橡胶加工工艺.

橡胶的主要性能指标

可塑度


门尼粘度
门尼烧焦 抗张强度、定伸强度、扯断伸长率和扯断永久变形 磨耗 弹性

耐低温性能
橡胶的配方设计
橡胶配方设计的意义 橡胶配方设计的原则 橡胶配方的组成及表示方法
橡胶配方设计的程序
橡胶配方设计方法
特种橡胶的设计原则
return
橡胶的成型加工过程
1
2
塑炼 混炼 压延
3
4
压出
硫化
5
塑 炼
塑炼就是在橡胶的加工过程中，首先通过机械、热、 氧和加入化学试剂等方式，使生胶由强韧的弹性状态转
变为柔软、便于加工的塑性状态。
塑炼的目的
使生胶获得一定的可塑性，使之适合于 混炼、压延、挤出和成型等工艺操作。
使生胶的可塑性均匀化，以便制得质量 均匀的胶料。
橡胶的弹性变形和塑性变形
橡胶的用途－生活用和运动用
橡胶的用途－医疗用
橡胶的用途－交通用
橡胶的其它用途
橡胶的分类
天然橡胶 合成橡胶
材 料 来 源
橡 胶
性 能 和 用 途
通用橡胶 特种橡胶
液体橡胶 热塑性橡胶
天然橡胶的来源
（1） 野生橡胶和栽培橡胶
橡胶树，其表皮被割开时，就会流出乳白色的
三叶橡胶树
汁液，称为胶乳，胶乳经凝聚、洗涤、成型、干
微观结构 反式M ％ 乙烯 基M ％
多
10
7.5
23.4
wenku.baidu.com
16.6
46.3
13.7
少量
10
4～ 6
23 .5
9.6
55
12
溶聚丁苯橡 少量 胶（1204）
少量
20
1.5
32
32
41
27
乳聚丁苯橡胶（ESBR)
乳聚丁苯橡胶是自由基聚合，自工业化生产以来，己过其鼎
盛时期，生产技术成熟，产品质量稳定，品种牌号齐全。
CH3 Si CH3 O
CH3 Si CH3
硅橡胶的结构、性能和用途
硅橡胶主链全部由单键组成，每一个键都可以内旋转，所以有较好
的柔顺性；由于氧原子上无取代基或原子、减少了对内旋转的阻碍；而
且硅原子比碳原子的体积大，把两个甲基撑了出去，使两个甲基的距离 比连接于碳原子来得大，减弱了它们的相互作用，因而减少了内旋转的 阻碍，所以硅橡胶在－70℃仍有良好的弹性。 硅橡胶由于主链是 Si-O 键，键能大，所以具有较高的耐热性能，但 其它性能远低于通用橡胶。仅在特殊情况下使用。 硅橡胶属于半有机、半无机的聚合弹性体，是目前最好的既耐高温
又耐严寒的橡胶，它的耐老化性、电绝缘性也非常好，是制造航空工业
用垫圈、油封、防震配件、电绝缘制品以及人造器官和美容业的宝贵材 料。
液体橡胶
液体橡胶是一种分子量为10000以下的粘稠状可 流动液体。液体橡胶的交联点可为分子末端官能团和 分子内官能团。分子末端有官能团的液体橡胶称作遥 爪型液体橡胶，遥爪型液体橡胶经固化成型后其物性 比一般液体橡胶好。 根据液体橡胶主链结构的不同，可分成不同系列： 1 聚硫橡胶系列 3 聚氨酯橡胶系列 2 硅橡胶系列 4二烯类橡胶系列
热塑性橡胶
热塑性橡胶是在常温下具有橡胶弹性，而在高温下能象热塑
性塑料一样易于塑化成型的一类新型高分子材料。 热塑性橡胶在常温下是两相体系。以SBS为例，其中的聚丁二 烯相当于橡胶相，而聚苯乙烯相当于结晶相；聚丁二烯部分 构成连续相，聚苯乙烯分散于其中。聚丁二烯决定了材料的 高弹性能、良好的低温性能、耐磨性能。而聚苯乙烯则起物 理交联点的作用。
乳聚丁苯橡胶的缺点
丁苯橡胶纯胶强度低，需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加
配合剂的难度比天然橡胶大，配合剂在橡胶中分散性差。
反式结构多，侧基上带有苯环，因而滞后损失大，生热高，弹性低， 耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。
收缩大，生胶强度低，粘着性差。
硫化速度慢。 耐屈挠龟裂性比天然橡胶好，但裂纹扩展速度快，热撕裂性能差。
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。 加工中分子量降到一定程度后不再降低，因而不易过炼，可塑 度均匀。硫化胶硬度变化小。 提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。
丁苯橡胶很容易与其它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 丁苯橡胶
2 顺丁橡胶 3 异戊橡胶 4 乙丙橡胶 5 丁基橡胶
6 氯丁橡胶
特 种 合 成 橡 胶
凡是具有特殊性能，专门用于制作耐热、耐寒、耐化学物质 腐蚀、耐溶剂、耐辐射等特种橡胶制品橡胶称为特种合成 橡胶。 1 丁腈橡胶 2 硅橡胶 3 氟橡胶 4 聚氨酯橡胶
5 丙烯酸酯橡胶
6 氯磺化聚乙烯
ESBR 工业化初期,采用高温(50℃) 聚合工艺合成的产品凝胶 含量高,相对分子质量分布变宽度可达7.5 以上, 称为硬橡胶。 随着氧化- 还原引发体系的开发,使得低温(5 ℃) ESBR软胶产 品的性能优于高温硬胶,低温聚合工艺逐步取代热法聚合工艺。
乳聚丁苯橡胶的优点
硫化曲线平坦，胶料不易焦烧和过硫。
根据聚合条件和所用催化剂的不同，可以分为无规型和无规嵌 段型两种。
溶聚丁苯橡胶的性能和应用
SSBR 是综合性能介于ESBR 和BR 之间的一种通用SR。可 大量用于轮胎胎面胶、制鞋工业及其它橡胶工业制品。 SSBR 的生产成本略高于ESBR ,但其性能要比ESBR 优越得 多,因此从性能价格比来看, SSBR 比ESBR 有更大的优势,这 促使SSBR 得到迅速发展。
