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容：

（1）橡膠的概念與特征（2）橡膠工藝學的主要內容（3）橡膠的發展歷史及趨勢（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）粘彈性抗冰滑性抗濕滑性滾動阻力生熱性損耗因子（losstangent）輪胎的高速行駛性能，生熱輪胎抗濕滑和抗冰滑能力汽車耗油能力減震制品的減震能力，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交聯成網狀結構的橡膠硫化膠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、橡膠工藝學主要內容compoundformula/recipeformulation

是指根據制品的性能要求，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，形成交聯鍵，提高制品的性能和穩定制品的形狀；

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）質量份配方（又稱基本配方）

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

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

Vi%=(Vi/∑Vi)×100%（4）生產配方(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）橡膠測試測試內容原材料的質量檢驗：元素組成、粒徑、灰分、揮發份、含水率、表面積、結構度、pH值、金屬離子含量等加工過程中質量控制：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，不易出現焦燒(scorch)現象。（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，如焦燒時間(scorchtime)、正硫化時間(optimumcuretime)長短、硫化速度快慢、交聯程度、返原(reversion)現象及程度等。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，是指試樣受到沖擊后迅速由變形狀態恢復原狀的能力，用%表示。可間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，次數多，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。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境中老化一定時間后表面產生裂口情況。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）其他性能耐介質性(solventresistance)：如耐酸、堿、腐蝕介質、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。抗濕滑性(wetskidresistance)：橡膠制品在水或濕的路面上抓著力大小，抓著力大，抗濕滑性好，不易打滑。滾動阻力(rollresistance)：輪胎等動態下使用的制品需要考察的指標，反映生熱及耗油情況。三、橡膠發展歷史及趨勢公元11世紀已經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發明雙輥機，橡膠加工業的開始。1839年，Googyear發明硫化，橡膠工業獲得突破性進展。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，天然橡膠的產量激增。東南亞成為世界天然橡膠的主要生產基地。1879年，布卻特在實驗室用異戊二烯合成出類橡膠彈性體，開創了合成橡膠的新紀元。20世紀30年代合成橡膠獲得快速發展。1888年，Dnulop發明充氣輪胎，使橡膠的應用得到起飛。1900年前后，發現天然橡膠的結構單元為異戊二烯。