第十章 橡胶加工工艺.ppt
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1、 第第十十章章v橡胶成型加工原理橡胶成型加工原理 1 1 1 1 橡胶的基本概念橡胶的基本概念橡胶的基本概念橡胶的基本概念 2 2 生胶和配合剂生胶和配合剂生胶和配合剂生胶和配合剂 3 3 橡胶的主要性能指标橡胶的主要性能指标橡胶的主要性能指标橡胶的主要性能指标 4 4 橡胶的成型橡胶的成型橡胶的成型橡胶的成型原理原理原理原理橡胶的基本概念橡胶的基本概念橡胶的基本概念橡胶的基本概念橡胶是高弹性的高分子材料,由于橡胶橡胶是高弹性的高分子材料,由于橡胶具有其他材料所没有的高弹性,因而也称具有其他材料所没有的高弹性,因而也称作弹性体。作弹性体。橡胶的共性橡胶的共性橡胶的共性橡胶的共性 1 1 1 1
2、 具有橡胶状弹性。具有橡胶状弹性。具有橡胶状弹性。具有橡胶状弹性。2 2 2 2 具有粘弹性。具有粘弹性。具有粘弹性。具有粘弹性。3 3 3 3 有缓冲减震作用。有缓冲减震作用。有缓冲减震作用。有缓冲减震作用。5 5 5 5 具有电绝缘性。具有电绝缘性。具有电绝缘性。具有电绝缘性。6 6 6 6 有老化现象有老化现象有老化现象有老化现象。7 7 7 7 需进行硫化需进行硫化需进行硫化需进行硫化。8 8 8 8 必须加入配合剂必须加入配合剂必须加入配合剂必须加入配合剂。4 4 4 4 对温度依赖性大对温度依赖性大对温度依赖性大对温度依赖性大 。橡胶的发现橡胶的发现橡胶的发现橡胶的发现天然橡胶发现
3、很早,考古发掘表明,远在十一世纪,天然橡胶发现很早,考古发掘表明,远在十一世纪,南美洲人就开始使用橡胶球做游戏和祭品。直到哥伦布第南美洲人就开始使用橡胶球做游戏和祭品。直到哥伦布第二次航行探险(二次航行探险(1493-14961493-1496)时,他们将橡胶带到了欧洲,)时,他们将橡胶带到了欧洲,欧洲人才开始认识天然橡胶。欧洲人才开始认识天然橡胶。17351735年法国科学家康达明年法国科学家康达明(CondamineCondamine)参加了南美考察队,把一些最早的橡胶制参加了南美考察队,把一些最早的橡胶制品带到欧洲,并描述了印第安人利用橡胶树乳汁的情况。品带到欧洲,并描述了印第安人利用橡
4、胶树乳汁的情况。橡胶的利用橡胶的利用橡胶的利用橡胶的利用橡胶的工业研究和应用开始于十九世纪初。橡胶的工业研究和应用开始于十九世纪初。通过长期不断的实践,通过长期不断的实践,GoodyearGoodyear在在18391839年发明了硫化方法,为年发明了硫化方法,为橡胶制品的工业化生产打下了基础。橡胶制品的工业化生产打下了基础。使用有机硫化促进剂提高了生产效率后,橡胶制品的应用范围使用有机硫化促进剂提高了生产效率后,橡胶制品的应用范围不断扩大不断扩大合成橡胶对开拓橡胶工业的应用领域作出了杰出的贡献。合成橡胶对开拓橡胶工业的应用领域作出了杰出的贡献。七十年代以来开始进入橡胶的分子设计时期。七十年代
5、以来开始进入橡胶的分子设计时期。橡胶的用途生活用和运动用橡胶的用途生活用和运动用橡胶的用途生活用和运动用橡胶的用途生活用和运动用橡胶的用途医疗用橡胶的用途医疗用橡胶的用途医疗用橡胶的用途医疗用橡胶的用途交通用橡胶的用途交通用橡胶的用途交通用橡胶的用途交通用橡胶的其它用途橡胶的其它用途橡胶的其它用途橡胶的其它用途橡胶的分类橡胶的分类橡橡 胶胶液体橡胶液体橡胶热塑性橡胶热塑性橡胶通用橡胶通用橡胶特种橡胶特种橡胶性性能能和和用用途途天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶材材料料来来源源天然橡胶的来源天然橡胶的来源天然橡胶的来源天然橡胶的来源三叶橡胶树三叶橡胶树(1 1)野生橡胶和栽培橡胶野生橡胶和栽培橡胶
