）生胶的可塑性提高↑，收缩性↓，流动性↑，溶解性↑，粘着性↑，渗入性↑，混炼发热量↓；耐磨性↓，耐老化性↓，物理机械性能↓，永久变形↑。

2．生胶（1）含义：未经予加工处理的天然橡胶和合成橡胶。（2）特性：ⅰ弹性高，但呈现高弹性的温度范围窄；

ⅱ加工中，大部分机械能消耗在弹性变形上，难以获得所需的形状。

第三节橡胶的塑炼

3．橡胶的门尼黏度：表示100℃下，对黏度计转子所产生的剪切阻力。（1）表示方法：M为门尼黏度；L为大转子；4为转动4分钟后的读数，1为预热1分钟。注：直径为38.1mm，厚度为5.54mm，转速为2转/分钟，压力为3.5～6MPa。

（2）门尼黏度与可塑性：门尼黏度提高，分子量提高，可塑性降低。

（3）几种橡胶的门尼黏度

橡胶

门尼黏度

橡胶

门尼黏度

天然橡胶95～120异戊橡胶55～90丁苯橡胶54～64丁腈橡胶-18120

顺丁橡胶45～55丁腈橡胶-2695

氯丁橡胶43～53丁腈橡胶-4090（4）几种工艺对门尼黏度的要求

ⅰ

混炼：60ⅱ

擦胶工艺：40

第三节橡胶的塑炼

4．橡胶威氏可塑度（1）

表征：

为试片原高度；为试片在70℃温度下，在平行板间受5公斤负荷挤压3分钟后的高度；为试片去掉负荷，在室温恢复3分钟后的高度。

第三节橡胶的塑炼

（2）完全弹性体时，

完全塑性体时，

P越大,可塑性越大，P=0～1。二．塑炼的目的降低橡胶的弹性，提高可塑性，获得适当的流动性，增大与配合剂的混溶性，以满足混炼、压延、压出及胶浆制造等各种加工过程的要求。三．塑炼的机理

1．本质：借助机械力和化学作用，使橡胶大分子链断裂，大分子链由长变短，黏度降低，可塑性提高。第三节橡胶的塑炼

2．低温塑炼机理：

第三节橡胶的塑炼

机械力无氧时：有氧时：ROOH分解为稳定的较小的分子。

（1）机械断链作用为主,氧起到稳定游离基的作用。（2）温度降低，粘度增大，剪切力增大，断链作用增大。（3）分子量高的易断链，易从中间断，所以分子量分布变窄。

第三节橡胶的塑炼

（4）顺丁橡胶中高分子量级分少，机械断链难，难塑炼。（5）塑解剂的作用(稳定)

3.高温塑炼机理第三节橡胶的塑炼

ROOH分解为稳定的较小的分子。

（1）分子量分布不会过窄，因为氧化对分子链上的各个部分作用相同。（2）高温塑炼中，氧化裂解反应起主导作用，温度升高，塑炼效果提高。（3）高温塑炼中，机械搅拌主要作用是通过不断翻胶，增加与氧接触。（4）引发剂型塑解剂对高温塑解作用明显。

