• 實用橡膠工藝學復習資料大全

    橡膠配合加工內容

    康達科技集團(Qanta Group), 是全球領先的有機硅解決方案供應商之一,致力于提供個性化的有機硅解決方案。其擁有從金屬硅到特種有機硅材料的全方位產品供應鏈。主要業務為特用化學品技術及特殊SILICONE與複合材料相關應用制程技術材料開發、設計、銷售。目前已有18年以上歷史,與全球500強企業有合作銷售經驗,是一家集科研,開發,生產及銷售為一體的國家級高新技術企業,擁有國際化品質,技術和管理及提供一條龍Silicone 材料應用整合。公司擁有廣泛的銷售和研發網絡,可提供有利于未來可持續發展的創新技術和基于市場需求的解決方案

    主要經營產品包括沉淀膠、氣相膠、導電膠、阻燃膠、耐高溫膠、絕緣子膠、出油膠、LSR液態射出型硅橡膠、自粘選擇性接著液態射出膠、有機硅改質劑、硫化劑、脫模劑、發泡劑等??颠_科技集團有機硅事業部二部經營產品專業應用在特殊塗布、延壓、?出、射出、模壓等硅膠制品行業。

    產品廣泛應用在在按鍵、密封圈、擠出管、膠輥、墊片、導電黑粒、陽極帽、電線電纜、絕緣子、自潤滑油封、耐熱、防火、運動器材和醫療保健等硅膠產品,為多數國際知名企業采用。

     

    ●      主要內容:原料及配合;加工工藝過程;性能測試。 

    ●      配合系統:生膠,硫化體系,補強填充體系,防老體系,增塑及操作體系,特種配合體系。 

    ●      加工過程:煉膠,壓延,擠出,成型,硫化。

    ●      塑煉:定義為降低分子量,增加塑性,改善加工性能,制成可塑性符合要求的塑料膠。

    ●      混煉:定義為經過配合,將橡膠與配合劑均勻地混合和分散,制成混煉膠。

    ●      門尼粘度:用門尼粘度計測量的是橡膠的本體黏度,原理是將膠料填充在粘度計的模腔和轉子之間,合模,在一定溫度下(一般為100℃)預熱(一般1min),令轉子轉動一定時間(一般4min)時測得的轉矩值(N·m)。該值越大,表明膠

    料的黏度越大,常用ML1+4100℃表示。 

    ●      門尼焦燒:這是個表明膠料焦燒時間的指標,通常是在120℃下測定(加有硫化體系配合劑)從最低點起,上升5個門尼值的時間。這個時間越大表明膠料越不容易發生焦燒,加工越安全。 

     

    第一章  生膠 

     

    v      分類(按來源):天然橡膠(NR)和合成橡膠。合成橡膠又分為通用橡膠和特種橡膠。 

    v      通用橡膠:丁苯橡膠(SBR)、順丁橡膠(BR)、異戊橡膠(IR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、丁基橡膠(IIR)、乙丙橡膠(EPM,EPDM. 

    v      不飽和非極性橡膠:NR、SBR、BR、IR;不飽和極性橡膠:NBR、CR;飽和非極性橡膠:EPM、EPDM、IIR;

    v      天然橡膠(NR)主要由順—1,4—聚異戊二烯構成,其綜合性能好。 

    v      丁苯橡膠(SBR)是丁二烯和苯乙烯的共聚物,是產量最大的通用橡膠,70%用于輪胎業,根據聚合方法分為乳聚丁苯和溶聚丁苯。 

    v      苯乙烯含量對丁苯橡膠性能的影響:隨著苯乙烯含量的增加,其SBR的性能向聚苯乙烯趨近。表現為Tg、模量、硬度上升,耐熱老化性變好,擠出收縮率變小,擠出物表面光滑,而耐磨性下降,彈性減小。

    v      順丁橡膠(BR)也稱聚丁二烯橡膠,彈性最好的通用橡膠,滯后損失小,生熱少。

    v      乙丙橡膠(EPM,EPDM)屬于碳鏈飽和非極性橡膠,耐臭氧老化性和耐熱老化性是通用橡膠中最好的,被譽為不龜裂的橡膠。 

    v      丁基橡膠(IIR)的分子鏈上有密集的側甲基,雖然它的不飽和度很低,但實際上它表現主要是鏈烷烴的特征,化學性質穩定且為非極性,歸屬為飽和橡膠,具有良好的氣密性和阻尼性(即好的吸震性)。 

    v      丁腈橡膠(NBR)丁二烯和丙烯腈的共聚物,主要采用低溫乳液聚合,其耐油性好,耐非極性介質最好。 

    v      氯丁橡膠(CR)是2—氯—1,3—丁二烯的乳液聚合物,其特點是阻燃性好(CR因含有氯原子而具有阻燃性,即不自燃,接觸火焰時能燃燒,離火自熄,而BR不能自熄),耐老化性較好。 

    v      特種橡膠:一類是碳鏈飽和極性橡膠,一類是雜鏈橡膠。 

    v      碳鏈飽和極性橡膠具有飽和的極性的碳鏈,其極性由側基提供的,側基有兩類:一類是鹵素(氯或氟),另一類是酯基。其極性強弱取決于極性側基的濃度與品種。

    v      雜鏈橡膠:這類橡膠的分子鏈上有—SiO,CO,CNO,CS—的,他們都是雜鏈的。 

    v      格林強度:  未硫化處理的橡膠拉伸強度。

     

