聚异戊二烯橡胶的加工和配合工艺

聚异戊二烯橡胶的加工和配合工艺高112班于忠华 119034064摘要：聚异戊二烯橡胶具有有天然橡胶相媲美的优异性能。

本文介绍聚异戊二烯橡胶的加工工艺和配合工艺，并对聚异戊二烯橡胶的发展前景作出概括和展望。

关键词：聚异戊二烯橡胶配合加工橡胶工艺学第一章绪论1.1 聚异戊二烯橡胶的结构与种类聚异戊二烯橡胶是由异戊二烯单体在催化剂作用下,通过本体聚合或者溶液聚合制得的一种重要合成橡胶。

根据聚异戊二烯橡胶中异戊二烯单元结构的不同,可分为高顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶、反式-1,4-聚异戊二烯橡胶、顺式-3,4-聚异戊二烯橡胶和1,2-聚异戊二烯橡胶四种异构体，但实现工业化的仅前2种。

在顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶中,按其顺式-1,4-结构含量又可细分为高顺式聚异戊二烯橡胶和中顺式聚异戊二烯橡胶;按引发体系可以分为锂系聚异戊二烯橡胶、钛系聚异戊二烯橡胶和稀土系聚异戊二烯橡胶等。

聚异戊二烯橡胶(主要指高顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶,简称异戊橡胶,IR）的微观分子结构接近于天然橡胶(NR),是一种通用型合成橡胶，其微观结构和力学性能与天然橡胶相近，故有“合成天然橡胶”之称。

1.2聚异戊二烯橡胶的性能与应用聚异戊二烯橡胶具有与NR相似的化学组成、立体结构和力学性能,具有良好的原胶强度性能、粘性、耐老化性能和回弹性能,是替代NR制造轮胎的重要原料,还可以用于生产输送带、胶管、胶带、海绵、胶粘剂、电线电缆、胶鞋、运动器械、机械制品以及医用材料等。

它可以单独使用,也可以与NR或其他合成橡胶并用。

第二章聚异戊二烯橡胶的配合工艺2.1聚异戊二烯橡胶的配合体系硫化体系：NR一般用硫黄硫化体系，促进剂用噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类等，活化剂有氧化锌、硬脂酸。

补强填充体系：最常用的是炭黑，其次是白炭黑及非补强性填充剂碳酸钙、滑石粉等。

防护体系：对苯二胺类最好，如4010、4010NA等。

增塑体系：以松焦油、三线油最为常用。

其次是松香、古马隆及石蜡。

lR与NR的主链分子结构是一样的，因而在配方设计上没有本质区别。

但需要注意NR中含有的非橡胶成分有加速硫化的作用，及IR与NR在分子微观结构和相对分子质量分布等方面的差异对其加工性能和硫化胶物理性能的影响。

2.1.1硫化体系IR的硫化体系主要是硫黄硫化体系，其耐热硫化体系也和NR一样，可采用无硫硫化体系或有效硫化体系。

然而，在采用硫黄硫化体系时，IR的硫黄用量要相应比NR的硫黄用量少10％～15％，一般不高于2.5份，用量过多会使硫化胶的拉伸强度迅速减小。

IR与NR硫化体系的主要差别在于对促进剂的品种及用量的要求不同。

由于NR含有的脂肪酸和蛋白质等物质在硫化中起活化作用，而IR则缺少这些物质，因此IR的硫化速度比NR慢。

要获得与NR相同的硫化速度，IR的促进剂用量必须相应地增加10％～2O％。

实验结果表明，不同牌号IR的硫化速度也略有差异，但均比NR慢。

要获得平坦的硫化曲线，IR必须采用2种上的促进剂并用，且胺类促进剂比较有效若选用次磺酰胺类为主促进剂，则秋兰姆类作第二促进剂较好；若单独使用噻唑类促进剂，则硫化速度慢，应选用胍类作第二促进剂；若选用噻吩类秋兰姆类促进剂体系。

IR的硫化速度、硫化胶物理性能均不够理想；厚制品的硫化时间长，其配合与NR相同。

一般，IR硫化胶的300％定伸应力比NR小，如要得到与NR一样的定伸应力，促进剂用量要增加20％。

若IR与其它橡胶并用，当IR的并用比例较大时，最适宜采用促进剂CZ，NOBS，TMTM，TMTD，TETD，ZMBT，ZDC，ZDMC，M和DM等，且要注意硫化剂和促进剂的分散，为此应选用穰体或熔点低、分散性好的促进剂或硫化剂。

