• 4.压出（挤出）成型 • 一般所说的挤出, 多指螺杆式挤出。挤出 机由输送胶料的螺杆和控制半成品规格尺 寸及几何形状的口型组成。根据口型的形 状可挤出管状、棒状、片状和断面形状复 杂的异形橡胶制品, 而有时还可用于电线 等橡胶包覆金属挤出和异种胶料复合挤出 等。
• 1.螺杆; 2.胶料; 3.供料辊; 4.调温夹套; 5.机筒; 6.凹槽; • 7.驱动部, 稳定转速; 8.供料段, 与壁面、螺杆摩擦吃入 胶料; 9.压缩段, 减少流道断面, 以增大内压和生热塑化; 10.混合段, 由于流道分开产生了紊流, 促进混合, 以便均 匀塑化; 11.计量段, 使胶料层流化, 以便稳定挤出量; 12. 挤出机头, 控制流道形状, 以便于胶料流变化和整流; 13. 口型, 控制松驰; 决定挤出形状
• 5.硫化 • 硫化是橡胶加工的最后一道工序，在一定的 温度压力和时间的作用下，橡胶大分子发生 化学反应形成交联的工艺过程。
• 硫化三要素：时间、温度、压力. • （1）硫化温度和时间 • 温度是硫化反应的最基本条件，对于某一种胶 料，当硫化温度被选定后，就存在一可使硫化 胶具有最佳性能的时间，称为工程正硫化时间。 硫化温度高，硫化速度快，生产效率高；反之 生产效率低。硫化温度的高低，决定于胶料的 配方，主要决定于胶种和硫化体系。高温，易 引起橡胶分子链的裂解，最终导致橡胶性能下 降。
四、橡胶的加工
• 对于一般的橡胶，不论做什么制品均必 须经过炼胶和硫化两个加工过程。 • 常用的加工方式： • 1.塑炼 • 2.混炼 • 3.压延 • 4.压出 • 5.硫化
• 1.塑炼 • 目的：降低橡胶的分子量，增加胶料塑性， 提高加工性能的工艺过程。 • 常用的加工设备有开炼机、密炼机和挤出机。
• 开炼机炼胶时, 影响开炼机炼胶的主要因素: • 胶温、填胶容量、辊温、辊距、辊速、辊 筒速比、配合剂添加顺序及其分别所需的 时间和全工序结束时间等。
• 密炼机混炼 • 密炼机混炼与开炼机混炼的不同点 • 密炼机混炼基本上继承了开炼机的混炼方法, 但两者之间仍存在以下不同点, 即: • ①密炼机混炼是在密闭的混炼室中进行的,所 以看不见混炼状态(变化) ; • ②密炼机混炼是在密闭状态下进行的,所以可 防止橡胶的氧化老化;
开炼机
密炼机
• 2.混炼
• 目的：使配合剂混入到胶料中，并且均 匀分散，制成混炼胶的加工过程。 • 常用加工设备开炼机、密炼机。
图
开 炼 机 混 炼 的 模 拟
1—未混入配合剂和填充剂的包辊胶;2, 4—混入配合剂和填 充剂的堆积胶;3—浮动的堆积胶; 5—高速拉伸力和高剪切 力的粉碎及混合分散
• 4.混炼胶：配合剂混合于块状、粒状 和粉末状生胶中的未交联状态,且具 有流动性的胶料。 • 5.硫化胶：使混炼胶在一定的时间、 温度、压力下发生交联反应后的橡 胶。
橡胶分子链硫化前后网络结构示意图
A.生胶
B.硫化胶
二、橡胶的分类
• 1.按来源结构和用途分类
天然橡胶 丁苯橡胶（SBR） 顺丁橡胶（BR） 通用合成橡胶 丁腈橡胶（NBR） 丁基橡胶（IIR）
• (3)硫化促进助剂(活化剂): 活化胶料 体系,主要有氧化锌(ZnO)和脂肪酸. • (4)硫化延迟剂(防焦剂):常用的防焦 剂有芳香族有机酸及N-环己基硫代 邻苯二甲酰亚胺(CTP)
