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1、2019/6/6,1,徐卫兵 (Weibing Xu) Dept. of Polymer Science and Engineering Office: Room 401, Shenghua Building Tel: 2901455 Email: ,橡胶加工工艺 Rubber Processing Technology,2,2019/6/6,课程的内容与学时分配,橡胶加工工艺 Rubber Processing Technology,橡胶加工工艺 Rubber Processing Technology,3,2019/6/6,选用教材和参考书目,选用教材：橡胶及塑料加工工艺，张海等编，北京：
2、化学 工业出版社。 主要参考书目： 1材料配合与混炼加工（橡胶部分），杜军, 袁 仲雪主编，北京：化学工业出版社，2003。 2实用橡胶制品生产技术 第二版，纪奎江主编， 北京：化学工业出版社，2001。 3. 实用橡胶工艺学，杨清芝主编，北京：化学工业出 版社， 2006。,4,2019/6/6,第一章 绪论,橡胶：定义ASTM-D1566(America Society of Test and Material)。 橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速而有力地恢复其变形，能够被改性(硫化)。改性的橡胶实质上不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯、甲乙酮、乙醇甲苯混合物等溶剂中。改性的橡胶室温下（20
3、27）被拉伸到原来长度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min内恢复到原来长度的1.5倍以下，具有上述特征的材料称为橡胶。 注：1）橡胶是一种材料，具有特定的使用性能和加工性能， 属有机高分子材料。 2）橡胶在室温下具有高弹性。 3）橡胶能够被改性是指它能够硫化。 4）改性的橡胶即硫化胶不溶解但能溶胀。,一、 基本概念,5,2019/6/6,ASTM D1566-90,Material that is capable of recovering from large deformations quickly and forcibly, and can be, or already is,
4、 modified to a state in which it is essentially insoluble (but can swell) in solvent, such as benzene, methyl ethyl ketone, and ethanol toluene azeotrope. A rubber in its modified state, free of diluents, retracts within 1 min to less than 1.5 times its original length after being stretched at room
5、temperature (20 to 27) to twice its length and held for 1 min before release.,6,2019/6/6,生胶： 没有加入配合剂且尚未交联的橡胶。 一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。 混炼胶：生胶与配合剂经加工混合均匀且未被交联的 橡胶。 常用的配合剂有硫化剂、促进剂、活性剂、补强填充剂、防老剂等。 硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。,7,2019/6/6,二、橡胶材料的特点,1.高弹性：弹性模量低，伸长变形大，有可恢复
