橡膠加工工藝課件

徐衛(wèi)兵(WeibingXu)Dept.ofPolymerScienceandEngineeringOffice:Room401,ShenghuaBuildingTel:2901455Email:xwb105105@橡膠加工工藝RubberProcessingTechnology2023/1/151課程的內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配橡膠加工工藝RubberProcessingTechnology

橡膠加工工藝

RubberProcessingTechnology

2023/1/152選用教材和參考書目選用教材：《橡膠及塑料加工工藝》，張海等編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社。主要參考書目：

1．《材料配合與混煉加工（橡膠部分）》，杜軍,袁仲雪主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003。

2．《實(shí)用橡膠制品生產(chǎn)技術(shù)第二版》，紀(jì)奎江主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001。

3.《實(shí)用橡膠工藝學(xué)》，楊清芝主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006。2023/1/153第一章緒論１．橡膠：定義ASTM-D1566(AmericaSocietyofTestandMaterial)。橡膠是一種材料，它在大的變形下能迅速而有力地恢復(fù)其變形，能夠被改性(硫化)。改性的橡膠實(shí)質(zhì)上不溶于（但能溶脹于）沸騰的苯、甲乙酮、乙醇—甲苯混合物等溶劑中。改性的橡膠室溫下（20~27℃）被拉伸到原來長度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min內(nèi)恢復(fù)到原來長度的1.5倍以下，具有上述特征的材料稱為橡膠。注：1）橡膠是一種材料，具有特定的使用性能和加工性能，屬有機(jī)高分子材料。

2）橡膠在室溫下具有高彈性。

3）橡膠能夠被改性是指它能夠硫化。

4）改性的橡膠即硫化膠不溶解但能溶脹。一、基本概念2023/1/154ASTMD1566-90Materialthatiscapableofrecoveringfromlargedeformationsquicklyandforcibly,andcanbe,oralreadyis,modifiedtoastateinwhichitisessentiallyinsoluble(butcanswell)insolvent,suchasbenzene,methylethylketone,andethanoltolueneazeotrope.Arubberinitsmodifiedstate,freeofdiluents,retractswithin1mintolessthan1.5timesitsoriginallengthafterbeingstretchedatroomtemperature(20to27℃)totwiceitslengthandheldfor1minbeforerelease.2023/1/155２．生膠：沒有加入配合劑且尚未交聯(lián)的橡膠。一般由線型大分子或帶有支鏈的線型大分子構(gòu)成，可以溶于有機(jī)溶劑。３．混煉膠：生膠與配合劑經(jīng)加工混合均勻且未被交聯(lián)的橡膠。常用的配合劑有硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑、補(bǔ)強(qiáng)填充劑、防老劑等。４．硫化膠：混煉膠在一定的溫度、壓力和時(shí)間作用下，經(jīng)交聯(lián)由線型大分子變成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而得到的橡膠。一般不溶于溶劑。2023/1/156二、橡膠材料的特點(diǎn)1.高彈性：彈性模量低，伸長變形大，有可恢復(fù)的變形,并能在很寬的溫度（-50~150℃）范圍內(nèi)保持彈性。2.粘彈性：橡膠材料在產(chǎn)生形變和恢復(fù)形變時(shí)受溫度和時(shí)間的影響，表現(xiàn)有明顯的應(yīng)力松弛和蠕變

現(xiàn)象，在震動(dòng)或交變應(yīng)力作用下，產(chǎn)生滯后損失。3.電絕緣性：橡膠和塑料一樣是電絕緣材料。2023/1/1574．有老化現(xiàn)象：如金屬腐蝕、木材腐朽、巖石風(fēng)化一樣，橡膠也會(huì)因?yàn)榄h(huán)境條件的變化而產(chǎn)生老化現(xiàn)象，使性能變壞，壽命下降。5.必須進(jìn)行硫化才能使用，熱塑性彈性體除外。6.必須加入配合劑。其它如比重小、硬度低、柔軟性好、氣密性好等特點(diǎn)，都屬于橡膠的寶貴性能。2023/1/158三、表征橡膠物理機(jī)械性能的指標(biāo)