第三节橡胶的塑炼

四．塑炼工艺（一）准备1.烘胶：A.温度：50～70℃（天然胶为50～60℃）；

B.时间：24～36小时（冬天为36～72小时）

C.目的：使生胶软化，便于切割，解除结晶，缩短塑炼时间，减少能耗，保护设备等。2.切胶：10公斤左右；3.破胶：辊距2～3mm，辊温45℃以下，25公斤卷胶。

第三节橡胶的塑炼

（二）塑炼方法（工艺）1．开炼机塑炼（1）特点：塑炼质量好，胶料收缩小，生产效率低，劳动强度大等。（2）工艺条件：

ⅰ辊温：一般为100℃以下（45～60℃以下），温度降低，效果提高；

ⅱ辊筒速比：1：1.25～1：1.27，（如过大，摩擦热多，温度升高，效果可能降低）；

第三节橡胶的塑炼

ⅲ装胶量：要适当.容量大，堆积胶乳动，热量难散发，效果差；

容量过小，塑炼效率降低；ⅳ

辊距：0.5～4mm；

ⅴ时间：10～15分钟可塑度趋于平衡，所以应分段塑炼：

一段：0.30±0.05，二段：0.40±0.05，三段：0.50±0.05

第三节橡胶的塑炼

（3）提高开炼机塑炼效果的主要措施ⅰ

打三角包，翻料；

ⅱ

提高辊筒速比；ⅲ

薄通；

ⅳ

提高辊速；ⅴ

适当降低温度；

ⅵ

加入塑解剂；ⅶ提高超前系数:b/eb为生胶通过辊筒后的厚度，e为辊距。(4)开炼机塑炼方法

ⅰ

薄通塑炼将生胶于0.5～1mm辊距薄通落盘，扭转90°再加入，重复10次至规定时间；生胶全部落盘后，辊距调至12～13mm，包辊后连续左右切割捣合三次以上，然后切割下片。

优点：冷却效果好，不切刀。

缺点：辊速慢，效率低。

第三节橡胶的塑炼

ⅱ包辊塑炼应多次割刀，有利于散热，塑炼均匀。

ⅲ

爬架子塑炼：生胶过辊后，引上一个运输带架子运行一段距离再返回辊筒。

特点：散热效果好，可一次达到要求的塑炼度，不割刀。2．密炼机塑炼（1）特点：生产效率高，劳动强度小，电力消耗少，清理设备难。（2）影响密炼机塑炼效果的主要因素：

ⅰ.转子转速：转速提高，可塑度增大（一般不变，为40～80转/分钟）；

第三节橡胶的塑炼

ⅱ.温度：高于120℃，有的高达160～180℃，多为140～160℃；

天然胶﹤155℃，以110～120℃最好，温度过高，物理机械性能降低。

温度提高，效果提高。丁苯橡胶，温度低于140℃，过高易支化、交联等。

ⅲ.时间：时间延长，可塑度提高；一般为3～5分钟;加入塑解剂，有2～3分钟即可。ⅳ.容量和上顶栓压力A上顶栓压力一般为0.5～0.8；B装胶量一般为密炼室容积的48～75%；

第三节橡胶的塑炼

ⅴ.

塑解剂（比开炼机效果好）

如使用0.3～0.5%，可缩短时间30～50%；60～80转/分钟，0.5～0.8MPa，160～180℃，

（

高速）

（高压）

（高温）

3～5分钟2～3(塑解剂)

3.螺杆挤出机塑炼（1）特点：连续塑炼，效率高，但对胶料物理机械性能影响大（搅拌强烈，生热多）。

（2）影响塑炼效果的主要因素

ⅰ

机温：温度升高，可塑性提高；

机身温度：95～110℃，机头温度：80～90℃。

第三节橡胶的塑炼

A.机身温度高于110℃时，可塑性变化不大；

机身温度高于120℃时，排胶温度太高，发粘，不易补充加工。

B.机身温度低于90℃时，设备负荷↑，出现夹生现象。

ⅱ

胶温：预热至70～80℃。ⅲ

螺杆转速

五．塑炼特性1．天然胶与合成胶塑炼特性比较比较内容

天然胶

合成橡胶

塑炼难易

易

难

生热

小

大

增塑剂

有效

效果低

复原性

小

大

收缩性

小

大

粘着性

大

小第三节橡胶的塑炼

2．合成橡胶塑炼难的主要原因（1）天然橡胶中存在甲基共轭效应，二烯类合成橡胶不存在.如丁苯、顺丁等。

机械塑炼时，合成胶不如天然胶断链容易。（2）合成橡胶初时黏度一般较低，分子链短；分子链容易滑动，剪切作用小；辊压伸长时，结晶不如天然胶，所以相同条件，不如天然胶受剪切作用大。第三节橡胶的塑炼

