橡胶制品成型加工

橡胶制品成型加工第1页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工

橡胶制品的成型加工系指以生胶及其配合剂为原料，经过一系列化学与物理作用制成橡胶制品的过程。加工工序主要包括:生胶的塑炼塑炼胶与各种配合剂的混炼成型胶料的硫化第2页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工第一节橡胶制品的原材料及其性质作为橡胶制品的原材料主要是:生胶、补强剂、硫化剂、防老剂等各类添加剂和骨架材料。一、生胶生胶通常是指市售的固体橡胶，它是制造橡胶制品的最基本原料，也称为原料橡胶，包括天然橡胶、合成橡胶和再生橡胶。第3页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工

（一）天然橡胶.

天然橡胶是橡胶工业中最早应用的橡胶，20世纪30年代以前，橡胶工业消耗的原料橡胶几乎全是天然橡胶。由于天然橡胶综合性能优异，所以它是一种重要的战略物资和经济物质，20世纪50年代以来，天然橡胶与合成橡胶形成并驾齐驱的发展局面。第4页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工

天然橡胶的组成:

天然橡胶是以异戊二烯为单元链节，以共价键结合而成的长链分子，其化学结构式为:

天然橡胶为非极性大分子，具有优良的介电性能，同时也使它的耐油耐溶剂性差。因天然橡胶分子结构中含有不饱和双键，易进行氧化、加成等反应，耐老化性能不佳。

第5页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(二)合成橡胶合成橡胶可分为通用合成橡胶与特种合成橡胶两类。通用合成橡胶一般认为是丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶；特种合成橡胶是丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、氯醇橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸橡胶、聚硫橡胶、氯磺化聚乙烯及醇烯橡胶等。第6页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工丁苯橡胶丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯的共聚物。是目前合成橡胶中产量和消耗量最大的通用合成橡胶，它可通过乳液聚合或溶液聚合方法制得，即乳聚丁苯橡胶和溶聚丁苯橡胶。由乳液聚合得到的乳聚丁苯橡胶的结构如下:第7页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工丁腈橡胶丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合制得的无规共聚物，分子结构可表示如下:

丁腈橡胶由于在分子中引入丙烯腈，所以具有优异耐油性，随着丙烯腈含量的增加，强度、硬度、耐磨耗性、耐热老化性及耐化学药品性均提高，但回弹性及耐寒性等降低。丁腈橡胶主要用于制作油封、垫圈、耐油胶管、输送带等。第8页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(三)再生胶再生橡胶是指废旧硫化橡胶经过粉碎、加热、机械处理等物理化学过程，使其从弹性状态变成具有塑性和粘性的能够再硫化的橡胶，简称再生胶。再生胶生产的主要反应过程是“脱硫“。指从硫化橡胶中把结合硫磺取出而成为未硫化状态，也即是一个与硫化相反的解聚作用，实际上并不能使硫化橡胶中结合的硫磺与橡胶大分子分离，也不能使硫化胶复原到生胶的结构状态。所以现在认为硫化胶塑性的恢复，需要破坏空间交联的结构，其能量的来源是热、机械作用和化学助剂的塑解作用。第9页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工二、配合剂橡胶制品是由多种物质组成的，除了生胶作为它的主要组成部分外，为便于加工，改善产品的使用性能和降低制品成本，还要加入各种不同的辅助化学原料，.这些原料就称为配合剂。配合剂的种类很多，所起的作用及对橡胶制品性能的影响也不相同。第10页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(一)硫化剂硫化剂是一类使橡胶由线型大分子转变为网状大分子的物质，这种转变过程称为硫化。橡胶用硫化剂有:硫磺、硫磺给予体，有机过氧化物，醌类，酯类化合物等。