１．拉伸強(qiáng)度：又稱扯斷強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度，指試片拉伸至斷裂時(shí)單位斷面上所承受的負(fù)荷，單位為兆帕（MPa），以往為公斤力／平方厘米（kgf/cm2）。２．定伸應(yīng)力：舊稱定伸強(qiáng)度，指試樣被拉伸到一定長度時(shí)單位面積所承受的負(fù)荷。計(jì)量單位同拉伸強(qiáng)度。常用的有100％、300％和500％定伸應(yīng)力。它反映的是橡膠抵抗外力變形能力的高低。2023/1/1593．伸長率：試片拉斷時(shí)，伸長部分與原長度之比；用百分比表示,%。4．永久變形：試樣拉伸至斷裂后，標(biāo)距伸長變形不可恢復(fù)部分占原始長度的百分比。在解除了外力作用并放置一定時(shí)間(一般為3min)，以%表示。2023/1/15102023/1/15112023/1/1512褲型試樣（BS903/A3-1982）(單位：mm)褲型試樣在試驗(yàn)機(jī)上的位置

5．撕裂強(qiáng)度：將特殊試片（帶有割口或直角形）撕裂時(shí)單位厚度所承受的負(fù)荷，表示材料的抗撕裂性，單位為kＮ/ｍ。2023/1/1513６．回彈性：又稱沖擊彈性，指橡膠受沖擊之后恢復(fù)原狀的能力，以%表示。2023/1/1514７．硬度：表示橡膠抵抗外力壓入的能力，常用邵爾硬度計(jì)測(cè)定。橡膠的硬度范圍一般在20~100之間，單位為邵氏A。2023/1/15152023/1/15168.磨耗將試樣與砂輪在一定傾斜角度和一定的負(fù)荷作用下進(jìn)行摩擦，測(cè)定試樣一定里程的磨耗體積。將試樣輪夾在膠輪軸上，電機(jī)通過減速系統(tǒng)帶動(dòng)試樣輪在膠輪軸上作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，負(fù)荷托架上的試驗(yàn)用重砣使砂輪緊貼在試樣輪上，并保證砂輪向左的（即作用在試樣輪上）橫向作用力為26.7N±0.2N，砂輪做逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。（1）膠輪軸與砂輪軸之間的夾角：15o±0.5o、25o±0.5o；試樣的行駛里程：

1.61km（2）阿克隆磨耗機(jī)使用的砂輪砂輪尺寸：直徑150mm，厚度25mm,中心孔直徑32mm.（3）砂輪材料組成：磨料為氧化鋁，粘合劑為陶土，粒度為36#，硬度為中硬度2。（4）試樣夾板：夾板直徑56mm，工作面厚度12mm.阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)2023/1/1517四、橡膠的發(fā)展歷史1．天然橡膠的發(fā)展歷史考古發(fā)現(xiàn)，人類在11世紀(jì)就開始使用橡膠—在南美制造橡膠球、橡膠鞋及橡膠瓶。1493年~1496年哥侖布發(fā)現(xiàn)新美洲大陸時(shí)，發(fā)現(xiàn)海地島上土人玩的球能從地上彈起來，此后，歐洲人才知道橡膠的這種性質(zhì)。1735年，法國科學(xué)家Condamine參加南美洲科考，帶回了最早的橡膠制品。直到1823年，英國人馬辛托希創(chuàng)辦了世界上第一個(gè)橡膠廠，生產(chǎn)防水布，這是橡膠工業(yè)的開始。1839年，Goodyear發(fā)明了硫化，這兩項(xiàng)發(fā)明為橡膠工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1862年，Honcock發(fā)明了雙輥機(jī)1876年，英國開始在東南亞殖民地國家種植橡膠樹1888年，Dunlop發(fā)明了充氣輪胎1904年，發(fā)現(xiàn)硫化活化劑ZnO，炭黑可以補(bǔ)強(qiáng)1906年，發(fā)現(xiàn)促進(jìn)劑苯胺1921年，發(fā)現(xiàn)促進(jìn)劑D，從此橡膠工業(yè)得到迅速發(fā)展。2023/1/15182．合成橡膠的發(fā)展歷史（1）對(duì)天然橡膠的剖析和仿制1820年，法拉第明確了橡膠由C和H組成；1860年，威廉姆斯（Williams）發(fā)現(xiàn)橡膠經(jīng)蒸餾可產(chǎn)生異戊二烯化合物，并認(rèn)為它是橡膠的基本化學(xué)組成；1875年，鮑查達(dá)（Bouchardat）認(rèn)為異戊二烯能合成出類似橡膠的物質(zhì)，這是最早的關(guān)于人工合成橡膠的報(bào)道。2023/1/1519（2）合成橡膠的誕生、建立與發(fā)展1881年霍夫曼用1，3-戊二烯合成橡膠；1900年，前蘇聯(lián)孔達(dá)科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯合成出橡膠；1929年，美國齊柯爾（Thiokol）公司生產(chǎn)了聚硫系合成橡膠；1931年，美國DuPont公司生產(chǎn)CR；1932年前蘇聯(lián)工業(yè)生產(chǎn)了丁鈉橡膠后，相繼生產(chǎn)的合成橡膠有SBR（1935年德國Farbon公司）、NBR（1937年德國Farbon公司）；50年代，Zeigler—Natta發(fā)現(xiàn)了定向聚合，導(dǎo)致了橡膠工業(yè)的新飛躍，出現(xiàn)了BR（1960年美國Phillips公司）、EPDM（1960年意大利Montedison公司）、IR等新膠種，1965~1973年間出現(xiàn)了熱塑性彈性體。2023/1/15203．國內(nèi)橡膠工業(yè)的發(fā)展概況我國從1904年開始在雷州半島等地種植NR，50年代將橡膠樹北移種植成功，并在云南、廣西等地大面積種植，現(xiàn)在，我國NR產(chǎn)量占世界第四位。1915年，在廣州建立第一個(gè)橡膠加工廠—廣州兄弟創(chuàng)制樹膠公司，生產(chǎn)鞋底1919年，在上海建立清和橡皮工廠1927年，在上海建立正泰橡膠廠，生產(chǎn)膠鞋1928年，建立大中華橡膠廠，生產(chǎn)膠鞋1937年，日本在青島建立現(xiàn)在的青島橡膠二廠我國從1958年開始合成橡膠，國產(chǎn)第一塊合成膠是四川長壽化工廠于1958年生產(chǎn)的CR，1960年蘭州化工廠生產(chǎn)SBR，1962年蘭化生產(chǎn)NBR。目前國內(nèi)幾家大石化如燕山石化、蘭州石化、齊魯石化、高橋石化等均生產(chǎn)合成橡膠，通用的合成橡膠除了IIR外，其它均能生產(chǎn)。2023/1/1521我國橡膠工業(yè)從50年代后開始飛速發(fā)展，逐漸形成了以上海的正泰、大中華，青島的橡膠二廠，黑龍江的樺林橡膠廠為中心的橡膠工業(yè)格局號(hào)稱橡膠界的四大家族。其中正泰、大中華生產(chǎn)膠鞋、膠帶，膠二和樺林生產(chǎn)輪胎。到1990年止，全國縣級(jí)以上的橡膠企業(yè)就有1000多家，產(chǎn)值180億元。