要增加橡胶的可塑性或塑性变形，必须使橡胶分子易于 发生大分子链的位移运动，但橡胶的分子链很长，分子间吸 引力大且线性分子之间存在大量缠结点，大大阻碍了长链分
子的位移运动。所以减少橡胶分子链的长度（降低分子量）,
是降低分子间作用力、增大橡胶分子的塑性变形的最有效方 法。
塑炼方法
实验表明，在热、光、氧、机械力和某些化学药品的作用 下，橡胶分子主链和侧链都可以断裂。工艺上可用以降低橡 胶分子量获得可塑性的塑炼方法可分成两大类。 机械塑炼法：采用开炼机、密炼机、螺杆塑炼机等的机械
天然橡胶的结构：线型聚异戊二烯
CH3 C CH2 CH CH2 C 8.16A CH2 CH CH2 CH3 C CH CH2
CH2
天然橡胶（顺式）
CH3 C CH2 CH 4.8A CH2 CH 3 C CH2 CH CH2
杜仲胶（反式）
通 用 合 成 橡 胶
凡是性能与天然橡胶相近，物理机械性能 和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其他 一般橡胶制品的，称为通用合成橡胶。
丁 苯 橡 胶 styrene butadiene rubber（ SBR ）
丁苯橡胶是最早工业化的合成橡胶，也是合成橡胶中产量和消耗 量最大的胶种。 1933年德国采用乙炔合成路线首先研制出高温乳液聚合丁苯橡 胶； 1937年由德国Farben公司首先实现工业化； 50年代初，出现了性能优异的低温(5-8℃)丁苯橡胶; 目前，丁苯橡胶(包括胶乳)的产量约占整个合成橡胶生产量的 55%，低温乳聚丁苯橡胶约占整个丁苯橡胶产量的80%。
橡胶配合剂
1
2
硫化系统 补强剂和填充剂 软化剂和增塑剂 防老剂
3 4
硫化促进剂
目的：降低硫化温度，缩短硫化时间，改善硫化胶的物 理机械性能 噻唑类 次磺酰胺类
秋兰姆类
胍类 醛胺类
二硫代氨基甲酸盐类
黄原酸盐类
补强剂
目的：提高硫化橡胶的扯断强度、定伸强度、耐磨性等物理
机械性能。
硅橡胶
硅橡胶是由各种硅氧烷聚合而成的。 主链全是由硅、氧两种原子所组成。随所用硅烷化学结构的不同，硅橡 胶有不同的品种和特性。 二甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶为通用型。苯基链节在5％以下的甲 基苯基硅橡胶为耐寒型，苯基链节达12％的甲基苯基硅橡胶为耐燃型， 甲基苯基乙烯基硅橡胶为耐油型。
CH3 Si CH3 O
溶聚丁苯橡胶
20世纪60年代中期，由于阴离子聚合技术的发展，溶聚丁苯橡 胶（SSBR）开始问世。它是采用阴离子型(丁基锂)催化剂，使 丁二烯与苯乙烯进行溶液聚合的共聚物。 溶聚丁苯橡胶采用阴离子活性聚合，分子量分布窄、顺式含量 高优异,滚动阻力小,抗湿滑性和耐磨性能优异，是轮胎面胶理想 的材料。其发展正处于稳步上升阶段。 合成SSBR的基本工艺：以烷基锂为引发剂，烷烃或环烷烃为溶 剂，THF为无规剂，醇类为终止剂。
1
2
橡胶的基本概念 生胶和配合剂 橡胶的主要性能指标 橡胶的成型原理
3 4
橡胶的基本概念
橡胶是高弹性的高分子材料，由于橡胶 具有其他材料所没有的高弹性，因而也称 作弹性体。
橡胶的共性
1 2 具有橡胶状弹性。 具有粘弹性。
3
4 5 6
有缓冲减震作用。
对温度依赖性大 。 具有电绝缘性。 有老化现象。
化学增塑剂：加速橡胶分子在塑炼时的断链作用，并使已 断链的橡胶分子趋于稳定
防老剂
橡胶的老化：橡胶在加工、贮存和使用过程中，由于受到 各种外界因素（如热、氧、臭氧、金属离子、电离辐射、光、 机械力等）的作用，而逐步失去其原有的优良性能，以至最 后丧失了使用价值。 添加防老剂的目的：抑制橡胶的老化现象。 • 物理防老剂：石蜡 • 化学防老剂：热稳定剂、抗氧剂、紫外吸收剂、 光屏蔽剂
丁苯橡胶的聚合
丁苯橡胶按其合成方法通常分为乳液聚合丁苯橡胶（简称 乳聚丁苯橡胶，ESBR）和溶液聚合丁苯橡胶（简称溶聚丁 苯橡胶，SSBR）
丁苯橡胶 类型 支化 乳聚高温丁 苯橡胶 大量 （1000系列） 乳聚低温丁 苯橡胶 中等 （1500系列） 凝胶
宏观结构 Mn 万 Mw/M n 苯乙烯 M％ 顺式M ％
7 8
需进行硫化。 必须加入配合剂。
橡胶的发现
天然橡胶发现很早，考古发掘表明，远在十一世纪，
南美洲人就开始使用橡胶球做游戏和祭品。直到哥伦布第
二次航行探险（1493-1496）时，他们将橡胶带到了欧洲， 欧洲人才开始认识天然橡胶。1735年法国科学家康达明 （Condamine)参加了南美考察队，把一些最早的橡胶制 品带到欧洲，并描述了印第安人利用橡胶树乳汁的情况。
作用切断分子链而获得生胶可塑性。
化学塑炼法：在化学药品的作用下，使橡胶大分子链解 聚而达到塑化的目的。
影响橡胶分子链断裂的主要因素
1
2
机械力的作用 氧的作用 温度的作用 化学增塑剂的作用 静电作用
3
4
5
机械力的作用
生胶在塑炼机械剧烈的拉伸、挤压和剪切应力的反复作 用下，长链分子产生局部应力集中，致使分子链断裂，然后 断链的活性自由基为氧或其他自由基受体所俘获而稳定，变 成较短的分子而增加了可塑性。 温度的降低，生胶粘度的增加，分子滑动性降低，塑炼 时遭受机械力的作用增大。 当温度一定时，随着施加于橡胶上的总机械功的增大 （如增加塑炼机械的转速），分子链降解程度就愈大。
炭黑 白炭黑 超细活性碳酸钙
活性陶土
填 充 剂
目的：增加胶料的容积，从而降低生产成本或改善加工 性能。

