橡膠工藝學多媒體教程

吳明生Telmail:wumsh@高分子科學與工程學院目錄（56學時）緒論（4學時）第一章生膠（8學時）第二章硫化體系（8學時）第三章補強與填充體系（8學時）第四章防護體系（6學時）第五章增塑與操作體系（2學時）第六章特種配合體系（2學時）第七章橡膠共混改性（3學時）第八章橡膠骨架材料（自學）第九章橡膠基本配方設計（自學）第十章煉膠工藝（6學時）第十一章壓延工藝（3學時）第十二章擠出工藝（3學時）第十三章硫化工藝（3學時）2緒論4學時《橡膠工藝學》精品課程多媒體教程主要內(nèi)容：

（1）橡膠的概念與特征（2）橡膠工藝學的主要內(nèi)容（3）橡膠的發(fā)展歷史及趨勢（4）橡膠的應用本章重點與難點：（1）橡膠的概念（2）橡膠材料的特征（3）橡膠配方的組成及作用橡膠橡膠是一種材料，能夠在大的變形下迅速恢復其形變；能夠被改性；改性的橡膠不溶于（但能溶脹于）沸騰的苯、甲乙酮、乙醇和甲苯混合液等溶劑中；改性的橡膠在室溫下被拉伸到原長的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min內(nèi)恢復到原長的1.5倍以下。一、橡膠（rubber)的概念及特征有機高分子材料（polymer)高彈性(elasticity)硫化（curing)硫化橡膠不溶解，但能溶脹粘彈性(viscoelasticity)永久變形(set)小形變回復迅速而有力—回彈性（elasticresilience）小應力（stress）下大變形（strain）（1000%）彈性模量(elasticitymodulus)低高彈性（橡膠最典型特征）表現(xiàn)粘彈性（viscoelasticity）蠕變（creep）應力松弛（stressrelaxation）滯后損失（hysteresisloss）粘彈性抗冰滑性抗?jié)窕詽L動阻力生熱性損耗因子（losstangent）輪胎的高速行駛性能，生熱輪胎抗?jié)窕涂贡芰ζ嚭挠湍芰p震制品的減震能力，阻尼橡膠的加工性能tanδ的作用heatgenerationwetskidresistance

iceskidresistancevibrationdampingdampprocessingproperty其他概念未加配合劑的橡膠生膠rawrubber加配合劑且混合均勻的橡膠混煉膠compoundedstock交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠硫化膠vulcanizate橡膠材料的特征特征高彈性、粘彈性氣密性、耐水、能燃燒、比重輕電絕緣性(insulatingproperty)有老化（aging）現(xiàn)象傳熱慢模量低、強度低gas-tightnessconductionofheatmodulus性能測試橡膠配合配合與配方配合內(nèi)容配方組成各成分作用表示方法配方設計橡膠加工煉膠(compounding)

壓延(calendering)

擠出(extruding)

成型(assembling)

硫化(curing)Text二、橡膠工藝學主要內(nèi)容compoundformula/recipeformulation

是指根據(jù)制品的性能要求，考慮加工工藝性能及成本等因素，將生膠和各種配合劑按照一定的比例組合在一起的過程。

橡膠配方：生膠與各種配合劑按照一定比例的一種組合，稱為一種配方。

橡膠配合的主要內(nèi)容：

（1）確定生膠及配合劑的品種（2）確定配合劑的用量和配比（3）確定配合劑的性能指標（4）計算配方成本（一）橡膠的配合1、橡膠配方的組成配方生膠(rawrubber)：天然橡膠、通用合成橡膠、特種合成橡膠硫化體系(curingsystem)：由硫化劑、促進劑、活化劑組成補強填充體系：補強劑（炭黑、白炭黑、短纖維等）、填充劑（碳酸鈣、陶土、滑石粉、粘土）防護體系：防老劑、光屏蔽劑、防霉劑增塑與操作體系：增塑劑、潤滑劑、分散劑、防焦劑等特種配合體系：增粘劑、著色劑、阻燃劑、導電劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑、香味劑、抗返原劑等2、橡膠配方各成分的作用生膠：主體材料或基體材料，決定制品主要性能硫化體系：硫化劑的作用是與橡膠大分子反應，形成交聯(lián)鍵，提高制品的性能和穩(wěn)定制品的形狀；