90年代，我國橡膠工業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，個(gè)體、私營橡膠企業(yè)如雨后春筍般發(fā)展起來。96年以后由于受氣候等因素的影響，世界NR的產(chǎn)量銳減，致使NR的價(jià)格飛漲，橡膠工業(yè)的發(fā)展受到一定程度的影響，但在國內(nèi)工業(yè)總產(chǎn)值、化工工業(yè)總產(chǎn)值中仍然占有相當(dāng)比重。橡膠企業(yè)主要集中在北京、上海、山東、沈陽、貴陽、重慶、安徽、浙江等地。2023/1/1522橡膠工業(yè)“十一五”科學(xué)發(fā)展規(guī)劃

發(fā)展方針

認(rèn)真實(shí)施科學(xué)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和名牌戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L方式；技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、效益創(chuàng)新，以節(jié)能、安全、環(huán)保新產(chǎn)品替代現(xiàn)有老產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化；進(jìn)一步發(fā)展大型企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)和區(qū)域集約化生產(chǎn)，使中國逐步成為橡膠強(qiáng)國。

總體目標(biāo)

以8%～10％的年增長速度發(fā)展，利稅力爭(zhēng)同步增長，主導(dǎo)產(chǎn)品出口占35％左右，節(jié)能降耗、資源利用,要切實(shí)實(shí)現(xiàn)國家“十一五”發(fā)展綱要提出的目標(biāo)，并爭(zhēng)取有新突破。2023/1/1523輪胎

年總產(chǎn)量擬控制在3億～3.2億條，子午化率不低于70%。半鋼子午胎基本實(shí)現(xiàn)無內(nèi)胎化，為經(jīng)濟(jì)型轎車配套的輪胎要安全、節(jié)能、環(huán)保；積極發(fā)展50、45、40、35、30系列高檔輪胎和跑氣保用輪胎。全鋼子午胎要發(fā)展無內(nèi)胎和公制寬基輪胎，全鋼子午胎占子午胎總量的比例宜控制在20%～25％。工程機(jī)械輪胎要積極發(fā)展子午胎。同時(shí)，不應(yīng)再擴(kuò)大斜交胎產(chǎn)能，尤其是不能以合資、合作等名義新建斜交胎廠，逐步淘汰60萬套以下規(guī)模的斜交胎企業(yè)。積極推進(jìn)充氮硫化等新工藝的應(yīng)用；淘汰子午胎刷汽油等落后工藝；禁止割標(biāo)胎和無三包輪胎在市場(chǎng)流通，實(shí)行輪胎召回制；限制并逐步取消輪胎外包裝。2023/1/1524橡膠制品