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3.补强填充体系 补强填充体系,提高胶料物理机械性能. (1)炭黑: 炭黑的主要牌号 (ASTM) N110 (SAF) 俗称:超耐磨炭黑;平均粒径19nm N220 (ISAF)俗称:中超耐磨炭黑;平均粒径23nm N330 (HAF) 俗称:高耐磨炭黑;平均粒径29nm N550 (FEF) 俗称:快压出炭黑 ;平均粒径42nm N660 (GPF) 俗称:通用炭黑 ;平均粒径60nm
• 3.压延 • 压延加工是采用辊筒(二辊以上) 不同排 列的压延机制造胶片(压片) 和对织物进 行挂胶、压型等的操作。
胶料在压延机辊筒间隙中的行为和作用于辊筒的分离力
压延加工种类
• 1.压片：胶料通过速比较小的辊筒之间, 压制成 有一定厚度、宽度和长度的未硫化胶片。 • 2.贴合：通过压延机等速辊的同时, 将两层薄胶 片贴合成一层胶片。 • 3.贴胶：用压延机两个等速辊筒的压力将一定厚 度的胶片贴合于织物上。 • 4.擦胶：以粘合为目的, 用速比较大的压延机辊 筒将胶料擦入织物的纤维中。 • 5.压型：将胶料压制成带一定花纹的胶片(用作 轮胎胎面胶、门窗密封条和压型制品等)。
硫化曲线
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炭黑粒子表面模型
炭黑聚集体的透射电子显微镜照片
补强性填充剂对橡胶补强性的大小, 与橡胶和填充剂的结合力(相互作用)、 补强剂在橡胶中的分散状态关系密切。
• (2)白炭黑 • 超微细粒子的二氧化硅,外观呈白色,其 配合胶料的拉伸强度,耐磨性不如炭黑, 但可用于白色制品或浅色制品.
• （3）无机填料：对橡胶增容，降低 成本，但与橡胶的结合力较差，降低 胶料的物理机械性能。 • 碳酸钙、陶土、硅藻土、滑石粉、云 母粉等。
硫化历程图
• 3.平坦硫化阶段 • 交联反应基本完成，继而发生交联键的重排、 裂解等反应 • 4.过硫化阶段 • 硫化反应中网络结构形成的后期，存在着交联 重排，但主要是交联键及链段的裂解反应。
• 较为理想的橡胶 硫化曲线满足下 列条件 • （1）硫化诱导期 （焦烧时间）要 足够长，充分保 证生产加工的安 全性。 • （2）硫化速度要 快，提高生产效 率，降低能耗。 • （3）硫化平坦期 要长。
三、橡胶的配合
• 橡胶的配合是指：根据成品的性能 要求，考虑加工工艺性能的要求和 成本诸因素，把生胶和各种配合剂 组合在一起的过程。
配合体系 • 1.生胶 • 2.硫化体系 • 3.补强填充体系 • 4.增塑体系 • 5. 防护体系
• 1.生胶种类 • 2.硫化体源自 • 作用：与橡胶大分子起化学作用,使橡胶线性 大分子交联,形成空间网络结构,提高性能,稳定 形状. • (1)硫化剂:橡胶分子间的交联助剂 • 一般采用硫磺及含硫化合物，部分合成橡胶 也采用金属氧化物，过氧化物，合成树脂， 胺类皂盐。
合成橡胶
特种合成橡胶
乙丙橡胶（EPDM）
氟橡胶（FKM） 硅橡胶（MVQ） 丙烯酸酯橡胶（ACM） 氯磺化聚乙烯（CSM)
• 2.按化学结构分类
碳链橡胶
天然橡胶（NR) 丁苯橡胶（SBR） 不饱和非极性橡胶 顺丁橡胶（BR） 异戊橡胶（IR） 丁腈橡胶（NBR） 不饱和极性橡胶 氯丁橡胶（CR） 乙丙橡胶（EPDM） 饱和非极性橡胶 丁基橡胶（IIR） 氟橡胶（FKM） 饱和极性橡胶 丙稀酸酯橡胶（ACM）