（3）机械力作用下，生成的丁二烯类橡胶分子游离基稳定性比天然胶低。

A.缺氧时，容易再结合产生支化和凝胶；

B.有氧时，同时产生支化,凝胶，分解，分子量降低。

3.主要合成橡胶的塑炼特性

（1）顺丁胶分子量低，容易冷流，塑炼效果差；（合成中获得适当黏度）（2）氯丁胶：黏度低，一般不需要塑炼（经3～5次薄通即可）；第三节橡胶的塑炼

（3）硬丁腈橡胶：门尼黏度90～120，塑性低，工艺性能差，必须塑炼；韧性大，生热多，收缩剧烈，塑炼特别难；措施：ⅰ低温薄通塑炼（温度↓，剪切力↑）ⅱ加入塑解剂。（4）丁基橡胶、乙丙胶等，化学性质稳定，塑炼效果差；丁基橡胶可直接混炼；乙丙胶可塑性在合成中获得。第四节

胶料的混炼

一．混炼：在加热条件下，通过强烈的机械作用，将各种配合剂与塑炼胶均匀混合为混炼胶的工艺过程。混炼胶：将粉状配合剂在高温剪切作用下，均匀分散于塑炼胶中组成的分散体系。二．混炼目的：使配合剂分散均匀，防止胶料可塑度过高或过低，防止焦烧、喷硫等，使后续过程正常进行。三．准备

1．配合剂粉碎、磨细，有利于胶料分散。2．干燥：易与水发生变化，如氧化镁、氧化钙、无水石膏等。3．筛选4．软化剂预热和过滤。5．膏剂与母料的制备。6．称量、配合。

第四节

胶料的混炼

四．混炼理论1．配合剂的处理（1）配合剂的类型：ⅰ疏水性：如炭黑等；容易与生胶混合和分散等。ⅱ亲水性：如碳酸钙、陶土、氧化锌等；不容易与生胶混合和分散。

第四节

胶料的混炼（2）表面活性剂ⅰ特点：

A.有-OH、-NH2、-COOH、-NO2、-NO等，具有亲水性。

B.有非极性长链、苯环或烃基，具有疏水性。

ⅱ作用：

A.生胶与炭黑间的媒介作用。

B.稳定作用：使已分散的炭黑粒子保持在胶料中的分散状态。

（3）处理方法：取适量表面活性剂与配合剂在一定温度下高速混合均匀。

第四节

胶料的混炼2．炭黑在橡胶中的分散过程（1）生胶对炭黑的润湿过程ⅰ.润湿过程：生胶分子逐渐进入炭黑颗粒聚集体的空隙中，形成包容橡胶。ⅱ.润湿过程中，表观密度增大，比体积减小。ⅲ.终点判断：比体积达到一恒定值(即V空隙＝0)时，即为润湿过程终点。V比＝V生胶＋V炭黑＋V空隙ⅳ.特点：炭黑已被混合，但没有分散。

第四节

胶料的混炼（2）分散过程：在强烈的剪切力作用下，包容橡胶体积逐渐减少，直至充分分散。

（3）力化学降解过程：橡胶分子链断裂，分子量降低，黏度降低。第四节

胶料的混炼3．混炼性能优劣的判断（1）炭黑混入时间（BlackIncorporationTime，BIT）

炭黑被混炼到均匀分散所需要的时间，即在混炼过程中，出现第二次转矩峰的时间。炭黑混入时间越小，混炼越容易。（2）最大压出膨胀率的时间最大压出膨胀率的时间越短，混炼性能越好。

五．混炼工艺过程1．开炼机混炼（1）加料次序：塑炼胶小料（促进剂、活化剂、防老剂等）液体软化剂

补强剂

硫化剂。第四节

胶料的混炼（2）工艺条件：ⅰ

辊筒速比：1：1.1～1.2；

ⅱ

辊距：4～8mm（薄通）;