1.橡胶工业用的硫磺有:硫磺粉、不溶性硫横、胶体硫磺、沉淀硫磺、表面处理硫磺等。

2.硫磺给予体：硫磺给予体是指分子结构中含有硫原子的化合物。

3.非硫类硫化剂许多新型合成橡胶的出现，有些品种难以用硫磺和含硫化合物进行硫化。非硫类硫化剂主要有有机过氧化物、金属氧化物、胺类化合物等。第11页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(二)硫化促进剂硫化促进剂可加速橡胶的硫化过程，降低硫化温度。缩短硫化时间，并能改善硫化胶的物理机械性能。(三)防老剂在使用或贮存过程中，由于热、氧、奥氧、阳光等作用而导致分子链释解、支化或进一步交联等化学变化，从而使材料原有的性质变坏，这种现象称为老化。凡能抑制橡胶老化现象的物质叫做防老剂。

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（四)防焦剂橡胶加工过程中，要经过混炼、压延、压出、硫化等一系列工序，胶料或半成品要经受不同温度和时间的处理。在硫化以前的各个加工操作及贮存过程中，由于机械作用产生热量或者是高温条件，都有可能使胶料在成型之前产生早期硫化，导致塑性降低，从而使其后的操作难以进行，这种现象就称作焦烧或早期硫化。防止橡胶早期硫化的添加剂，称为防焦剂。第13页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(五)软化剂在胶料中加入能降低橡胶分子间作用力，使胶料容易加工并改善胶料某些性能的有机物质称为软化剂。又因能增加胶料塑性也常称作增塑剂。

(六)补强剂和填充剂填充剂按用途可分为两类:即补强填充剂和惰性填充剂补强填充剂简称补强剂，它是能够提高硫化橡胶的强力、撕裂强度、伸强度及耐磨性等物理机械性能的配合剂。最常用的补强剂是炭黑，其次是白炭黑、碳酸镁、活性碳酸钙、活性陶土。第14页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工三、橡胶制品的骨架、增强材料骨架、增强材料主要用以增加橡胶制品的强度，并限制其变形，即降低延伸，提高抗冲击性等。用于橡胶制品的骨架，作为增强材料主要有纤维与织物、金属材料等。纤维按来源可分为天然纤维、化学纤维、无机纤维、金属材料有钢丝、铁丝、钢丝等。第15页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(二)塑炼工艺橡胶工业向着取消塑炼的方向发展，有些合成橡胶如丁苯橡胶及顺丁橡胶就不塑炼。但一般使用的天然橡胶及合成橡胶还得进行塑炼按塑炼所使用的设备类型，塑炼可分为三种工艺方法：开炼机塑炼密炼机塑炼螺杆机塑炼

第16页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工1.开炼机塑炼优点是塑炼胶料质量好，收缩小，但生产率低，劳动强度大。开炼机塑炼属于低温塑炼，与温度和机械力有关的设备特性和工艺条件都是影响塑炼的因素。第17页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(1)温度:

当温度提高时，增加了橡胶的粘性流动，机械力引起的分子链断裂作用减小，塑炼效果降低。各种橡胶用开炼机塑炼时所要求的辊温有所不同，大多为35～55℃。

(2)辊距:

辊距越小，生胶通过辊距时所受的剪切力及挤压力越大。因此薄通塑炼是提高塑炼效果的有效方法。通常采用的辊距为0.5～1mm。第18页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(3)速度与速比:

两个辊筒的速比愈大则剪切作用愈强，塑炼效果愈好。但另一方面，随着速比的增加温度升得也快，电力消耗增大，所以速比通常为1：1.15～1：1.27.(4)时间:

塑炼初期，即12～15min内可塑性显著提高，随后则变化很小，这种现象正是胶温升高而软化。分子链易产生粘性滑动和机械降解效果降低所致。正是由于这种原因，才采用分段塑炼以提高塑炼效果。第19页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工第三节橡胶的压延

