橡胶硫化

橡胶硫化

摘要：“硫化”一词对初学者来说比较陌生；这次主要对其概念的解释以及硫化条件、过程等进行介绍，通过此次介绍主要是为了帮助初学者的硫化的认识，让更多的人去很快的认识它、熟悉它，为硫化的进一步发展奠定基础。

硫化是橡胶制品制造工艺的最后一个流程，也是最重要一个流程，它赋予橡胶各种宝贵的的物理机械性能，简单来说就是把一些胶料以及各种加强剂融合在一起，使得性能互补以及加强，以达到它橡胶在各个领域的使用性能。

1、硫化概念

“硫化”一词主要来源于最初天然橡胶制品用硫磺作交联剂进行交联而得名。简单来说，硫化就好比“架桥”把两岸连接起来，即把一些线型高分子通过交联(架桥)作用形成网状高分子的工艺工程。再简单而言其实就是交联，把一些个体整合成整体的过程，其反应过程较复杂。但是可以从蒸馒头这个事例中对其有个大致的了解，其主要是利用淀粉和水混合后利用其附着性使淀粉颗粒抱团，从而形成面团；利用酵母菌的无氧呼吸以及有氧呼吸产生二氧化硫在面团中“乱跑”，导致馒头形成疏松多孔的结构，因此面团变胖了并且不容易变散，达到了交联的作用。橡胶硫化主要是产生化学键把其成分交联在一起。形成大分子网状结构，使其性能大大提高。

2、硫化条件

正如蒸馒头需要利用酵母菌的有氧呼吸及无氧呼吸似的，橡胶的硫化也需要借助一些条件使分子之间发生交联。其主要影响因素包括以下三个：硫化压力、温度、时间，通常被称为“硫化三要素”。硫化条件对其硫化工艺至关重要，而且不同制品的硫化其硫化条件也不尽相同。

2.1硫化压力

硫化压力是指在硫化过程中橡胶制品所承受的单位压力。所施加的压力通常情况下分常压和高压；施加压力的主要作用是排除橡胶制品在硫化过程中内部产生的气体，防止制品内部出现气泡，提高胶料的致密性；还能加速胶料的流动和充满模腔，达到提高制品的物理机

械性能的目的。因此对于一些薄壁制品施加常压就可以达到其目的，而对于一些后制品则需施加高压才能达到其目的。

2.2硫化温度

硫化属于一种化学反应，是使得内部分子结构发生改变，因此它同其他一般化学反应一样都依赖温度，随着温度的升高，硫化反应的速率也不断升高，从而直接影响生产效率；但是并不能无限制的提高硫化温度，一般硫化温度越高，胶料的物理机械性能越低，过高的温度会引起香蕉分子链的破解和发生硫化返原现象，使性能下降并且工艺控制困难。此外橡胶是热的不良导体，特别是对于厚橡胶制品，采用高温硫化很难使内外层胶料同时达到正硫化，并且各种橡胶的耐高温能力也不相同，因此选择适当的硫化温度，才能保障产品质量和提高硫化效率。

2.3硫化时间

在一定的硫化温度和压力的作用下，只有经过一定的硫化时间才能达到符合设计要求的硫化程度。通常硫化时间要根据胶料达到正硫化的时间范围以及制品的厚度和不层骨架等进行调整。

3、硫化过程

硫化过程根据硫化程度大致分为四个基本阶段；

3.1焦烧阶段

焦烧阶段即硫化诱导期，在图3-1中ab段，胶料具有很好的流动性。焦烧阶段是热硫化开始前的延迟作用时间，相当于硫化反应中的诱导期，称为焦烧时间。这段时间的长短与生胶本身的性质、胶料配方有关。ab曲线呈U形，焦烧阶段橡胶基本没有发生交联，胶料呈黏流状态。

3.2热硫化阶段

热硫化阶段是图3-1中bc段，它是从热硫化交联至一定轻微程度点开始，此段曲线呈现直线上升的趋势，逐渐产生立体网络结构，橡胶的弹性和拉伸强度快速上升。胶料已失去流动性，呈固体状态，产品可以整体取出，但性能不高。这段时间的长短取决于胶料配方。热硫化阶段通常作为硫化反应速率快慢的标志。

3.3平坦硫化阶段

图3-1中cd段相当于硫化反应中网络结构形成期，这时交联反应已趋于完成，并开始交联键的重排和裂解反应。在这个阶段内，这两种反应和交联反应处于平衡状态，所以在流化曲线中呈现一段较为平坦的曲线区间。该平坦期的长短取决于配方中的促进剂和防老剂。在硫化期间最佳性能，所以一般橡胶硫化反应在该区间重一点结束。

3.4过硫化阶段

图3-1中d以后的部分相当于硫化反应中网格结构形成后期，存在着交联的重排，但主要是交联键及链段的热裂解反应，因此胶料的强力性能显著下降。

图3-1 硫化历程图

在硫化历程图中，从胶料开始加热起止出现平坦期止所经过的时间成为产品的硫化时间，也就是通常所说的“正硫化时间”，他等于焦烧时间和热硫化时间之和。但由于焦烧时间有一部分被操作过程所消耗，所以胶料模型中加热的时间应为B1，即模型硫化时间，他等于剩余焦烧时间A2加上热硫化时间。然而每批胶料的剩余焦烧时间都有所差别，其变动范围在A1和A2之间。

4、硫化方法

硫化方法很多，可以按照使用设备类型、加热介质种类和硫化工艺等进行分类。常见的硫化方法分类如下图4-1所示。

室温硫化室温硫化胶浆与腻子

水硫化——胶管

裸硫化——胶布、纯胶管

直接蒸气硫化包布硫化——胶管、胶辊、胶圈

包铅硫化——胶管

硫化罐硫化模型硫化——大规格模型制品

间接硫化胶鞋

混气硫化胶鞋

硫化方法立式硫化罐硫化轮胎外胎

个体（定性）硫化机硫化轮胎内、外胎

常压热水硫化胶乳浸渍制品、衬里

有框硫化胶板

热硫化无框硫化运输带、传送带

平板硫化机硫化模压硫化模型制品

模型硫化

移模硫化模型制品

注射硫化机硫化模型制品

辐射硫化压出制品

蒸汽管道硫化压出制品

热空气室硫化

红外线硫化胶布、胶鞋

连续硫化沸腾床硫化压出制品、胶布

液体介质硫化压出制品

鼓式硫化机硫化胶板、胶布、胶带

微波（高超频）硫化压出制品

图4-1 硫化方法分类

按硫化条件可分为冷硫化、室温硫化和热硫化三类。冷硫化可用于薄膜制品的硫化，制品在含有2%~5%氯化硫的二硫化碳溶液中浸渍，然后洗净、干燥即可。室温硫化时，硫化过程在室温和常压下进行，如使用室温硫化胶浆(混炼胶溶液)进行自行车内胎接头、修补等。热硫化是橡胶制品硫化的主要方法。根据硫化介质及硫化方式的不同，热硫化又可分为直接硫化、间接硫化和混气硫化三种方法。①直接硫化，将制品直接置入热水或蒸汽介质中硫化。②间接硫化，制品置于热空气中硫化，此法一般用于某些外观要求严格的制品，如胶鞋等。

③混气硫化，先采用空气硫化，而后再改用直接蒸汽硫化。此法既可