硫化剂和促进剂最好用NR或SBR制成母炼胶来使用；当NR与IR并用时，尤其需高温短时间硫化时，要增加促进剂用量。

使用最广泛的硫化活性剂是氧化锌和硬脂酸并用体系。

在透明制品配方中最好使用活性氧化锌和硬脂酸锌的并用体系。

虽然硬脂酸锌盐分散性好，但从透明性来看，使用月桂酸更好。

在纯胶配方中，胶料硫化速度快时，会引起喷霜，但使用高活性促进剂可缓解这种现象。

一般，在IR配方中氧化锌的用量为5份，硬脂酸的用量为2～3份。

要想进一步将IR的硫化速度调整到NR的水平。

可添加三乙醇胺(TEA）、二甘醇(DEG)、聚乙二醇(PEG)、促进剂H等活性剂和促进TMTD，TS，D，DT 等助促进剂。

在白色配方中采用上述方法同样是有效的，唯有纯胶配方的硫化速度最慢。

当NR中并用的IR比例低于5O％时，几乎就没有必要要调整硫化体系。

2.1.2补强填充体系NR的填充剂一般均适用于IR。

各种炭黑对IR性能的影响与对NR的影响大体相同。

采用相同的炭黑配方时，IR硫化胶的拉伸强度、定伸应力和硬度均比NR小。

炉黑能加快硫化速度，但易焦烧，使用炉黑时最好使用次磺酰胺类迟效性促进剂。

热裂法炭黑与高耐磨炭黑不同，硫化的活化作用较低。

一般炭黑填充量为30-50份。

用白色补强填充剂时，IR的定伸应力明显地低于NR，这可认为是由于IR与NR对白色填充剂亲合性不同的缘故。

白炭黑补强IR的硬度增大，还会产生粘辊现象。

硅酸钙和硅酸铝在IR中经常使用，即使硅酸钙的用量较大，胶料粘度也不会大幅度提高。

软质陶土和碳酸钙填充的IR与相同配合的NR比较，硫化胶物理性能较低。

白炭黑和精石粉并用时，IR的工艺性能也比较好。

两种填充剂并用时必须考虑到填充剂的pH值对胶料硫化速度的影响。

由于IR无色且透明，故多被应用于透明配方。

在透明配方中，NR使用碳酸镁作填充剂，而IR采用碳酸镁与水合硅酸盐类物质并用，可获得透明性比NR制品更好的橡胶制品。

2.1.3防护体系IR是双烯烃化合物，而NR则含有部分非橡胶烃物质，这些物质具有一定的防老化作用，因此，IR的耐老化性能比NR差。

一般，通用防老剂、防臭氧剂都适用于IR，其中以仲胺类防老剂最为有效，在浅色橡胶制品中多使用酚类防老剂。

在实际使用时应根据产品性能要求选用适宜的防老剂品种和用量。

2.1.4其它配合剂IR与NR使用同样的软化剂。

而IR的混炼性能好，若与NR使用同量的软化剂，其表观粘度大幅度下降，特别是过炼时成型性能差。

还可能产生冷流，因此其软化剂用量宜少些为好。

适用于NR的增粘剂也同样适用于IR。

但由于IR 过炼后会产生粘辊现象．因此其用量也必须严格控制。

IR在混炼时生热小，不易焦烧，一般不需要加防焦剂。

第三章聚异戊二烯橡胶的加工工艺3.1聚异戊二烯橡胶的加工工艺特点3.1.1 塑炼由于IR的相对分子质量比NR小，门尼粘度也低。

因而IR的塑炼不需要专用设备，采用普通开炼机或密炼机即可。

低顺式IR的机械塑炼效果不好，故一般使用塑解剂塑炼，且塑炼时必须使塑解剂充分塑化，否则聚合物会由于缺乏粘性而成为碎块，使填充剂的分散性变坏，胶料不能成片，加工性能变差，混炼胶质量下降。

