橡膠制品成型加工

橡膠制品成型加工第1頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工

橡膠制品的成型加工系指以生膠及其配合劑為原料，經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)與物理作用制成橡膠制品的過(guò)程。加工工序主要包括:生膠的塑煉塑煉膠與各種配合劑的混煉成型膠料的硫化第2頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工第一節(jié)橡膠制品的原材料及其性質(zhì)作為橡膠制品的原材料主要是:生膠、補(bǔ)強(qiáng)劑、硫化劑、防老劑等各類(lèi)添加劑和骨架材料。一、生膠生膠通常是指市售的固體橡膠，它是制造橡膠制品的最基本原料，也稱(chēng)為原料橡膠，包括天然橡膠、合成橡膠和再生橡膠。第3頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工

（一）天然橡膠.

天然橡膠是橡膠工業(yè)中最早應(yīng)用的橡膠，20世紀(jì)30年代以前，橡膠工業(yè)消耗的原料橡膠幾乎全是天然橡膠。由于天然橡膠綜合性能優(yōu)異，所以它是一種重要的戰(zhàn)略物資和經(jīng)濟(jì)物質(zhì)，20世紀(jì)50年代以來(lái)，天然橡膠與合成橡膠形成并駕齊驅(qū)的發(fā)展局面。第4頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工

天然橡膠的組成:

天然橡膠是以異戊二烯為單元鏈節(jié)，以共價(jià)鍵結(jié)合而成的長(zhǎng)鏈分子，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:

天然橡膠為非極性大分子，具有優(yōu)良的介電性能，同時(shí)也使它的耐油耐溶劑性差。因天然橡膠分子結(jié)構(gòu)中含有不飽和雙鍵，易進(jìn)行氧化、加成等反應(yīng)，耐老化性能不佳。

第5頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(二)合成橡膠合成橡膠可分為通用合成橡膠與特種合成橡膠兩類(lèi)。通用合成橡膠一般認(rèn)為是丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠；特種合成橡膠是丁基橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、硅橡膠、氯醇橡膠、聚氨酯橡膠、丙烯酸橡膠、聚硫橡膠、氯磺化聚乙烯及醇烯橡膠等。第6頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工丁苯橡膠丁苯橡膠是丁二烯與苯乙烯的共聚物。是目前合成橡膠中產(chǎn)量和消耗量最大的通用合成橡膠，它可通過(guò)乳液聚合或溶液聚合方法制得，即乳聚丁苯橡膠和溶聚丁苯橡膠。由乳液聚合得到的乳聚丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)如下:第7頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工丁腈橡膠丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經(jīng)乳液聚合制得的無(wú)規(guī)共聚物，分子結(jié)構(gòu)可表示如下:

丁腈橡膠由于在分子中引入丙烯腈，所以具有優(yōu)異耐油性，隨著丙烯腈含量的增加，強(qiáng)度、硬度、耐磨耗性、耐熱老化性及耐化學(xué)藥品性均提高，但回彈性及耐寒性等降低。丁腈橡膠主要用于制作油封、墊圈、耐油膠管、輸送帶等。第8頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(三)再生膠再生橡膠是指廢舊硫化橡膠經(jīng)過(guò)粉碎、加熱、機(jī)械處理等物理化學(xué)過(guò)程，使其從彈性狀態(tài)變成具有塑性和粘性的能夠再硫化的橡膠，簡(jiǎn)稱(chēng)再生膠。再生膠生產(chǎn)的主要反應(yīng)過(guò)程是“脫硫“。指從硫化橡膠中把結(jié)合硫磺取出而成為未硫化狀態(tài)，也即是一個(gè)與硫化相反的解聚作用，實(shí)際上并不能使硫化橡膠中結(jié)合的硫磺與橡膠大分子分離，也不能使硫化膠復(fù)原到生膠的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。所以現(xiàn)在認(rèn)為硫化膠塑性的恢復(fù)，需要破壞空間交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其能量的來(lái)源是熱、機(jī)械作用和化學(xué)助劑的塑解作用。第9頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工二、配合劑橡膠制品是由多種物質(zhì)組成的，除了生膠作為它的主要組成部分外，為便于加工，改善產(chǎn)品的使用性能和降低制品成本，還要加入各種不同的輔助化學(xué)原料，.這些原料就稱(chēng)為配合劑。配合劑的種類(lèi)很多，所起的作用及對(duì)橡膠制品性能的影響也不相同。第10頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(一)硫化劑硫化劑是一類(lèi)使橡膠由線型大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀大分子的物質(zhì)，這種轉(zhuǎn)變過(guò)程稱(chēng)為硫化。橡膠用硫化劑有:硫磺、硫磺給予體，有機(jī)過(guò)氧化物，醌類(lèi)，酯類(lèi)化合物等。

