丁苯橡胶课程设计带工艺流程图物料热量恒算

一、丁苯橡胶的概述丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯经共聚合得到的弹性体。

英文缩写SBR。

其中丁二烯可以顺式－1，4结构，反式－l，4结构和1，2结构存在于分子链中。

其结构式为：～CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2～|C6H 5按聚合方法分为乳液丁苯和溶液丁苯胶，填充改性后又分为充油、充炭黑、充树脂丁苯胶等。

丁苯胶中苯乙烯含量增加，密度与硬度增大，介电性改善，但耐油性、弹性、塑性和耐寒性降低。

耐磨性、耐老化性、耐水性和气密性优于天然橡胶，粘合性、弹性和形变发热量低于天然橡胶[1]。

丁苯橡胶综合性能优良，是合成橡胶的第一大品种，产量占合成橡胶的60%。

1.1 丁苯橡胶的用途丁苯橡胶在工业及民用产品（如工业传输带、汽车轮胎、儿童玩具等）生产中具有广泛用途。

丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好，价格低，在多数场合可代替天然橡胶使用。

苯橡胶主要用于轮胎工业，也用于胶管、胶带、胶鞋以及其它一些工业制品。

高苯乙烯丁苯橡胶适于制造高硬度、相对密度小的制品，如鞋底、硬质泡沫鞋底、硬质胶管、软质棒球、打字机用滚筒、滑冰轮、铺地材料、工业制品和微孔海绵制品等[2]。

由于丁苯橡胶本身具有较强的亲油疏水性，且具有直链与苯环的结构，也常用丁苯橡胶滤柱处理含油废水。

用丁苯橡胶改性沥青可明显改善沥青的高低温性能、弹性性能、内聚附着性能及混合料的稳定性能、抗老化性能。

在粘合剂工业和塑料改性也得到广泛的发展和应用。

1.2 丁苯橡胶的结构丁苯橡胶宏观结构包括：单体比例、平均相对分子质量及分布、分子结构的线性或非线性，凝胶含量等；微观结构主要包括：丁二烯链段中顺式-1，4、反式-1，4和1，2-结构（乙烯基）的比例，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。

其中乙烯基含量对性能影响较大，含量越低，丁苯橡胶的玻璃化温度越低。

非充油乳液聚合丁苯橡胶的数均相对分子质量约为100000。

低于该值的丁苯橡胶在贮存时易发生冷流现象；高于该值的加工困难。

对于充油丁苯橡胶的相对分子质量可相对高一些。

乳液聚合丁苯橡胶的相对分子质量分布比溶液聚合丁苯橡胶宽。

前者的相对分子质量分散系数为4～6，而溶液聚合丁苯橡胶的相对分子质量分散系数为1.5～2.0。

乳液聚合丁苯橡胶支化度较高，对加工有利。

从凝胶的含量看，低温乳液聚合丁苯橡胶的凝胶含量比高温乳液聚合的丁苯橡胶的凝胶含量低。

乳液聚合丁苯橡胶具有共聚物的共性——单体单元无规排列，不能结晶。

并且橡胶主链上的丁二烯结构大部分是反式-1，4结构，加之又有苯环，因而体积效应大，分子链柔性低，从而影响硫化胶的物理机械性能。

如弹性低、生热高等[3]。

1.3 丁苯橡胶的性能丁苯橡胶与其他通用橡胶一样，是一种不饱和烯烃高聚物。

溶解度参数约为8.4，能溶解于大部分溶解度参数相近的烃类溶剂中，而硫化胶仅能溶胀。

丁苯橡胶能进行氧化、臭氧破坏、卤化和氢卤化等反应。

在光、热、氧和臭氧结合作用下发生物理化学变化，但其被氧化的作用比天然的作用比天然橡胶缓慢，即使在较高温下老化反应的速度也比较慢。

光对丁苯橡胶的老化作用不明显，但丁苯橡胶对臭氧的作用比天然橡胶敏感，耐臭氧性比天然橡胶差。

丁苯橡胶的低温性能稍差，脆性温度约为－45℃。

与其他通用橡胶相似，影响丁苯橡胶电性能的主要因素是配合剂[4]。

丁苯橡胶与一般通用橡胶相比，具有以下优缺点：缺点纯丁苯橡胶强度低，需要加入高活性补强剂后方可使用；丁苯橡胶加配合剂比天然橡胶难度大，配合剂在丁苯橡胶中分散性差；反式结构多，铡基上带有苯环。