促進劑的作用是加快硫化反應速度，提高生產(chǎn)效率；

活化劑的作用是降低反應活化能（溫度），使硫化反應更容易發(fā)生。curingagentacceleratoractivator補強填充體系：補強劑的作用是提高橡膠的強度，改善加工性能

填充劑(filler)的作用是降低成本。防護體系：防老劑作用是延緩老化，延長制品使用壽命。增塑與操作體系：增塑劑:改善橡膠的加工性能，降低成本，改善硫化膠的某些性能。

分散劑:改善配合劑在橡膠中的分散性。

防焦劑:延長焦燒時間，改善加工安全性。

均勻劑:改善橡膠之間的相容性。

潤滑劑:改善橡膠的流動性和預防粘輥

脫模劑:改善制品的脫模性reinforcingagentanti-agerplasticizerdispersantanti-scorcheruniformagentlubricatorstrippingcompound3、橡膠配方的表示方法（1）質(zhì)量份配方（又稱基本配方）

生膠的質(zhì)量為100份，其他配合劑相對以質(zhì)量份（mi）表示的配方。（2）質(zhì)量百分數(shù)配方(recipeofpercentagebymass)

mi%=(mi/∑mi)×100%（3）體積百分數(shù)配方(recipeofpercentagebyvolume)

Vi%=(Vi/∑Vi)×100%（4）生產(chǎn)配方(productionformula)

Mi=(煉膠量Q/∑mi)×mibaserecipe生膠硫化劑促進劑活化劑補強劑填充劑增塑劑防老劑……混煉壓延擠出膠片膠布胎面胎側(cè)胎圈成型墊膠硫化成品（二）橡膠基本加工工藝和面搟皮擠面條包餃子、做花卷蒸煮（三）橡膠測試測試內(nèi)容原材料的質(zhì)量檢驗：元素組成、粒徑、灰分、揮發(fā)份、含水率、表面積、結(jié)構(gòu)度、pH值、金屬離子含量等加工過程中質(zhì)量控制：半成品檢測，如混煉膠的門尼黏度、門尼焦燒、硫化特性、配合劑分散性以及工藝條件的測試成品質(zhì)量檢測：膠料的物理機械性能、成品的使用性能如模擬實驗、實用實驗等（四）常用物理性能的意義（1）可塑度

膠料產(chǎn)生塑性變形的程度，反映膠料的流動性。通常用P表示，其值在0~1之間，該值越大，流動性越好。用威氏、華氏、德弗三種塑性計測。威氏可塑度華氏可塑度：P=1—hplasticity1、混煉膠的性能（2）門尼黏度(Mooneyviscosity)