1.橡膠工業(yè)用的硫磺有:硫磺粉、不溶性硫橫、膠體硫磺、沉淀硫磺、表面處理硫磺等。

2.硫磺給予體：硫磺給予體是指分子結(jié)構(gòu)中含有硫原子的化合物。

3.非硫類(lèi)硫化劑許多新型合成橡膠的出現(xiàn)，有些品種難以用硫磺和含硫化合物進(jìn)行硫化。非硫類(lèi)硫化劑主要有有機(jī)過(guò)氧化物、金屬氧化物、胺類(lèi)化合物等。第11頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(二)硫化促進(jìn)劑硫化促進(jìn)劑可加速橡膠的硫化過(guò)程，降低硫化溫度?？s短硫化時(shí)間，并能改善硫化膠的物理機(jī)械性能。(三)防老劑在使用或貯存過(guò)程中，由于熱、氧、奧氧、陽(yáng)光等作用而導(dǎo)致分子鏈釋解、支化或進(jìn)一步交聯(lián)等化學(xué)變化，從而使材料原有的性質(zhì)變壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為老化。凡能抑制橡膠老化現(xiàn)象的物質(zhì)叫做防老劑。

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（四)防焦劑橡膠加工過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)混煉、壓延、壓出、硫化等一系列工序，膠料或半成品要經(jīng)受不同溫度和時(shí)間的處理。在硫化以前的各個(gè)加工操作及貯存過(guò)程中，由于機(jī)械作用產(chǎn)生熱量或者是高溫條件，都有可能使膠料在成型之前產(chǎn)生早期硫化，導(dǎo)致塑性降低，從而使其后的操作難以進(jìn)行，這種現(xiàn)象就稱(chēng)作焦燒或早期硫化。防止橡膠早期硫化的添加劑，稱(chēng)為防焦劑。第13頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(五)軟化劑在膠料中加入能降低橡膠分子間作用力，使膠料容易加工并改善膠料某些性能的有機(jī)物質(zhì)稱(chēng)為軟化劑。又因能增加膠料塑性也常稱(chēng)作增塑劑。

(六)補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑填充劑按用途可分為兩類(lèi):即補(bǔ)強(qiáng)填充劑和惰性填充劑補(bǔ)強(qiáng)填充劑簡(jiǎn)稱(chēng)補(bǔ)強(qiáng)劑，它是能夠提高硫化橡膠的強(qiáng)力、撕裂強(qiáng)度、伸強(qiáng)度及耐磨性等物理機(jī)械性能的配合劑。最常用的補(bǔ)強(qiáng)劑是炭黑，其次是白炭黑、碳酸鎂、活性碳酸鈣、活性陶土。第14頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工三、橡膠制品的骨架、增強(qiáng)材料骨架、增強(qiáng)材料主要用以增加橡膠制品的強(qiáng)度，并限制其變形，即降低延伸，提高抗沖擊性等。用于橡膠制品的骨架，作為增強(qiáng)材料主要有纖維與織物、金屬材料等。纖維按來(lái)源可分為天然纖維、化學(xué)纖維、無(wú)機(jī)纖維、金屬材料有鋼絲、鐵絲、鋼絲等。第15頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(二)塑煉工藝橡膠工業(yè)向著取消塑煉的方向發(fā)展，有些合成橡膠如丁苯橡膠及順丁橡膠就不塑煉。但一般使用的天然橡膠及合成橡膠還得進(jìn)行塑煉按塑煉所使用的設(shè)備類(lèi)型，塑煉可分為三種工藝方法：開(kāi)煉機(jī)塑煉密煉機(jī)塑煉螺桿機(jī)塑煉