在薄通时，低顺式IR不能顺利地通过辊筒，往往是薄薄地包在前后两个辊筒上，此时通过调整前后辊筒的温差(将后辊温度提高5-10℃)，就可使塑炼胶包在前辊上。

低顺式IR在辊筒上形成连续的且表面有光泽的胶片所需的时间要比高顺式IR长3～5min。

用开炼机塑炼高顺式IR与NR基本相同，但薄通所需时间及所消耗的功率有所不同。

由于高顺式IR的塑性本来就接近已塑炼过的NR，因此在密炼机中塑炼时，在一段混炼中，当整包胶投入密炼机30～60s 后，即可进行加料混炼。

3.1.2 混炼IR的混炼方法与NR非常相近，而高顺式IR与低顺式IR混炼效果不同。

若采用开炼机进行混炼，高顺式IR可以沿用NR的混炼方法，辊温为50～70℃。

加工性能最好。

为使硫黄分散均匀，一般在混炼初期，即趁橡胶尚未充分变软时加入硫黄。

此外IR的配合剂比NR的配合剂易混入，因此混炼时间可稍有缩短。

而过炼时，随着胶料的粘性提高，其挺性下降，故容易牯辊，特别是在大量填充白色填料时，就更为明显。

为此要在缩短混炼时间的同时提高辊温。

低顺式IR 为主体的胶料在混炼时,要使配合剂分散均匀,后辊温度至少要比前辊温度高5～15℃。

非炭黑及纯胶配方的混炼温差要更大一些。

IR在开炼机上进行混炼时要注意如下几点:(1)塑炼及混炼均不要过度。

(2)低顺式IR混炼时,其后辊温度应高于前辊温度。

(3)当填充剂在堆积胶上滞流时,不得割刀,以避免胶料脱辊。

(4)为获得良好的透明性,应设法在混炼初期加硫黄,并尽可能使用分散性良好的促进剂,即采用低熔点促进剂或使用以锌盐为主的促进剂。

必要时可制成促进剂母炼胶,以提高分散效果。

若采用密炼机进行混炼,可将整包IR投入密炼机中。

与NR相比,高顺式IR的密炼负荷小,转矩达到稳定状态的时间短。

低顺式IR(Cariflex IR)密炼时,每批装料量比NR大5%～15%,以更有效地发挥压砣压力的作用,保证混炼胶的质量,减少动力消耗。

3.1.3压延和挤出IR胶料的热炼与NR一样,辊温约为50～60℃,以比压延机的中辊温度低10℃为宜。

由于IR包辊快,因而其热炼时间应短一些。

IR压延温度一般是:上辊90～100℃;中辊80～90℃;下辊60～70℃。

IR的挤出工艺条件和NR基本相同,挤出速度大体相同,焦烧性能相当,但IR的口型膨胀较小。

IR在压延时容易成片且收缩小,在擦胶时容易渗入纤维或钢丝帘线中,这有利于胶料与纤维或钢丝的粘合。

因IR的生胶强度较小,当返胶率大时,可能会产生挺性下降的现象,所以必须注意胶条的供给情况。

若IR用于胎体帘布胶料时,帘布筒容易变形,胎圈包布易脱开,给轮胎成型带来困难。

为了使IR胶料挤出物表面光滑,其最适宜的挤出温度应比NR低10～20℃,或使其胶料门尼粘度比NR稍高一些。

机筒温度也应低于NR。

但应注意,当温度过低时,会造成胶料粘度上升,从而导致挤出物表面粗糙。

挤出时,螺杆转速可以比NR更大。

3.1.4硫化IR的基本性能与NR相近,在配方相同的条件下,可采用与NR相同的硫化条件和方法。

3.2聚异戊二烯橡胶的加工工艺实例天然橡胶加工工艺的具体步骤如下：1、将大块的胶料依次投入两台破碎机，同时进行喷水洗涤，通过机体内动刀和定刀的组合将胶块破碎，在剪切(揉搓过程中将杂质(灰分物质随流动的水滤出，大块胶料得到初步破碎2、从破碎机里出来的胶料进入挤压机，进一步搓揉和剪切，同时进行喷水洗涤，使胶料更进一步破碎、混合，更进一步除去胶料内的杂质、灰分，提高胶料的一致性，胶料获得了更好的软硬度，更利于压绉成片，为造粒提供了有利条件3、第一次挤压后的胶料进入第二台挤压机进行第二次挤压4、经过二次挤压的胶料先经过绉片机,次绉片，然后放入造粒机进行一次造粒，将胶料进一步打碎，进一步除去杂质、灰分，使产品的纯度、一致性得到提高，使胶粒直径减小5、经过第一次造粒的胶料再次经过绉片机,次绉片，然后经过造粒机第二次造粒6、将二次造粒后的胶料放入烘干炉烘干7、称量打包该橡胶加工工艺在原有工艺基础上增加了挤压工序，将破碎机出来的胶料进行更充分地剪切、揉搓，使胶料更进一步破碎、混合，克服了目前采用破碎后直接绉片造粒工艺导致的胶料揉搓不足、混合不均、撕裂效果差，胶料不能更好的达到软硬度，绉片过程中不成片、碎胶多、混合不均匀，杂质（DIRT）、灰分（ASH）去除率低，产品质量、一致性得不到保证等缺陷。