借助于压延机辊简的作用把混炼胶压成一定厚度的胶片，完成胶料贴合，以及与骨架材料(纺织物)通过贴胶、擦胶制成片状半成品的工艺过程叫压延。压延过程一般包括混炼胶的预热、供胶、压延以及压延半成品的冷却、卷取、截断、放置等。也可分为压延前的准备及压延两个过程。第20页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工一、压延前的准备压延前的准备包括胶料热炼、供胶以及纺织物的预加工。

(一)胶料的热炼和供胶

1.胶料热练在进行压延之前，必须先对胶料热炼。因为经过冷却放置的混炼胶，流动性差，放到压延机上不易顺利通过辊简同隙，形成光滑、无泡、无瑕疵的胶片或覆盖层。因此需要预先提高胶料温度和热可塑性，使胶料柔软而具有一定的流动性，同时还起到补充混炼的作用，然后再进行压延，这样才能确保压延产品的规格和质量。第21页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(二)纺织物预加工在轮胎、胶管制品中，都要使用挂胶的纺织物，如挂胶帘布和挂胶帆布。在挂胶之前，对纺织物进行浸胶预处理对提高产品性能有重要作用。帘布的浸胶将帘布浸入一定组成、一定浓度的胶乳中，使其附着一定胶量即为浸胶。浸胶能在帘布与胶料之间建立起一过度性的中间层，用以增加胶料与帘布间的结合强度，提高帘布的耐疲劳性和轮胎的使用寿命。第22页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工2.干燥常温时，棉纤维含水率7%，人造丝含水率17%左右。这样高的含水率影响橡胶与纤维的粘着力，因此压延前要进行干燥，须使棉织物含水量控制在1%～2%。一般控制干燥温度为100～130，时间约4min。

3.热伸张锦纶帘布有受热收缩的特性。若锦纶帘布在浸胶干燥后，在热的条件下拉伸，并在张力下定型冷却，这样就可以大大提高帘布的动疲劳性能，降低收缩，减少制品变形，这个过程叫热伸张。第23页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工二、压延工艺根据产品的种类和外观的不同，具体的压延工艺有压片、压型、帘布贴胶和帆布擦胶等。

(一)压片很多橡胶制品制造过程中所需的半成品，如胶管、胶带的内外层胶和中间层胶、轮胎的缓冲胶片、自行车胎的胎面等都少不了胶片，它们都是通过压片来制造的。第24页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工压片工艺是指将混炼好的胶料在压延机上制造成具有规定厚度和宽度的胶片口开炼机也可以压片，但其厚薄精度低，不能和压延机相比，而且在胶片中常存有气泡。因此，对要求较高的胶片都采用压延机制造，不仅可保证质量，面且效率也较高。压片可以在三辊，也可以在四辊。第25页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工(二)压型

压型与压片所不同的主要是压型结束后，胶料为有一定花纹，并有一定断面形状的半成品。压型工艺主要用来制造胶鞋大底、力车胎胎面、胎侧等。这些半成品的质量要求，主要是花纹清晰，规格尺寸准确，无气泡。因面对胶料的可塑性和收缩性要求较高。压型设备根据不同情况，可用二辊、三辊、四辊。胶片压延经过的最后一个辊筒都为具有压型花纹尺寸的辊筒。第26页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工第四节橡胶的压出

压出也称挤出，是一种造型(也称压型)工艺。它是指利用压出机，使胶料被加热塑化，在螺杆或柱塞推动下连续不断地向前运动，然后借助安装于出口处的口型压出各种所需断面的半成品，以达到初步造型的目的。它具有连续、高效的特点。广泛用来制造胎面、内胎、胶管、电线电缆等。橡胶的压出与塑料的挤出，在设备及加工原理方面都很相似。橡胶的压出除了造型以外还可适用于上、下工序的联动化，例如在热炼与压延成型之间加装一台压出机。第27页，共29页，2023年，2月20日，星期五*第十章橡胶制品的成型加工第七节硫化硫化是橡胶加工最后也是最重要的一个工艺过程。在加热和加压条件下，胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应，使橡胶由线型结构的大分子