氯磺化聚乙烯（CSM） 杂链橡胶
硅橡胶（MVQ） 聚硫橡胶（T）
• 3.按形态分类
固体橡胶
按形态分类
液体橡胶 粉末橡胶
• 4.按交联方式分类 化学交联的传统橡胶 热塑性弹性体
热塑性弹性体(TPE) 是常温下表现出硫化 橡胶性能, 而在高温下可进行塑化, 且可用 塑料加工机械进行成型的高分子材料。
• （2）施加压力的目的： • a. 防止胶料气泡的产生，提高胶料的致 密性。 • b.使胶料流动，充满模腔 • c. 改善硫化胶的物理机械性能。
• 硫化历程 • 1.焦烧阶段 • 相当于硫化反应 的诱导期，它的 长短关系到生产 加工安全性，决 定于胶料配方成 分，主要受促进 剂的影响。 • 2.热硫化阶段 • 逐渐形成网络结 构，使橡胶弹性 和拉伸强度急剧 上升。
橡胶基础知识
一、关于橡胶的几个概念
• 1.橡胶：ASTM - D1566 中定义如下，橡胶 是一种材料 ，它在大的形变下，能迅速 而有力恢复其形变，能够被改性。（定 义中所指的改性实质是指硫化。） • 2.硫化：橡胶的线型大分子通过化学交联 而构成三维网络结构的化学变化过程。 • 3.生胶：尚未被硫化交联的橡胶，由线型 大分子或者带支链的线型大分子构成。
常见的几种防老剂
• • • • •
防老剂4010 防老剂4020 防老剂RD 防老剂2246 防老剂264
• 上述各配合体系中，进一步细分还会 有许多品种及类别，且各自的机理不 同。另外随着橡胶工业的发展，各种 加工助剂及功能材料应用越来越广泛， 诸如塑解剂、分散剂、增粘剂、着色 剂、发泡剂、隔离剂和阻燃剂等。
密炼机转子
混炼示意图
③并用胶料在开炼机里混炼花费的时间很 长, 而用密炼机则可在短时间内完成; ④密炼机混炼因混炼时间短, 而橡胶温度 上升幅度大, 所以多半采用两段混炼, 即: (a) 在生胶中加入除硫化剂、促进剂等硫化 体系以外的配合剂进行混炼。这种工艺称 为一段混炼。 • ( b) 对一段混炼胶料和硫化体系进行混炼, 用密炼机混炼时宜采用低速进行, 以免胶温 上升, 也可用开炼机边冷却边添加硫化体系 进行混炼。该混炼工艺称为二段混炼。 • • • • •
• (2)硫化促进剂:加快硫化速度,缩短硫 化时间,提高物理机械性能. • 按硫化速度快慢分为：氨基甲酸盐类、 秋兰姆类、噻唑类、次磺酰胺类和胍 类 • 常见举例如下： • 氨基甲酸盐类:ZDC,ZDMC • 秋兰姆类:TMTD,TMTM • 噻唑类:M,DM • 次磺酰胺类: NOBS ,CZ,DZ • 胍类:D
• 5.防护体系
• 老化的概念：橡胶在加工存储和使用过程中， 由于受到光、热、氧、金属元素、腐蚀介质 等外界因素的影响，使其发生物理或化学变 化，导致性能逐渐下降，防护剂能起到抑制 或延迟老化的作用。 • 影响橡胶老化的外部因素: • 物理因素:热,光,电,应力,变形 • 化学因素:氧,臭氧,SO2 , H2S,NOx,酸,碱,及金属离 子等. • 生物因素:微生物(霉菌,细菌)等
• 4.增塑体系
• 增塑剂通常是一类分子量较低的化合物， 加入胶料中能降低橡胶分子链间作用力， 使粉末状配合剂很好的浸润，从而改善 混炼工艺，使配合剂分散均匀，混炼时 间缩短，节约能耗，并能降低混炼过程 中的升热现象，同时它能增加胶料的可 塑性、流动性、黏着性，便于压延，压 出和成型。