6、 橡胶树,其表皮被割开时,就会流出乳白色的橡胶树,其表皮被割开时,就会流出乳白色的汁液,称为胶乳,胶乳经凝聚、洗涤、成型、干汁液,称为胶乳,胶乳经凝聚、洗涤、成型、干燥即得天然橡胶燥即得天然橡胶。橡胶草橡胶草橡胶草橡胶草(2 2)橡胶草橡胶橡胶草橡胶杜杜杜杜 仲仲仲仲(3 3)杜仲胶杜仲胶 杜仲除木材外,全身均含杜仲胶。纯杜杜仲除木材外,全身均含杜仲胶。纯杜仲胶应为白色。杜仲具有热塑性、高度绝仲胶应为白色。杜仲具有热塑性、高度绝缘性、耐水性、耐潮湿性、高度粘着性、缘性、耐水性、耐潮湿性、高度粘着性、抗酸和抗碱性等。抗酸和抗碱性等。生胶的化学组成生胶的化学组成生胶的化学组成生胶的化学组成烟胶片烟
7、胶片绉胶片绉胶片橡胶烃橡胶烃93.393.393.5893.58水分水分0.610.610.420.42丙酮抽出物丙酮抽出物2.892.892.882.88蛋白质蛋白质2.822.822.822.82灰分灰分0.390.390.300.30天然橡胶的结构:线型聚异戊二烯天然橡胶的结构:线型聚异戊二烯天然橡胶的结构:线型聚异戊二烯天然橡胶的结构:线型聚异戊二烯天然橡胶(顺式)天然橡胶(顺式)杜仲胶(反式)杜仲胶(反式)通通通通 用用用用 合合合合 成成成成 橡橡橡橡 胶胶胶胶v凡是性能与天然橡胶相近,物理机械性能和加工性能较好,能广泛用于轮胎和其他一般橡胶制品的,称为通用合成橡胶通用合成橡胶。1
8、 丁苯橡胶2 顺丁橡胶3 异戊橡胶4 乙丙橡胶5 丁基橡胶6 氯丁橡胶特特特特 种种种种 合合合合 成成成成 橡橡橡橡 胶胶胶胶凡是具有特殊性能,专门用于制作耐热、耐寒、耐化学物质腐蚀、耐溶剂、耐辐射等特种橡胶制品橡胶称为特种合成特种合成橡胶橡胶。1 1 丁腈橡胶丁腈橡胶2 2 硅橡胶硅橡胶 3 3 氟橡胶氟橡胶4 4 聚氨酯橡胶聚氨酯橡胶5 5 丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯橡胶6 6 氯磺化聚乙烯氯磺化聚乙烯丁丁丁丁 苯苯苯苯 橡橡橡橡 胶胶胶胶 styrene butadiene rubberstyrene butadiene rubber(SBR SBR)丁苯橡胶是最早工业化的合成橡胶,也是合成
9、橡胶中产量和消耗量最大的胶种。1933年德国采用乙炔合成路线首先研制出高温乳液聚合丁苯橡胶;1937年由德国Farben公司首先实现工业化;50年代初,出现了性能优异的低温(5-8)丁苯橡胶;目前,丁苯橡胶(包括胶乳)的产量约占整个合成橡胶生产量的55%,低温乳聚丁苯橡胶约占整个丁苯橡胶产量的80%。丁苯橡胶的聚合丁苯橡胶的聚合丁苯橡胶的聚合丁苯橡胶的聚合vv丁苯橡胶按其合成方法通常分为乳液聚合丁苯橡胶(简称丁苯橡胶按其合成方法通常分为乳液聚合丁苯橡胶(简称乳聚丁苯橡胶,乳聚丁苯橡胶,ESBRESBR)和溶液聚合丁苯橡胶(简称溶聚丁和溶液聚合丁苯橡胶(简称溶聚丁苯橡胶,苯橡胶,SSBRSSBR
10、)丁苯橡胶的结构丁苯橡胶的结构丁苯橡胶的结构丁苯橡胶的结构vv丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯的共聚物,其中丁二烯可以顺丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯的共聚物,其中丁二烯可以顺式式1 1,4 4结构,反式结构,反式l l,4 4结构和结构和1 1,2 2结构存在于分子链结构存在于分子链中。中。vv羧基丁苯橡胶是在丁苯橡胶聚合过程中加入少量羧基丁苯橡胶是在丁苯橡胶聚合过程中加入少量(1(13 3)的丙烯酸类单体共聚而制成。的丙烯酸类单体共聚而制成。丁苯橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶类型类型类型类型宏观结构宏观结构宏观结构宏观结构微观结构微观结构微观结构微观结构支化支化支化支化凝胶凝胶凝胶凝胶MnMnMnMn万万