非輪胎汽車用橡膠制品，重點(diǎn)培育品牌，扶持大公司、大企業(yè)集團(tuán)，滿足各類汽車對(duì)密封、減震、制動(dòng)、傳動(dòng)和輸油輸氣等配套橡膠制品的需求。建筑工程類橡膠制品，重點(diǎn)發(fā)展防水、減震產(chǎn)品，為市政建設(shè)、高層建筑、公路橋梁涵洞等配套。為電子、家電配套的橡膠制品，要搞好高檔產(chǎn)品的配套服務(wù)。國防橡膠制品，要能滿足航天、航空、航海等國防建設(shè)的需要。2023/1/1525其他橡膠制品要重點(diǎn)開發(fā)、生產(chǎn)高性能新產(chǎn)品。要抓住國家重點(diǎn)整治礦山安全生產(chǎn)的機(jī)遇，搞好高強(qiáng)力及阻燃輸送帶、機(jī)械化采煤機(jī)組用高壓膠管、密封制品的配套和阻燃導(dǎo)風(fēng)筒的生產(chǎn)、供應(yīng)。膠管要加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)換代，重點(diǎn)放在高附加值產(chǎn)品上，如汽車膠管和海上輸油膠管等。V帶在培育大企業(yè)名牌的同時(shí)，應(yīng)做好區(qū)域品牌培育。要抓住奧運(yùn)商機(jī)，開發(fā)生產(chǎn)競(jìng)技體育用專業(yè)運(yùn)動(dòng)鞋以及自行車胎、摩托車胎；同時(shí)，這三類產(chǎn)品要轉(zhuǎn)變出口增長方式。乳膠制品要發(fā)展節(jié)育、防病和提高生活質(zhì)量的安全套，提高醫(yī)用手套等醫(yī)療用產(chǎn)品的質(zhì)量性能，著力開發(fā)合成膠乳安全套和醫(yī)用手套；同時(shí)要培育品牌和強(qiáng)勢(shì)企業(yè)，減少貼牌加工。2023/1/1526廢橡膠綜合利用

要努力搞好廢橡膠（包括廢舊輪胎、輸送帶以及膠鞋鞋底等）的綜合利用。到2010年時(shí)，要以再生膠、膠粉為主，廢舊橡膠綜合利用率達(dá)到80%～85％。有條件的輪胎廠要進(jìn)軍翻胎業(yè)，并重點(diǎn)實(shí)施子午胎翻胎工藝、預(yù)硫化胎面和中墊膠制造技術(shù)攻關(guān)，翻胎設(shè)備要國產(chǎn)化，促使輪胎翻新率提高到8%～10％。舊輸送帶要發(fā)揚(yáng)礦山就地修補(bǔ)再利用的傳統(tǒng)。再生膠和膠粉提倡收購、加工、利用配套發(fā)展，一要做到清潔、環(huán)保、安全；二要提高后加工能力，使再生膠和膠粉不斷開辟新的用途；三要做好熱能利用的研發(fā)和試點(diǎn)，堅(jiān)決取締利用廢舊輪胎土法煉油。“十一五”末，再生膠總產(chǎn)量爭(zhēng)取達(dá)到200萬噸，膠粉產(chǎn)量50萬～80萬噸。同時(shí)，要以國家利益為重，堅(jiān)決禁止廢舊輪胎和其他廢舊橡膠產(chǎn)品進(jìn)口。2023/1/1527橡膠原料

“十一五”末，全國橡膠總需求量將達(dá)到500萬噸，其中天然膠230萬噸、合成膠270萬噸。天然橡膠與合成橡膠的使用比例力爭(zhēng)達(dá)到1∶1.2。天然膠方面，鼓勵(lì)農(nóng)墾膠的加工技術(shù)改造和橡膠樹品種更新；鼓勵(lì)民營天然橡膠的發(fā)展，提高單產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。合成膠方面，要加快發(fā)展異戊膠、鹵化丁基膠等短缺品種，丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠等要增加牌號(hào)，提高質(zhì)量。要積極建設(shè)橡膠國際貿(mào)易市場(chǎng)和邊貿(mào)市場(chǎng)，針對(duì)市場(chǎng)秩序，規(guī)范復(fù)合橡膠的進(jìn)口、加工和應(yīng)用。引導(dǎo)期貨市場(chǎng)發(fā)展，減少惡性炒作。2023/1/1528