6、的变形,并能在很宽的温度（-50150）范围内保持弹性。 2.粘弹性：橡胶材料在产生形变和恢复形变时受温度和时间的影响，表现有明显的应力松弛 和蠕变 现象，在震动或交变应力作用下，产生滞后损失。 3.电绝缘性：橡胶和塑料一样是电绝缘材料。,8,2019/6/6,4有老化现象：如金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因为环境条件的变化而产生老化现象，使性能变坏，寿命下降。 5. 必须进行硫化才能使用，热塑性弹性体除外。 6. 必须加入配合剂。 其它如比重小、硬度低、柔软性好、气密性好等特点，都属于橡胶的宝贵性能。,9,2019/6/6,三、表征橡胶物理机械性能的指标,拉伸强度：又称扯断强度、
7、抗张强度，指试片拉伸至断裂时单位断面上所承受的负荷，单位为兆帕（MPa），以往为公斤力平方厘米（kgf/cm2）。 定伸应力：旧称定伸强度，指试样被拉伸到一定长度时单位面积所承受的负荷。计量单位同拉伸强度。常用的有100、300和500定伸应力。它反映的是橡胶抵抗外力变形能力的高低。,10,2019/6/6,3伸长率：试片拉断时，伸长部分与原长度之比；用百分比表示, %。 4永久变形：试样拉伸至断裂后，标距伸长变形不可恢复部分占原始长度的百分比。在解除了外力作用并放置一定时间(一般为3min)，以%表示。,11,2019/6/6,12,2019/6/6,13,2019/6/6,裤型试样（BS
8、903/A3-1982）(单位：mm),裤型试样在试验机上的位置,5撕裂强度：将特殊试片（带有割口或直角形）撕裂时单位厚度所承受的负荷，表示材料的抗撕裂性，单位为k/。,14,2019/6/6,回弹性：又称冲击弹性，指橡胶受冲击之后恢复原状的能力，以%表示。,15,2019/6/6,硬度：表示橡胶抵抗外力压入的能力，常用邵尔硬度计测定。橡胶的硬度范围一般在20100之间，单位为邵氏A。,16,2019/6/6,17,2019/6/6,8.磨耗,将试样与砂轮在一定倾斜角度和一定的负荷作用下进行摩擦，测定试样一定里程的磨耗体积。 将试样轮夹在胶轮轴上，电机通过减速系统带动试样轮在胶轮轴上作顺时针方
9、向旋转，负荷托架上的试验用重砣使砂轮紧贴在试样轮上，并保证砂轮向左的（即作用在试样轮上）横向作用力为26.7N0.2N，砂轮做逆时针方向转动。,（1）胶轮轴与砂轮轴之间的夹角：150.5、250.5；试样的行驶里程： 1.61km （2）阿克隆磨耗机使用的砂轮 砂轮尺寸：直径 150mm，厚度25mm ,中心孔直径32mm. （3）砂轮材料组成：磨料为氧化铝，粘合剂为陶土，粒度为36#，硬度为中硬度2。 （4）试样夹板：夹板直径56mm，工作面厚度12mm.,阿克隆磨耗试验机,18,2019/6/6,四、橡胶的发展历史,1天然橡胶的发展历史 考古发现，人类在11世纪就开始使用橡胶在南美制造橡胶
10、球、橡胶鞋及橡胶瓶。1493年1496年哥仑布发现新美洲大陆时，发现海地岛上土人玩的球能从地上弹起来，此后，欧洲人才知道橡胶的这种性质。1735年，法国科学家Condamine参加南美洲科考，带回了最早的橡胶制品。直到1823年，英国人马辛托希创办了世界上第一个橡胶厂，生产防水布，这是橡胶工业的开始。 1839年，Goodyear发明了硫化 ，这两项发明为橡胶工业的发展奠定了基础。 1862年，Honcock发明了双辊机 1876年，英国开始在东南亚殖民地国家种植橡胶树 1888年，Dunlop发明了充气轮胎 1904年，发现硫化活化剂ZnO，炭黑可以补强 1906年，发现促进剂苯胺 1921