因而滞后损失大，生热高，弹性低，耐寒性也稍差，但充油后可以降低生热；收缩大，生胶强度低，粘性差；硫化速度慢；耐屈挠龟裂性天然橡胶好，但裂纹扩展速度快，热撕裂性能差。

优点硫化曲线平坦，胶料不易烧焦和过硫；耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好，高温耐磨性好，适用于乘用胎；在加工过程中相对分子质量降低到一定程度不再降低，因而不易过炼，可塑度均匀，硫化橡胶硬度变化小；提高相对分子质量可以实现高填充，充油橡胶的加工性能好；容易与其他高不饱和通用橡胶并用，尤其是与天然橡胶或顺丁橡胶并用，经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。

1.4 乳聚丁苯橡胶的系列分类和品种根据国际合成橡胶生产者协会（IISRP）使用的术语，用数字表示乳聚丁本橡胶分为六大类。

1000系列——高温乳聚丁苯橡胶在约59℃聚合温度下制造的丁苯橡胶。

1100系列——高温乳聚丁苯橡胶炭黑母炼胶把炭黑直接分散到高温乳聚丁苯胶乳中，并使之凝聚而制得。

1500系列——低温乳聚丁苯橡胶在约5℃聚合的丁苯橡胶。

目前生产的大部分丁苯橡胶属于此类。

依据所用化学药品的不同，分污染型和非污染型。

1600系列——低温乳聚丁苯橡胶炭黑母炼胶把炭黑直接分散到低温丁苯胶乳中，并使其共凝聚而制得。

这种湿法共沉橡胶比在密炼机中掺合的干母炼胶具有更好的拉伸强度、扯断伸长率、抗屈挠性能、耐磨性能和配合剂分散性。

可合14份以下的填充油。

1700系列——低温乳聚充油丁苯橡胶把乳状非挥发填充油与聚合度较高、物性比一般丁苯橡胶好的丁苯胶乳掺合，使其凝聚，便得到充油橡胶。

填充油可以是环烷油、芳烃油或高芳烃油。

充油量可以是15、25、37.550份（以100份基础橡胶计算）。

ASTM D2226－70说明了石油填充油的分类。

1800系列——低温乳聚充油丁苯橡胶炭黑母炼胶它是一种充油量在15份或15份以上的炭黑共沉橡胶（而1600列系的充油量是14份或14份以下）。

即将浆状炭黑分散到低温丁苯胶乳中共凝聚而制得。

1.5 丁苯橡胶的原料和助剂丁苯橡胶由苯乙烯和丁二烯共聚合成，苯乙烯和丁二烯的物理性质如下：表1—4 苯乙烯和丁二烯的物理性质物质分子式熔点(℃)沸点(℃)密度g/cm3颜色、气味、状态（常温）其它苯乙烯C6H5-CH=CH2-33 1460.9090(20/4℃)无色有芳香气味液体不溶于水，溶于乙醇和乙醚，能与其他单体聚合，有强折射性丁二烯CH2=CH-CH=CH2-108.9 -4.450.6211(20℃)无色，有特殊气味，气体性活泼，易起聚合反应，有麻醉性，特别刺激黏膜。

表1—5 助剂助剂名称活性剂乳化剂防老剂硫化剂补强剂氧化剂还原剂促进剂分子量调节剂物质氧化锌歧化松香酸甲皂Ｎ－苯基－β－萘胺硫磺炭黑过氧化氢对锰烷硫酸亚铁噻唑类、叔十二碳硫醇二、原料和助剂的物理化学性质2.1 丁二烯1，3-丁二烯是最简单的共轭双烯烃，结构式为：CH2＝CH－CH＝CH2，主要由丁烷、丁烯脱氢，或碳四馏分分离而得。

在常温、常压下为无色气体，有特殊气味，有麻醉性，特别刺激粘膜。

容易液化，易溶于有机溶剂。

相对分子质量为54.09，相对密度0.6211，熔点－108.9℃，沸点－4.5℃。

性质活泼，容易发生自聚反应，因此在贮存、运输过程中要加入叔丁邻苯二酚阻聚剂[5]。

与空气混合形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.16%～11.47%（体积）。

是合成橡胶、合成树脂等的原料。

2.2 苯乙烯液态碳氢化合物的芳香族有机化合物，因易发生聚合反应而倍受瞩目，苯乙烯则是用来制造塑料、树脂、橡胶等由单分子体构成的大分子物质的，同时也可用于制造聚脂和乳胶漆。