用門尼粘度計(Mooneyviscometer)測量的橡膠的本體黏度，該值越大，膠料的黏度越高。常用ML1+4100℃表示。（3）門尼焦燒(Mooneyscorchtime)在120℃下，從開始加熱起，至膠料的門尼從最低值上升5個門尼值所需要的時間，用T5表示。反映膠料的加工安全性，該時間越長，加工過程中越安全，不易出現(xiàn)焦燒(scorch)現(xiàn)象。（4）硫化特性(curecharacteristics)用硫化儀(curemeter)測硫化曲線，獲得膠料的硫化特性參數(shù)，如焦燒時間(scorchtime)、正硫化時間(optimumcuretime)長短、硫化速度快慢、交聯(lián)程度、返原(reversion)現(xiàn)象及程度等。2、硫化膠性能（1）拉伸性能（用電子拉力機測試）拉伸強度(tensilestrength)：試樣拉斷時單位面積上所受到的拉伸力，單位：MPa定伸應力(tensionmodulus)：試樣拉伸到一定長度時單位面積上所受到的拉伸力，單位：MPa拉斷伸長率(elongationatbreak)：試樣拉伸斷裂時伸長的長度與原長的比值，用%表示。拉伸永久變形(tensionsetatbreak)：試樣拉伸除掉外力后殘留在試樣中不可恢復的變形，用%表示。tensileproperties（2）撕裂性能（用電子拉力機測試）撕裂強度(tearstrength)：將一定形狀的試樣撕裂單位厚度所需要的最大拉伸力，單位：kN/m。反映膠料的抗撕性能(tearresistance)。（3）彈性（用沖擊彈性試驗儀測定）回彈性(reboundelasticity)又稱沖擊彈性，是指試樣受到?jīng)_擊后迅速由變形狀態(tài)恢復原狀的能力，用%表示?？砷g接反映膠料滯后損失大小。試樣（4）硬度（多用邵爾A硬度計測定）硬度(hardness)試樣抵抗外力壓入的能力，反映膠料在壓縮狀態(tài)下變形能力大小。（5）耐磨性(wearresistance)阿克隆磨耗：試樣在一定壓力下在粗糙表面上運行1.61km所磨下來的膠料的體積，用cm3/1.61km表示。邵波爾磨耗：又稱DIN磨耗，試樣在旋轉(zhuǎn)的圓筒狀粗糙表面運行40m所磨下來的膠料的體積，可用cm3/40m表示，但多用相對磨耗指數(shù)表示。阿克隆磨耗實驗機邵波爾磨耗實驗機（6）疲勞特性（用屈撓疲勞實驗機測試）耐疲勞性(fatigueresistance)：試樣在一定頻率下屈撓一定次數(shù)后性能保持率，保持率大，耐疲勞性好。疲勞壽命(fatiguelife)：試樣在一定頻率下屈撓至斷裂時的屈撓次數(shù)，次數(shù)多，疲勞壽命長。疲勞裂口增長(fatiguecrackgrowth)：預置裂口的試樣在一定頻率下屈撓，其裂口增長快慢，增長快，試樣易斷裂。（7）耐老化性(ageresistance)耐熱氧老化(heatandoxygenagingresistance)：用熱空氣老化箱測試試樣在一定溫度下老化一定時間后性能保持率，稱老化系數(shù)。耐臭氧老化(ozoneagingresistance)：用臭氧老化箱測試試樣在一定濃度的臭氧環(huán)境中老化一定時間后表面產(chǎn)生裂口情況。耐天候老化(weatheringresistance)：試樣在自然條件下存放一定時間后性能的保持率。（8）其他性能耐介質(zhì)性(solventresistance)：如耐酸、堿、腐蝕介質(zhì)、油等，用試樣在上述條件下浸泡一段時間后體積變化或性能變化來反映。抗?jié)窕?wetskidresistance)：橡膠制品在水或濕的路面上抓著力大小，抓著力大，抗?jié)窕院?，不易打滑。滾動阻力(rollresistance)：輪胎等動態(tài)下使用的制品需要考察的指標，反映生熱及耗油情況。三、橡膠發(fā)展歷史及趨勢公元11世紀已經(jīng)開始使用天然膠乳制造簡單器具，如橡膠球、橡膠鞋、防水布等。直到1823年馬凱爾創(chuàng)辦了世界上第一個橡膠工廠，用苯溶解橡膠制造雨衣。1826年，Hancock發(fā)明雙輥機，橡膠加工業(yè)的開始。1839年，Googyear發(fā)明硫化，橡膠工業(yè)獲得突破性進展。1844年，Googyear在橡膠中添加堿式碳酸鉛作促進劑，加快了硫化速度。該專利使用了約50年。1876年，英國在東南亞大面積種植天然橡膠樹獲得成功，開始橡膠種植時代，天然橡膠的產(chǎn)量激增。東南亞成為世界天然橡膠的主要生產(chǎn)基地。1879年，布卻特在實驗室用異戊二烯合成出類橡膠彈性體，開創(chuàng)了合成橡膠的新紀元。20世紀30年代合成橡膠獲得快速發(fā)展。1888年，Dnulop發(fā)明充氣輪胎，使橡膠的應用得到起飛。1900年前后，發(fā)現(xiàn)天然橡膠的結(jié)構(gòu)單元為異戊二烯。