第16頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工1.開(kāi)煉機(jī)塑煉優(yōu)點(diǎn)是塑煉膠料質(zhì)量好，收縮小，但生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。開(kāi)煉機(jī)塑煉屬于低溫塑煉，與溫度和機(jī)械力有關(guān)的設(shè)備特性和工藝條件都是影響塑煉的因素。第17頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(1)溫度:

當(dāng)溫度提高時(shí)，增加了橡膠的粘性流動(dòng)，機(jī)械力引起的分子鏈斷裂作用減小，塑煉效果降低。各種橡膠用開(kāi)煉機(jī)塑煉時(shí)所要求的輥溫有所不同，大多為35～55℃。

(2)輥距:

輥距越小，生膠通過(guò)輥距時(shí)所受的剪切力及擠壓力越大。因此薄通塑煉是提高塑煉效果的有效方法。通常采用的輥距為0.5～1mm。第18頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(3)速度與速比:

兩個(gè)輥筒的速比愈大則剪切作用愈強(qiáng)，塑煉效果愈好。但另一方面，隨著速比的增加溫度升得也快，電力消耗增大，所以速比通常為1：1.15～1：1.27.(4)時(shí)間:

塑煉初期，即12～15min內(nèi)可塑性顯著提高，隨后則變化很小，這種現(xiàn)象正是膠溫升高而軟化。分子鏈易產(chǎn)生粘性滑動(dòng)和機(jī)械降解效果降低所致。正是由于這種原因，才采用分段塑煉以提高塑煉效果。第19頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工第三節(jié)橡膠的壓延

借助于壓延機(jī)輥簡(jiǎn)的作用把混煉膠壓成一定厚度的膠片，完成膠料貼合，以及與骨架材料(紡織物)通過(guò)貼膠、擦膠制成片狀半成品的工藝過(guò)程叫壓延。壓延過(guò)程一般包括混煉膠的預(yù)熱、供膠、壓延以及壓延半成品的冷卻、卷取、截?cái)?、放置等。也可分為壓延前的?zhǔn)備及壓延兩個(gè)過(guò)程。第20頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工一、壓延前的準(zhǔn)備壓延前的準(zhǔn)備包括膠料熱煉、供膠以及紡織物的預(yù)加工。

(一)膠料的熱煉和供膠

1.膠料熱練在進(jìn)行壓延之前，必須先對(duì)膠料熱煉。因?yàn)榻?jīng)過(guò)冷卻放置的混煉膠，流動(dòng)性差，放到壓延機(jī)上不易順利通過(guò)輥簡(jiǎn)同隙，形成光滑、無(wú)泡、無(wú)瑕疵的膠片或覆蓋層。因此需要預(yù)先提高膠料溫度和熱可塑性，使膠料柔軟而具有一定的流動(dòng)性，同時(shí)還起到補(bǔ)充混煉的作用，然后再進(jìn)行壓延，這樣才能確保壓延產(chǎn)品的規(guī)格和質(zhì)量。第21頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(二)紡織物預(yù)加工在輪胎、膠管制品中，都要使用掛膠的紡織物，如掛膠簾布和掛膠帆布。在掛膠之前，對(duì)紡織物進(jìn)行浸膠預(yù)處理對(duì)提高產(chǎn)品性能有重要作用。簾布的浸膠將簾布浸入一定組成、一定濃度的膠乳中，使其附著一定膠量即為浸膠。浸膠能在簾布與膠料之間建立起一過(guò)度性的中間層，用以增加膠料與簾布間的結(jié)合強(qiáng)度，提高簾布的耐疲勞性和輪胎的使用壽命。第22頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工2.干燥常溫時(shí)，棉纖維含水率7%，人造絲含水率17%左右。這樣高的含水率影響橡膠與纖維的粘著力，因此壓延前要進(jìn)行干燥，須使棉織物含水量控制在1%～2%。一般控制干燥溫度為100～130，時(shí)間約4min。