纯净的苯乙烯透明、无色、易燃、略带毒性，沸点为145，冰点为-30.6。

它的方程式是C8H8，早在1850年人们就已知道苯乙烯不与天然树脂发生反应但要发生聚合作用。

但直到19世纪30年代，它才被应用于工业生产，苯乙烯是通过对苯乙烷进行除氢作用而生成的（苯乙烷是汽油中提取的乙烯和苯的化合物）。

二战期间，由于苯乙烯是合成橡胶的组成部分，它的产量迅速上升。

到20世纪下期，它的生产量已达到9百万吨。

在不受辐射的催化剂的作用下，苯乙烯迅速生成一种广泛用于模压制品的塑料，聚苯乙烯，它还可以与丁二烯发生化学反应形成一种异分子聚合物，即合成橡胶，还有一些单分子体（如氯乙烯）可与苯乙烯发生共聚反应，生成化聚苯乙烯质量更好的塑料或树脂。

2.3 氧化锌白色六角晶体或粉末，熔点1975℃（5.2Mpa）.加热至1800℃升华，在高温时呈黄色，冷却后恢复白色，相对密度5.47～5.67。

折射率2.0041，溶于碱金属氢氧化物、酸、硫酸铵和氯化铵溶液，不溶于水和乙醇。

在空气中能吸收二氧化碳和水，无臭无毒。

2.4 歧化松香酸甲皂微黄至黄红色带有蓝紫色萤光的透明玻璃状固体。

软化点≥75℃，沸点290℃（933.3Pa）。

相对密度1.067（20℃）。

折射率1.5400（28℃）。

闪点约210℃，着火点480～500℃。

易溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、二氯乙烷、二硫化碳、松节油、石油醚、汽油等有机溶剂，并溶于油类和碱溶液，微溶于热水，不溶于水。

2.5 N-苯基-β萘胺浅灰色或浅棕色粉末，暴露于空气中或日光下颜色逐渐变深。

熔点107℃，沸点395℃，相对密度1.18～1.20。

极易溶于丙酮、苯、醋酸乙酯、氯甲烷、二硫化碳，可溶于乙醇、四氯化碳，微溶于汽油，不溶于水。

可燃，有毒。

2.6 硫磺(S)黄色或浅黄色无定形或结晶性粉末或块状固体。

α-硫（斜方硫）的熔点112.8℃，相对密度2.07（20℃），折射率1.957；β-硫（单斜硫）的熔点119.25℃，相对密度1.96（20℃），折射率2.038；γ-硫（无定形硫）的熔点约120℃，相对密度1.92，沸点为444.6℃，着火点363℃，易溶于二硫化碳、四氯化碳和苯，稍溶于乙醇和乙醚，不溶于水。

无定形硫主要是弹性硫，是将熔融硫迅速注入冷水中而得，不稳定，很快转变为α-硫。

在95.6℃以下稳定的是α-硫，在95.6℃以上稳定的是β-硫。

2.7 碳黑黑色粉末，平均粒径26～35nm。

比表面积75～105m2/g，吸油值0.9～1.2ml/g，挥发分0.5%～1.7%，氢含量0.27%～0.34%，氧含量0.5%～1.0%，PH 值7～9，真密度1800kg/m3。

2.8 硫酸亚铁FeSO4·7H2O）：俗称绿矾。

蓝绿色单斜晶体。

比重1.899（14.8℃），熔点64℃，在90℃失去6分子结晶水，在300℃失去全部结晶水。

在空气中渐渐风化，并氧化成黄褐色。

无水物是白色粉末，比重3.4，与水作用又重新变为蓝绿色。

溶于水和甘油，几乎不溶于乙醇，有还原作用。

2.9 噻唑类浅黄色粉末，熔点300℃（分解）。

相对密度1.70（25℃），溶于丙酮，微溶于苯、二氯甲烷、四氯化碳、乙醇，不溶于水和汽油。

遇强酸或强碱溶液即分解。

2.10 叔十二碳硫醇无色至浅黄色粘性液体，凝固点-7℃，沸点227～248℃（0.1Mpa）65～166℃（5.2Kpa）。

相对密度0.8450（20℃）。

折射率1.4589。

闪点90℃，溶于甲醇、乙醚、丙酮、苯、汽油和乙酸乙酯，不溶于水。