11、万万Mw/Mw/Mw/Mw/MMMMn n n n苯乙烯苯乙烯苯乙烯苯乙烯MMMM顺式顺式顺式顺式MMMM反式反式反式反式MMMM乙烯乙烯乙烯乙烯基基基基MMMM乳聚高温丁乳聚高温丁乳聚高温丁乳聚高温丁苯橡胶苯橡胶苯橡胶苯橡胶(1000100010001000系列)系列)系列)系列)大量大量大量大量多多多多101010107.57.57.57.523.423.423.423.416.616.616.616.646.346.346.346.313.713.713.713.7乳聚低温丁乳聚低温丁乳聚低温丁乳聚低温丁苯橡胶苯橡胶苯橡胶苯橡胶(1500150015001500系列)系列)系列)系列)中
12、等中等中等中等少量少量少量少量101010104 4 4 46 6 6 623.523.523.523.59.69.69.69.65555555512121212溶聚丁苯橡溶聚丁苯橡溶聚丁苯橡溶聚丁苯橡胶(胶(胶(胶(1204120412041204)少量少量少量少量少量少量少量少量202020201.51.51.51.532323232323232324141414127272727乳聚丁苯橡胶(乳聚丁苯橡胶(乳聚丁苯橡胶(乳聚丁苯橡胶(ESBRESBR)vv乳聚丁苯橡胶是自由基聚合,自工业化生产以来,己过其鼎乳聚丁苯橡胶是自由基聚合,自工业化生产以来,己过其鼎乳聚丁苯橡胶是自由基聚合,自工
13、业化生产以来,己过其鼎乳聚丁苯橡胶是自由基聚合,自工业化生产以来,己过其鼎盛时期,生产技术成熟,产品质量稳定,品种牌号齐全。盛时期,生产技术成熟,产品质量稳定,品种牌号齐全。盛时期,生产技术成熟,产品质量稳定,品种牌号齐全。盛时期,生产技术成熟,产品质量稳定,品种牌号齐全。vvESBR ESBR ESBR ESBR 工业化初期工业化初期工业化初期工业化初期,采用高温采用高温采用高温采用高温(50)(50)(50)(50)聚合工艺合成的产品凝胶聚合工艺合成的产品凝胶聚合工艺合成的产品凝胶聚合工艺合成的产品凝胶含量高含量高含量高含量高,相对分子质量分布变宽度可达相对分子质量分布变宽度可达相对分子质
14、量分布变宽度可达相对分子质量分布变宽度可达7.5 7.5 7.5 7.5 以上以上以上以上,称为硬橡胶称为硬橡胶称为硬橡胶称为硬橡胶。vv随着氧化随着氧化随着氧化随着氧化-还原引发体系的开发还原引发体系的开发还原引发体系的开发还原引发体系的开发,使得低温使得低温使得低温使得低温(5)(5)(5)(5)ESBRESBRESBRESBR软胶产品软胶产品软胶产品软胶产品的性能优于高温硬胶的性能优于高温硬胶的性能优于高温硬胶的性能优于高温硬胶,低温聚合工艺逐步取代热法聚合工艺。低温聚合工艺逐步取代热法聚合工艺。低温聚合工艺逐步取代热法聚合工艺。低温聚合工艺逐步取代热法聚合工艺。乳聚丁苯橡胶的优点乳聚丁
15、苯橡胶的优点乳聚丁苯橡胶的优点乳聚丁苯橡胶的优点硫化曲线平坦,胶料不易焦烧和过硫。硫化曲线平坦,胶料不易焦烧和过硫。硫化曲线平坦,胶料不易焦烧和过硫。硫化曲线平坦,胶料不易焦烧和过硫。耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。高温耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。高温耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。高温耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。高温耐磨性好,适用于乘用胎。耐磨性好,适用于乘用胎。耐磨性好,适用于乘用胎。耐磨性好,适用于乘用胎。加工中分子量降到一定程度后不再降低,因而不易过炼,可塑加工中分子量降到一定程度后不再降低,因而不易过炼,