ⅲ

辊温：40～60℃；合成橡胶应在40℃以下；

ⅳ

时间：20～30分钟；合成橡胶要适当长些；

ⅴ

转速：16～18转/分钟；

ⅵ

天然胶一般包热辊，合成胶一般包冷辊。

（3）开炼机混炼过程（包括包辊、吃粉和翻胶）

ⅰ

包辊性A.四种包辊状态

a.温度低时，胶料较硬，弹性高，胶料主要留在堆积处滑动，延迟了生产过程；

b.温度适宜，能包辊，既有塑性流动又有弹性变形，混炼操作容易；

c.温度偏高，流动性↑，分子间作用力↓，强度↓，不能包辊，脱辊，破裂；

d.温度更高时，呈粘弹性流体包在辊筒上，产生塑性流动。

第四节

胶料的混炼abcd图6-2生胶包辊现象B.顺丁橡胶和三元乙丙胶包辊性差。

原因：分子量分布窄，内聚力低，松弛时间短，胶料抗裂口起始的能力低，胶料出现撕裂和脱辊现象。

措施：a.分子量分布宽，开炼机操作性能好；

b.形成结合橡胶。C.天然橡胶和乳聚丁苯橡胶包辊和混炼性能好。第四节

胶料的混炼D.包辊性差的合成胶，加入炭黑后，生成结合橡胶，提高了胶料的强伸性能，扭转了脱辊现象。E.软化、发粘的胶料易粘辊。克服措施：a.加入硬脂酸、皂类、石蜡等防粘软化剂；

b.减小辊距；

c.降低辊温。第四节

胶料的混炼

ⅱ吃粉过程：当胶料进入堆积胶的上层时，由于受到阻力而拥塞、折叠起来，在堆集胶的前方形成皱纹沟，粉剂即进入这些沟纹中，并被带入内部。ⅲ

翻炼：斜刀法、打三角包、打扭法和捣胶法等。

第四节

胶料的混炼2．密炼机混炼（1）优点：ⅰ

机械化程度高；

ⅱ

劳动强度小；

ⅲ

混炼时间短，效率高；

ⅳ

减小了粉尘。（2）加料次序：塑炼胶

小料（促进剂、活化剂和防老剂等）

填料（补强剂）

软化剂

硫化剂第四节

胶料的混炼

（3）

混炼方法

ⅰ.一段混炼

先将塑炼胶、配合剂按一定顺序投入密炼机混炼室内，使其相互混合均匀后，排胶于压片机压成片，并使胶料温度降至100℃以下，然后加入硫化剂和需要低温加入的其它配合剂，捣胶、反复压炼，混炼均匀。

第四节

胶料的混炼

ⅱ.二段混炼（氯丁、顺丁等）

经密炼机一段混炼后，于压片机下片冷却，并停放一定时间，再回到密炼机中混炼，排胶于压片机上且冷却到100℃以下时，再加入硫化剂、超速促进剂等，使其分散均匀。（4）影响混炼质量的主要因素

ⅰ

装料量：填充系数为0.48～0.75；指一次装胶容量与密炼室容积之比。

ⅱ

上顶栓压力：0.6MPa以上；

ⅲ

转速与混炼时间：20转/分钟（140立升）10～20分钟40转/分钟（140立升）4～5分钟60转/分钟（140立升）1～1.5分钟

ⅳ

混炼温度：100～130℃

。第四节

胶料的混炼六．混炼胶的冷却、停放和过滤1．冷却：出片为80～90℃35～40℃如冷却不够，则出现焦烧、喷硫和互粘等现象。2．停放：8小时以后才能使用；原因：（1）使胶料恢复疲劳，松弛混炼时的机械应力，减小胶料收缩；

（2）配合剂继续扩散，分散均匀；

（3）有利于形成结合橡胶，提高补强效果。

第四节

胶料的混炼3．过滤：30孔和40孔各一层，特殊的也可用60～80孔的。主要是为了提高气密性等。

第五节橡胶的压延一．橡胶的压延指胶料通过一定温度的辊筒间隙时，在压力下延展为具有一定断面形状的胶条或在织物上实现挂胶的工艺过程。

二.