11、年，发现促进剂D，从此橡胶工业得到迅速发展。,19,2019/6/6,2合成橡胶的发展历史 （1）对天然橡胶的剖析和仿制 1820年，法拉第明确了橡胶由C和H组成；1860年，威廉姆斯（Williams）发现橡胶经蒸馏可产生异戊二烯化合物，并认为它是橡胶的基本化学组成；1875年，鲍查达（Bouchardat）认为异戊二烯能合成出类似橡胶的物质，这是最早的关于人工合成橡胶的报道。,20,2019/6/6,（2）合成橡胶的诞生、建立与发展 1881年霍夫曼用1，3-戊二烯合成橡胶； 1900年，前苏联孔达科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯合成出橡胶； 1929年，美国齐柯尔（Thiokol）公
12、司生产了聚硫系合成橡胶；1931年，美国Du Pont公司生产CR；1932年前苏联工业生产了丁钠橡胶后，相继生产的合成橡胶有SBR（1935年德国Farbon公司）、NBR（1937年德国Farbon公司）；50年代，ZeiglerNatta发现了定向聚合，导致了橡胶工业的新飞跃，出现了BR（1960年美国Phillips公司）、EPDM（1960年意大利Montedison公司）、IR等新胶种，19651973年间出现了热塑性弹性体。,21,2019/6/6,3国内橡胶工业的发展概况 我国从1904年开始在雷州半岛等地种植NR，50年代将橡胶树北移种植成功，并在云南、广西等地大面积种植，现
13、在，我国NR产量占世界第四位。 1915年，在广州建立第一个橡胶加工厂广州兄弟创制树胶公司，生产鞋底 1919年，在上海建立清和橡皮工厂 1927年，在上海建立正泰橡胶厂，生产胶鞋 1928年，建立大中华橡胶厂，生产胶鞋 1937年，日本在青岛建立现在的青岛橡胶二厂 我国从1958年开始合成橡胶，国产第一块合成胶是四川长寿化工厂于1958年生产的CR，1960年兰州化工厂生产SBR，1962年兰化生产NBR。目前国内几家大石化如燕山石化、兰州石化、齐鲁石化、高桥石化等均生产合成橡胶，通用的合成橡胶除了IIR外，其它均能生产。,22,2019/6/6,我国橡胶工业从50年代后开始飞速发展，逐渐形
14、成了以上海的正泰、大中华，青岛的橡胶二厂，黑龙江的桦林橡胶厂为中心的橡胶工业格局号称橡胶界的四大家族。其中正泰、大中华生产胶鞋、胶带，胶二和桦林生产轮胎。到1990年止，全国县级以上的橡胶企业就有1000多家，产值180亿元。 90年代，我国橡胶工业得到了蓬勃发展，个体、私营橡胶企业如雨后春笋般发展起来。96年以后由于受气候等因素的影响，世界NR的产量锐减，致使NR的价格飞涨，橡胶工业的发展受到一定程度的影响，但在国内工业总产值、化工工业总产值中仍然占有相当比重。 橡胶企业主要集中在北京、上海、山东、沈阳、贵阳、重庆、安徽、浙江等地。,23,2019/6/6,橡胶工业“十一五”科学发展规划,发
15、展方针 认真实施科学发展、循环经济和名牌战略，转变增长方式；技术创新、产品创新、效益创新，以节能、安全、环保新产品替代现有老产品，实现企业效益最大化；进一步发展大型企业、企业集团和区域集约化生产，使中国逐步成为橡胶强国。 总体目标 以8%10的年增长速度发展，利税力争同步增长，主导产品出口占35左右，节能降耗、资源利用,要切实实现国家“十一五”发展纲要提出的目标，并争取有新突破。,24,2019/6/6,轮胎 年总产量拟控制在3亿3.2亿条，子午化率不低于70%。半钢子午胎基本实现无内胎化，为经济型轿车配套的轮胎要安全、节能、环保；积极发展50、45、40、35、30系列高档轮胎和跑气保用轮胎