沉淀碳酸钙 硫酸钡 滑石粉 云母粉
return
软化剂和增塑剂

目的：改善橡胶的加工和成型性能，增加橡胶的塑性。
物理增塑剂：使橡胶溶胀，增大橡胶分子间的距离，降低 分子间的作用力，从而使胶料的塑性增加。
橡胶的利用
橡胶的工业研究和应用开始于十九世纪初。
通过长期不断的实践，Goodyear在1839年发明了硫化方法，
为橡胶制品的工业化生产打下了基础。 使用有机硫化促进剂提高了生产效率后，橡胶制品的应用范围 不断扩大 合成橡胶对开拓橡胶工业的应用领域作出了杰出的贡献。
七十年代以来开始进入橡胶的分子设计时期。
液体橡胶的优点和 缺点
优点： ¤ 加工简便，易于实现连续化、自动化生产，不需大型设备
¤ 具流动性，适于浇铸成型，可提高生产效率。
¤ 降低动力消耗 ¤ 适于制造形状和尺寸复杂的橡胶制品。 ¤ 可以在现场硫化。 ¤ 能在室外进行喷涂并具有良好的涂覆性。
缺点：
¤ 原料价格高 ¤ 强度低
¤ 需要建立独立的设备体系，以适应新的加工工艺
燥即得天然橡胶。
（2） 橡胶草橡胶 （3） 杜仲胶
杜仲除木材外，全身均含杜仲胶。纯杜
仲胶应为白色。杜仲具有热塑性、高度绝 缘性、耐水性、耐潮湿性、高度粘着性、
橡胶草
杜 仲
抗酸和抗碱性等。
生胶的化学组成
烟胶片 橡胶烃 水分 丙酮抽出物 蛋白质 灰分 93.3 0.61 2.89 2.82 0.39 绉胶片 93.58 0.42 2.88 2.82 0.30