压延的目的压片、压型、贴胶、擦胶、胶片与胶片或与挂胶织物的展合等。三．压延效应：在压延过程中，使产品纵横向性能产生差异的现象。纵向扯断力大、伸长率小，收缩大，其他物理机械性能也有相应变化。

1．影响因素

（1）各向异性配合剂多时，压延效应大（滑石粉、陶土和碳酸镁等）；（2）辊温↑，压延效应小；（3）可塑性↑，压延效应小；（4）热炼时改变方向进入压延机，压延效应小；（5）

缓冷，压延效应小；（6）

热炼温度↑，压延效应小。2．危害和益处（1）

纵向破裂（球胆）；（2）纵向韧性↑

第五节橡胶的压延四．准备

1．胶料热炼和供胶：将混炼胶在炼胶机热炼，加热，连续和间断供料；2．织物预加工：浸胶、帘布热伸张等。第五节橡胶的压延

五．压延工艺过程

1．胶片的压延：将预热好的胶料用压延机制成一定规格的胶片。（1）基本要求：胶片应光滑、无气泡、不皱缩、厚度均匀；

（2）影响因素：

ⅰ

天然胶中、下辊间不能有堆积胶；

ⅱ

含胶量大，弹性大，辊温应高；

ⅲ

丁苯胶中、下辊间应有堆积胶；

ⅳ

为减少气体，辊温应降低；

ⅴ

堆积胶应稳定；

ⅵ

可塑性↓，胶片收缩大，表面不光滑。第五节橡胶的压延图6-3

2．压型：将胶料制成具有一定断面形状或表面具有某种花纹的胶片。（1）基本要求

ⅰ

花纹清晰，规格尺寸准确，无气泡；

ⅱ

胶料应具有一定的可塑度；

ⅲ

辊筒（左右）压力应平衡：

ⅳ

压型后急冷，以便花纹定型。

第五节橡胶的压延（2）主要半制品：胶鞋大底、力车胎面、胎侧等。a，b－两辊压型（v1=v2）；c－三辊压型（v1v2=v3）；d－四辊压型（v2=v3=v4v1）图6-4胶料压型示意图3．织物的贴胶图6-5贴胶示意图a－无积胶贴胶(v2=v3>v1);b—有积胶贴胶(v2=v3>v1);c－四辊两面一次贴胶(v2=v3>v1=v4)1-纺织物进辊；2-进料；3-贴胶后出料；4-积胶（1）特点：对帘布伤害小，胶料渗入差，速度快，效率高，附着力小。（2）适用性：薄纺织品、经、纬密度稀的织物、特别适用已浸胶的织物。（3）含义：织物与胶片一同通过等速相向旋转的两辊筒间受热压合的过程》

第五节橡胶的压延

（4）贴胶的形式：ⅰ三辊：

A.中、下辊间有积胶（压力贴胶，易渗入织物）。B.中、下辊间没有积胶.

ⅱ

四辊：可以两边贴胶。第五节橡胶的压延图6-6擦胶示意图a-中辊包胶（v2>v1=v3）b-中辊包胶（v2>v1=v3）1-纺织物进辊；2-进料；3-擦胶后出料4．擦胶：织物和胶片一起通过不等速相向旋转的辊筒间隙受热压合的过程。（1）特点：浸胶渗透性大，附着力高，易擦伤织物（强度、弹性结合，提高了织物的物理机械性能）。（2）适用性：密度（强度）高的织物，如帆布等。

六．压延特性1．天然胶：（1）热塑性大，收缩较小，压延容易；

（2）易黏附热辊，控制各辊温差，以实现顺利转移。

第五节橡胶的压延

2．丁苯橡胶：（1）收缩率较天然胶大，应充分薄通塑炼：减小措施：ⅰ

加软化剂；ⅱ

加填料；ⅲ

加天然胶。

（2）易裹入空气，气泡难除；

（3）压延温度应比天然胶低5～10℃。

3．氯丁胶：对温度敏感性大，70～90℃易粘辊。克服措施：

（1）要求不高时，可在70℃以下（60℃）压延；

（2）要求高时，辊温高于90℃；（迅速冷却）收缩率小，能保持一定厚度；

（3）可在胶料中掺如少量石蜡、硬脂酸、10%天然胶等。

第五节橡胶的压延第六节橡胶的压出一．含义：在压出机螺杆的挤压作用下，使受热熔融的胶料通过具有一定断面形状的口型而获得半制品的工艺过程。二．常见制品：胎面、内胎、胶管、电线、电缆护套及各种异型断面制品。三．特点1．便于实现上下工序联动化；2．致密性↑，胶料均匀；3．可生产各种尺寸、形状半制品，适用面广。4．占地面积小，结构简单、造价低，使用灵活机动。