16、。全钢子午胎要发展无内胎和公制宽基轮胎，全钢子午胎占子午胎总量的比例宜控制在20%25。工程机械轮胎要积极发展子午胎。同时，不应再扩大斜交胎产能，尤其是不能以合资、合作等名义新建斜交胎厂，逐步淘汰60万套以下规模的斜交胎企业。积极推进充氮硫化等新工艺的应用；淘汰子午胎刷汽油等落后工艺；禁止割标胎和无三包轮胎在市场流通，实行轮胎召回制；限制并逐步取消轮胎外包装。,25,2019/6/6,橡胶制品 非轮胎汽车用橡胶制品，重点培育品牌，扶持大公司、大企业集团，满足各类汽车对密封、减震、制动、传动和输油输气等配套橡胶制品的需求。建筑工程类橡胶制品，重点发展防水、减震产品，为市政建设、高层建筑、公路桥梁
17、涵洞等配套。为电子、家电配套的橡胶制品，要搞好高档产品的配套服务。国防橡胶制品，要能满足航天、航空、航海等国防建设的需要。,26,2019/6/6,其他橡胶制品要重点开发、生产高性能新产品。要抓住国家重点整治矿山安全生产的机遇，搞好高强力及阻燃输送带、机械化采煤机组用高压胶管、密封制品的配套和阻燃导风筒的生产、供应。胶管要加快产品结构调整和升级换代，重点放在高附加值产品上，如汽车胶管和海上输油胶管等。V带在培育大企业名牌的同时，应做好区域品牌培育。要抓住奥运商机，开发生产竞技体育用专业运动鞋以及自行车胎、摩托车胎；同时，这三类产品要转变出口增长方式。乳胶制品要发展节育、防病和提高生活质量的安全
18、套，提高医用手套等医疗用产品的质量性能，着力开发合成胶乳安全套和医用手套；同时要培育品牌和强势企业，减少贴牌加工。,27,2019/6/6,废橡胶综合利用 要努力搞好废橡胶（包括废旧轮胎、输送带以及胶鞋鞋底等）的综合利用。到2010年时，要以再生胶、胶粉为主，废旧橡胶综合利用率达到80%85。有条件的轮胎厂要进军翻胎业，并重点实施子午胎翻胎工艺、预硫化胎面和中垫胶制造技术攻关，翻胎设备要国产化，促使轮胎翻新率提高到8%10。旧输送带要发扬矿山就地修补再利用的传统。再生胶和胶粉提倡收购、加工、利用配套发展，一要做到清洁、环保、安全；二要提高后加工能力，使再生胶和胶粉不断开辟新的用途；三要做好热能
19、利用的研发和试点，坚决取缔利用废旧轮胎土法炼油。“十一五”末，再生胶总产量争取达到200万吨，胶粉产量50万80万吨。同时，要以国家利益为重，坚决禁止废旧轮胎和其他废旧橡胶产品进口。,28,2019/6/6,橡胶原料 “十一五”末，全国橡胶总需求量将达到500万吨，其中天然胶230万吨、合成胶270万吨。天然橡胶与合成橡胶的使用比例力争达到11.2。天然胶方面，鼓励农垦胶的加工技术改造和橡胶树品种更新；鼓励民营天然橡胶的发展，提高单产和产品质量。合成胶方面，要加快发展异戊胶、卤化丁基胶等短缺品种，丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶等要增加牌号，提高质量。要积极建设橡胶国际贸易市场和边贸市场，针对市场
20、秩序，规范复合橡胶的进口、加工和应用。引导期货市场发展，减少恶性炒作。,29,2019/6/6,炭黑 总需求量将达220万吨左右。提倡发展子午胎专用炭黑和湿法造粒工艺，加强热能循环利用。限制干法造粒工艺，淘汰万吨级以下炭黑生产线，对小厂逐步进行关停并转。同时，要协调好炭黑原料油的供应，特别是煤焦油和乙烯焦油的供应。积极扶持子午胎专用白炭黑生产，以有利于安全、节能，降低滚动阻力。 橡胶助剂 总需求量将达到32万33万吨。提倡清洁生产工艺，发展环保助剂，逐步淘汰有毒有害产品的生产和使用。 骨架材料 总需求量接近100万吨，其中钢丝帘线60万吨、涤纶帘线9万10万吨、尼龙帘线28万30万吨。重点对现
21、有产业、产品进行结构性调整，同时做好芳纶的应用试点，以满足轮胎产品升级换代的要求。,30,2019/6/6,橡胶机械及模具 重点提高质量、使用性能、自动化程度和生产效率，并争取扭转大型密炼、钢丝压延以及检测设备仍依赖进口的局面。同时，要着力抓好高强力输送带、钢丝编缠胶管及汽车橡胶配件等专用设备的研发制造，替代进口。,31,2019/6/6,五、橡胶的用途,用途非常广泛，在交通运输、建筑、电子、石油化工、农业、机械、军事、医疗等各个工业部门以及信息产业。 最大用途是作轮胎，包括各种轿车胎、载重胎、力车胎、工程胎、飞机轮胎、炮车胎等，一辆汽车约需要240kg橡胶，一艘轮船约需要6070吨橡胶，一架