炭黑

總需求量將達(dá)220萬噸左右。提倡發(fā)展子午胎專用炭黑和濕法造粒工藝，加強(qiáng)熱能循環(huán)利用。限制干法造粒工藝，淘汰萬噸級(jí)以下炭黑生產(chǎn)線，對(duì)小廠逐步進(jìn)行關(guān)停并轉(zhuǎn)。同時(shí)，要協(xié)調(diào)好炭黑原料油的供應(yīng)，特別是煤焦油和乙烯焦油的供應(yīng)。積極扶持子午胎專用白炭黑生產(chǎn)，以有利于安全、節(jié)能，降低滾動(dòng)阻力。

橡膠助劑

總需求量將達(dá)到32萬～33萬噸。提倡清潔生產(chǎn)工藝，發(fā)展環(huán)保助劑，逐步淘汰有毒有害產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。

骨架材料

總需求量接近100萬噸，其中鋼絲簾線60萬噸、滌綸簾線9萬～10萬噸、尼龍簾線28萬～30萬噸。重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，同時(shí)做好芳綸的應(yīng)用試點(diǎn)，以滿足輪胎產(chǎn)品升級(jí)換代的要求。2023/1/1529橡膠機(jī)械及模具

重點(diǎn)提高質(zhì)量、使用性能、自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，并爭(zhēng)取扭轉(zhuǎn)大型密煉、鋼絲壓延以及檢測(cè)設(shè)備仍依賴進(jìn)口的局面。同時(shí)，要著力抓好高強(qiáng)力輸送帶、鋼絲編纏膠管及汽車橡膠配件等專用設(shè)備的研發(fā)制造，替代進(jìn)口。2023/1/1530五、橡膠的用途用途非常廣泛，在交通運(yùn)輸、建筑、電子、石油化工、農(nóng)業(yè)、機(jī)械、軍事、醫(yī)療等各個(gè)工業(yè)部門以及信息產(chǎn)業(yè)。最大用途是作輪胎，包括各種轎車胎、載重胎、力車胎、工程胎、飛機(jī)輪胎、炮車胎等，一輛汽車約需要240kg橡膠，一艘輪船約需要60~70噸橡膠，一架飛機(jī)需要600kg橡膠，一門高射炮約需要86kg橡膠。第二大用途是作膠管、膠帶、膠鞋等制品，另外如密封制品、輪船護(hù)弦、攔水壩、減震制品、人造器官、粘合劑等，范圍非常廣泛。有些制品雖然不大，但作用非常重要。2023/1/15312023/1/1532順丁橡膠2023/1/15332023/1/15342023/1/15352023/1/1536六、橡膠加工工藝的主要內(nèi)容橡膠加工工藝是研究和探討橡膠的性質(zhì)、加工及應(yīng)用的一門科學(xué)技術(shù)，是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、高分子物理、高分子化學(xué)、化學(xué)工程等多學(xué)科得相互滲透及應(yīng)用，是把基礎(chǔ)理論應(yīng)用到橡膠的加工及使用的橋梁。橡膠加工工藝主要講述了由單純的原材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ǖ男阅芎托螤畹南鹉z制品的過程。主要內(nèi)容包括：

2023/1/15372023/1/15382023/1/1539橡膠的配合：根據(jù)制品的性能要求，考慮加工工藝性能和成本等因素，把生膠和配合劑組合在一起的過程。一般的配合體系包括生膠、硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)體系、防護(hù)體系、增塑體系等。有時(shí)還包括其它一些特殊的體系如阻燃、著色、發(fā)泡、抗靜電、導(dǎo)電等體系。2023/1/1540生膠（或與其它高聚物并用）：母體材料或基體材料硫化體系：與橡膠大分子起化學(xué)作用，使橡膠由線型大分子變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高橡膠性能、穩(wěn)定形態(tài)的體系。補(bǔ)強(qiáng)填充體系：在橡膠中加入炭黑等補(bǔ)強(qiáng)劑或其它填充劑，或者提高其力學(xué)性能，改善工藝性能，或者降低制品成本。防護(hù)體系：加入防老劑，延緩橡膠的老化，提高制品的使用壽命。增塑體系：降低制品硬度和混煉膠的粘度，改善加工工藝性能。2023/1/1541橡膠的加工工藝過程：無論什么橡膠制