16、可塑加工中分子量降到一定程度后不再降低,因而不易过炼,可塑加工中分子量降到一定程度后不再降低,因而不易过炼,可塑度均匀。硫化胶硬度变化小。度均匀。硫化胶硬度变化小。度均匀。硫化胶硬度变化小。度均匀。硫化胶硬度变化小。提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。丁苯橡胶很容易与其它高不饱和通用橡胶并用,尤其是与天然丁苯橡胶很容易与其它高不饱和通用橡胶并用,尤其是与天然丁苯橡胶很容易与其它高不饱和通用橡胶并用,尤其是与天然丁苯橡胶很容易与其它高
17、不饱和通用橡胶并用,尤其是与天然橡胶或顺丁橡胶并用,经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。橡胶或顺丁橡胶并用,经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。橡胶或顺丁橡胶并用,经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。橡胶或顺丁橡胶并用,经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。乳聚丁苯橡胶的缺点乳聚丁苯橡胶的缺点乳聚丁苯橡胶的缺点乳聚丁苯橡胶的缺点vv丁苯橡胶纯胶强度低,需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加丁苯橡胶纯胶强度低,需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加丁苯橡胶纯胶强度低,需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加丁苯橡胶纯胶强度低,需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加配合剂的难度比天然橡胶大,配合剂在橡
18、胶中分散性差。配合剂的难度比天然橡胶大,配合剂在橡胶中分散性差。配合剂的难度比天然橡胶大,配合剂在橡胶中分散性差。配合剂的难度比天然橡胶大,配合剂在橡胶中分散性差。vv反式结构多,侧基上带有苯环,因而滞后损失大,生热高,弹性低,反式结构多,侧基上带有苯环,因而滞后损失大,生热高,弹性低,反式结构多,侧基上带有苯环,因而滞后损失大,生热高,弹性低,反式结构多,侧基上带有苯环,因而滞后损失大,生热高,弹性低,耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。vv收缩大,生胶强度低,粘着性差。收缩大,生胶强度低,粘
19、着性差。收缩大,生胶强度低,粘着性差。收缩大,生胶强度低,粘着性差。vv硫化速度慢。硫化速度慢。硫化速度慢。硫化速度慢。vv耐屈挠龟裂性比天然橡胶好,但裂纹扩展速度快,热撕裂性能差。耐屈挠龟裂性比天然橡胶好,但裂纹扩展速度快,热撕裂性能差。耐屈挠龟裂性比天然橡胶好,但裂纹扩展速度快,热撕裂性能差。耐屈挠龟裂性比天然橡胶好,但裂纹扩展速度快,热撕裂性能差。乳聚丁苯橡胶的用途乳聚丁苯橡胶的用途乳聚丁苯橡胶的用途乳聚丁苯橡胶的用途v乳聚丁苯橡胶的物理机构性能,加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶,有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良,可与天然橡胶及多种合成橡胶并用,广泛用于轮胎
20、、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域。溶溶溶溶 聚聚聚聚 丁丁丁丁 苯苯苯苯 橡橡橡橡 胶胶胶胶vv2020世纪世纪6060年代中期,由于阴离子聚合技术的发展,溶聚丁苯橡年代中期,由于阴离子聚合技术的发展,溶聚丁苯橡胶(胶(SSBRSSBR)开始问世。它是采用阴离子型开始问世。它是采用阴离子型(丁基锂丁基锂)催化剂,使催化剂,使丁二烯与苯乙烯进行溶液聚合的共聚物。丁二烯与苯乙烯进行溶液聚合的共聚物。vv溶聚丁苯橡胶采用阴离子活性聚合,分子量分布窄、顺式含量溶聚丁苯橡胶采用阴离子活性聚合,分子量分布窄、顺式含量高优异高优异,滚动阻力小滚动阻力小,抗湿滑性和耐磨性能优异抗湿滑