22、飞机需要600kg橡胶，一门高射炮约需要86kg橡胶。 第二大用途是作胶管、胶带、胶鞋等制品，另外如密封制品、轮船护弦、拦水坝、减震制品、人造器官、粘合剂等，范围非常广泛。有些制品虽然不大，但作用非常重要。,32,2019/6/6,33,2019/6/6,顺丁橡胶,34,2019/6/6,35,2019/6/6,36,2019/6/6,37,2019/6/6,六、橡胶加工工艺的主要内容,橡胶加工工艺是研究和探讨橡胶的性质、加工及应用的一门科学技术，是数学、物理、化学、高分子物理、高分子化学、化学工程等多学科得相互渗透及应用，是把基础理论应用到橡胶的加工及使用的桥梁。 橡胶加工工艺主要讲述了由单
23、纯的原材料转变为具有特定的性能和形状的橡胶制品的过程。主要内容包括：,38,2019/6/6,39,2019/6/6,40,2019/6/6,橡胶的配合： 根据制品的性能要求，考虑加工工艺性能和成本等因素，把生胶和配合剂组合在一起的过程。一般的配合体系包括生胶、硫化体系、补强体系、防护体系、增塑体系等。有时还包括其它一些特殊的体系如阻燃、着色、发泡、抗静电、导电等体系。,41,2019/6/6,生胶（或与其它高聚物并用）：母体材料或基体材料 硫化体系：与橡胶大分子起化学作用，使橡胶由线型大分子变为三维网状结构，提高橡胶性能、稳定形态的体系。 补强填充体系：在橡胶中加入炭黑等补强剂或其它填充剂，
24、或者提高其力学性能，改善工艺性能，或者降低制品成本。 防护体系：加入防老剂，延缓橡胶的老化，提高制品的使用寿命。 增塑体系：降低制品硬度和混炼胶的粘度，改善加工工艺性能。,42,2019/6/6,橡胶的加工工艺过程： 无论什么橡胶制品，都要经过混炼和硫化这两个过程。对许多橡胶制品，如胶管、胶带、轮胎等，还需经过压延、压出这两个过程，对门尼粘度比较高的生胶，还要塑炼。因此，橡胶加工中最基础、最重要的加工过程包括以下几个阶段： 1）塑炼：降低生胶的分子量，增加塑性，提高可加工性。 2）混炼：使配方中各个组分混合均匀，制成混炼胶。 3）压延：混炼胶或与纺织物、钢丝等骨架材料通过压片、压型、贴合、擦胶
25、、贴胶等操作制成一定规格的半成品的过程。 4）压出：混炼胶通过口型压出各种断面的半成品的过程，如内胎、胎面、胎侧、胶管等。 5）硫化：通过一定的温度、压力和时间后，使橡胶大分子发生化学反应产生交联的过程。,43,2019/6/6,44,2019/6/6,七、橡胶加工工艺的学习方法及主要参考资料,橡胶加工工艺课理论性不是很强，经验总结比较多，不需要死记硬背，它与实际的联系比较紧密，所以学习时一定要与实际相结合。 重点掌握生胶的性能特点与用途，橡胶的配合，橡胶的加工，对常见的专业术语要能够理解，要学会查阅文献资料。 最终目的是要运用所学的理论知识，借助已有的工具和资料，根据产品的性能要求，设计配方，加工制造出合格的产品。另一方面，能运用所学的知识，分析解决生产中遇到的实际问题。,45,2019/6/6,主要参考资料： 1文摘性 （1）中国化工文摘（季刊）；（2）化学文摘（Chemical Abstract）（CA）；（3）PAPRA Abstract英国塑料橡胶协会文摘；（4）日本科技文献速报；（5）橡胶文摘； 2中文刊物 （1）橡胶工业；（2）合成橡胶工业；（3）特种橡胶制品；（4）橡胶参考资料；（5）橡胶译丛；（6）胶带工业；（7）乳胶工业；（8）炭黑工业；等 3主要外文刊物 （1）Rubber Chemistry and Technology （2）协会志 4. 网络资源,