四．压出机1．型号：XJ－200（x）2．长径比：热料为4～5;冷料为8～12。

第六节橡胶的压出3．口型尺寸：为螺杆直径的0.3～0.75，压出宽度为螺杆外径的25～35倍（1）如口型过大，螺杆推力小，机头压力不足，压出速度慢，不均匀；（2）如口型过小，压力太大，压出速度快，剪切作用大，生热多，焦烧↑。（3）举例：ⅰ.氯丁胶冷却效果应好；ⅱ.丁基胶螺槽应浅，长径比为7～10，应小。

五．压出工艺条件1．压出温度

橡胶

机身温度/℃

机头压力/℃

口型温度/℃天然橡胶40～6075～8590～95丁苯橡胶40～5070～8090～100丁基橡胶30～4060～9090～110丁腈橡胶30～4065～9090～110氯丁橡胶20～2550～6070

如含胶量多，塑性小，温度应高。第六节橡胶的压出2．压出速度（1）单位时间内压出机压出的胶料体积或重量。（2）压出速度应稳定（螺杆结构、转速、口型结构、加料方法、加料口形状）；

否则，机头压力改变，压出物断面尺寸和长径比收缩变化大，超出公差范围；ⅰ.内胎挤出速度为6～8米/分钟，ⅱ.天然胶为9米/分钟，

ⅲ.30%丁苯橡胶为8～8.5米/分钟。第六节橡胶的压出3．压出物的冷却（1）作用：断面尺寸稳定，防止热塑变形，防止焦烧；（2）方式：喷淋冷却，水浸冷却。（3）厚制品：厚度相差大的制品，不宜急冷。

六．橡胶的压出特性

第六节橡胶的压出第七节橡胶的硫化一．硫化在加热加压下，橡胶与硫化剂发生化学反应，使橡胶由线形结构的大分子交联为立体网状结构大分子，导致胶料的物理机械性能及其它性能有明显变化的过程。

二．硫化目的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。

三．硫化过程

图6-7

三．硫化过程1．硫化起步阶段（诱导期）（1）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。（2）特点：交联反应未开始，胶料流动性好，物理机械性能差。（3）作用：模压硫化时，胶料流动、充模要在该段进行。

第七节橡胶的硫化

（4）要求：ⅰ.如要求诱导期长，操作安全性好，则应选后效性促进剂；

ⅱ.如果用超速促进剂，焦烧期短，易焦烧，操作安全性差。

迟效性促进剂+秋兰姆类，焦烧期长，操作安全性好。ⅲ.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。第六节橡胶的压出2．欠硫阶段（硫化起步至正硫化阶段）（1）初期：交联度低，物理机械性能差；（2）后期：轻微欠硫。主要物理机械性能，如拉伸强度、弹性、伸长率等未达到要求；但某些性能如撕裂强度、耐磨性和抗动态裂口等超过正硫阶段。3．正硫化阶段（1）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。（2）正硫化条件（温度和时间）ⅰ

正硫化时间：由制品厚度和性能而定，如撕裂、耐磨性最佳或接近。ⅱ

正硫化温度：第七节橡胶的硫化（3）硫化平坦期

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。

硫化平坦期影响因素：

a.加入超速硫化促进剂，硫化平坦期↓；

原因：活性迅速失去，交联键断裂得到补充。b.热稳定性差，易硫化复原；c.交联键键能高，硫化平坦期较长。d.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↑。第七节橡胶的硫化

（4）后硫化：厚制品的后“硫化”，使拉伸强度、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。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。第七节橡胶的硫化4．过硫阶段：正硫过后，如继续硫化则进入过硫化阶段。（1）天然橡胶：有硫化复原现象，各种物理机械性能降低。

第七节橡胶的硫化（2）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。原因：交联与氧化断链存在于硫化的始终，在过硫阶段：

ⅰ.天然胶为线形大分子结构，在该段氧化断链为主导地位，所以物理机械性能降低。

ⅱ.

大部分合成胶存在支链结构，在氧化反应中起支化反应，因此，物理机械性能变化不大；

交联占优势，环化结构增多。