21、性和耐磨性能优异,是轮胎面胶理想是轮胎面胶理想的材料。其发展正处于稳步上升阶段。的材料。其发展正处于稳步上升阶段。vv合成合成SSBRSSBR的基本工艺:以烷基锂为引发剂,烷烃或环烷烃为溶的基本工艺:以烷基锂为引发剂,烷烃或环烷烃为溶剂,剂,THFTHF为无规剂,醇类为终止剂。为无规剂,醇类为终止剂。vv根据聚合条件和所用催化剂的不同,可以分为无规型和无规嵌根据聚合条件和所用催化剂的不同,可以分为无规型和无规嵌段型两种。段型两种。溶聚丁苯橡胶的性能和应用溶聚丁苯橡胶的性能和应用溶聚丁苯橡胶的性能和应用溶聚丁苯橡胶的性能和应用vSSBR 是综合性能介于ESBR 和BR 之间的一种通用SR。可大量
22、用于轮胎胎面胶、制鞋工业及其它橡胶工业制品。vSSBR 的生产成本略高于ESBR,但其性能要比ESBR 优越得多,因此从性能价格比来看,SSBR 比ESBR 有更大的优势,这促使SSBR 得到迅速发展。硅橡胶是由各种硅氧烷聚合而成的。主链全是由硅、氧两种原子所组成。随所用硅烷化学结构的不同,硅橡胶有不同的品种和特性。二甲基硅橡胶,甲基乙烯基硅橡胶为通用型。苯基链节在5以下的甲基苯基硅橡胶为耐寒型,苯基链节达12的甲基苯基硅橡胶为耐燃型,甲基苯基乙烯基硅橡胶为耐油型。硅橡胶硅橡胶硅橡胶硅橡胶 硅橡胶主链全部由单键组成,每一个键都可以内旋转,所以有较好的柔顺性;由于氧原子上无取代基或原子、减少了对
23、内旋转的阻碍;而且硅原子比碳原子的体积大,把两个甲基撑了出去,使两个甲基的距离比连接于碳原子来得大,减弱了它们的相互作用,因而减少了内旋转的阻碍,所以硅橡胶在70仍有良好的弹性。硅橡胶由于主链是Si-O键,键能大,所以具有较高的耐热性能,但其它性能远低于通用橡胶。仅在特殊情况下使用。硅橡胶属于半有机、半无机的聚合弹性体,是目前最好的既耐高温又耐严寒的橡胶,它的耐老化性、电绝缘性也非常好,是制造航空工业用垫圈、油封、防震配件、电绝缘制品以及人造器官和美容业的宝贵材料。硅橡胶的结构、性能和用途硅橡胶的结构、性能和用途硅橡胶的结构、性能和用途硅橡胶的结构、性能和用途 液体橡胶是一种分子量为10000
24、以下的粘稠状可流动液体。液体橡胶的交联点可为分子末端官能团和分子内官能团。分子末端有官能团的液体橡胶称作遥爪型液体橡胶,遥爪型液体橡胶经固化成型后其物性比一般液体橡胶好。根据液体橡胶主链结构的不同,可分成不同系列:1 聚硫橡胶系列 2 硅橡胶系列3 聚氨酯橡胶系列 4二烯类橡胶系列液体橡胶液体橡胶液体橡胶液体橡胶优点:加工简便,易于实现连续化、自动化生产,不需大型设备具流动性,适于浇铸成型,可提高生产效率。降低动力消耗适于制造形状和尺寸复杂的橡胶制品。可以在现场硫化。能在室外进行喷涂并具有良好的涂覆性。缺点:原料价格高强度低需要建立独立的设备体系,以适应新的加工工艺液体橡胶的优点和液体橡胶的优
25、点和液体橡胶的优点和液体橡胶的优点和 缺点缺点缺点缺点热塑性橡胶热塑性橡胶是在常温下具有橡胶弹性,而在高温下能象热塑性塑料一样易于塑化成型的一类新型高分子材料。热塑性橡胶在常温下是两相体系。以SBS为例,其中的聚丁二烯相当于橡胶相,而聚苯乙烯相当于结晶相;聚丁二烯部分构成连续相,聚苯乙烯分散于其中。聚丁二烯决定了材料的高弹性能、良好的低温性能、耐磨性能。而聚苯乙烯则起物理交联点的作用。热塑性橡胶热塑性橡胶热塑性橡胶热塑性橡胶橡胶配合剂橡胶配合剂橡胶配合剂橡胶配合剂 1 1 1 1 硫化系统硫化系统硫化系统硫化系统 2 2 补强剂和填充剂补强剂和填充剂补强剂和填充剂补强剂和填充剂 3 3 软化剂
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