3.熱伸張錦綸簾布有受熱收縮的特性。若錦綸簾布在浸膠干燥后，在熱的條件下拉伸，并在張力下定型冷卻，這樣就可以大大提高簾布的動(dòng)疲勞性能，降低收縮，減少制品變形，這個(gè)過(guò)程叫熱伸張。第23頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工二、壓延工藝根據(jù)產(chǎn)品的種類(lèi)和外觀的不同，具體的壓延工藝有壓片、壓型、簾布貼膠和帆布擦膠等。

(一)壓片很多橡膠制品制造過(guò)程中所需的半成品，如膠管、膠帶的內(nèi)外層膠和中間層膠、輪胎的緩沖膠片、自行車(chē)胎的胎面等都少不了膠片，它們都是通過(guò)壓片來(lái)制造的。第24頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工壓片工藝是指將混煉好的膠料在壓延機(jī)上制造成具有規(guī)定厚度和寬度的膠片口開(kāi)煉機(jī)也可以壓片，但其厚薄精度低，不能和壓延機(jī)相比，而且在膠片中常存有氣泡。因此，對(duì)要求較高的膠片都采用壓延機(jī)制造，不僅可保證質(zhì)量，面且效率也較高。壓片可以在三輥，也可以在四輥。第25頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工(二)壓型

壓型與壓片所不同的主要是壓型結(jié)束后，膠料為有一定花紋，并有一定斷面形狀的半成品。壓型工藝主要用來(lái)制造膠鞋大底、力車(chē)胎胎面、胎側(cè)等。這些半成品的質(zhì)量要求，主要是花紋清晰，規(guī)格尺寸準(zhǔn)確，無(wú)氣泡。因面對(duì)膠料的可塑性和收縮性要求較高。壓型設(shè)備根據(jù)不同情況，可用二輥、三輥、四輥。膠片壓延經(jīng)過(guò)的最后一個(gè)輥筒都為具有壓型花紋尺寸的輥筒。第26頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工第四節(jié)橡膠的壓出

壓出也稱(chēng)擠出，是一種造型(也稱(chēng)壓型)工藝。它是指利用壓出機(jī)，使膠料被加熱塑化，在螺桿或柱塞推動(dòng)下連續(xù)不斷地向前運(yùn)動(dòng)，然后借助安裝于出口處的口型壓出各種所需斷面的半成品，以達(dá)到初步造型的目的。它具有連續(xù)、高效的特點(diǎn)。廣泛用來(lái)制造胎面、內(nèi)胎、膠管、電線電纜等。橡膠的壓出與塑料的擠出，在設(shè)備及加工原理方面都很相似。橡膠的壓出除了造型以外還可適用于上、下工序的聯(lián)動(dòng)化，例如在熱煉與壓延成型之間加裝一臺(tái)壓出機(jī)。第27頁(yè)，共29頁(yè)，2023年，2月20日，星期五*第十章橡膠制品的成型加工第七節(jié)硫化硫化是橡膠加工最后也是最重要的一個(gè)工藝過(guò)程。在加熱和加壓條件下，膠料中的生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使橡膠由線型結(jié)構(gòu)的大分子