    第二章    橡膠的硫化體系

     

    ?      完整的硫黃硫化體系由硫化劑、活性劑、促進劑三部分組成。

    ?      硫化的化學反應歷程:(1)誘導期;(2)交聯反應;(3)網絡熟化階段 

    ?      宏觀硫化歷程:(1)焦燒階段;(2)熱硫化階段;(3)平坦硫化階段;(4)過硫化階段。 

    ?      交聯效率參數E:形成1 mol交聯鍵所需要的平均硫黃原子的物質的量(mol),E值提高,硫黃用量增加,交聯程度降低。 

    ?      使用促進劑的目的(也是硫化促進劑的概念):大大地縮短硫化時間,減少硫磺用量,降低硫化溫度,節省能耗,提高硫黃利用率,而且能顯著提高橡膠的工藝性能和物理機械性能。

    ?      普通硫黃硫化體系(CV):硫化膠網絡中70%以上是多硫交聯鍵,具有較高的主鏈改性,硫化膠具有良好的初始疲勞性能,室溫條件下具有優良的動靜態性能,最大缺點是不耐熱氧老化,硫化膠不能在較高溫度下長期使用。 

    ?      有效硫化體系(EV):硫化膠網絡中單鍵和雙鍵含量占90%以上,網絡具有極少的主鏈改性,對硫黃利用率高,該體系的硫化膠具有較高的抗氧老化性能,但初始動態疲勞性能差,用于高溫靜態制品如密封制品、高溫快速硫化體系。(為獲得

    有效硫化體系可采取兩條途徑,高促、低硫配和無硫配合)。 

    ?      半有效硫化體系(SEV):硫化膠既具有適量的多硫鍵,又有適量的單、雙硫交聯鍵,使其既具有較好的動態性能,又有中等程度的耐熱氧老化性能。

    ?      高溫快速硫化體系:多使用單硫或雙硫鍵含量高的有效EV和半有效SEV硫化體系,其硫化膠耐熱氧老化性能好。高溫硫化體系要求硫化速度快,焦燒傾向小,無噴霜現象

    ?      平衡硫化體系:該體系在較長的硫化周期內,硫化的平坦性較好,交聯密度基本維持穩定,具有優良的耐熱氧老化性和耐疲勞性,特別適合大型、厚制品的硫化。

    ?      過氧化物硫化膠的網絡結構中的交聯鍵為CC鍵。

    ?      無硫硫化:  是指分子結構中含硫的有機或無機化合物,在硫化過程中能析出活性硫,參與交聯過程,所以又稱無硫硫化。

    ?      促進劑按 PH值可分為酸性中性和堿性三類;按促進速度可分為慢速級中速級準速級超速級和超超速級五類。

     

    第三章 橡膠的補強與填充體系

     

    Ø     補強:是指能使橡膠的拉伸強度,撕裂強度及耐磨性同時獲得明顯提高的作用。

    Ø     填充:可起到增大體積,降低成本,改善加工工藝性能如減少半成品收縮率、提高半成品表面平坦性、提高硫化膠硬度及定伸應力等作用。

    Ø     炭黑分類(按作用):(1)硬質炭黑  粒徑在40 nm以下,補強性高,如超耐磨、中超耐磨、高耐磨炭黑;(2)軟質炭黑  粒徑在40 nm以上,補強性低,如半補強炭黑、熱裂法炭黑等。

    Ø     炭黑的三大基本性質(補強三要素):炭黑的粒徑(或比表面積),結構性和表面活性。

    Ø     炭黑的結構度:表征炭黑聚集體的主體形狀的一種指標,它表明炭黑聚集體的鏈枝結構的發達程度。如果鏈枝結構不夠發達,接近于球形的,那么它的結構度低;如果鏈枝多,則炭黑的結構度就高,常用DBP吸油值表示。

    Ø     包容膠:是指在炭黑聚集體鏈枝結構中屏蔽(包藏)的那部分橡膠,又稱吸留橡膠。

    Ø     結合橡膠;也稱炭黑凝膠,是指炭黑混煉膠中不能被橡膠的良溶劑溶解的那部分橡膠。

    Ø     結合膠的生成原因(或途徑):吸附在炭黑表面上的橡膠分子鏈與炭黑的表面基團結合,或者橡膠在加工過程中經過混煉和硫化產生大量橡膠自由基或離子與炭黑結合,發生化學吸附;炭黑離子表面對橡膠大分子鏈那些吸附力大于溶解力的物理吸附。 

    Ø      白炭黑:用作補強劑,效果僅次于炭黑,制備方法有氣相法和沉淀法,測定表明,白炭黑表面有羥基、硅氧烷基。因為白炭黑表面的吸附作用強,所以用白炭黑作補強劑時,常添加胺類或醇類以改善其補強性能。

     

    第四章  橡膠的老化與防護

     

    ?      橡膠老化:橡膠和橡膠制品在加工、貯存或使用過程中,因受外部環境因素的影響和作用,出現性能逐漸變壞,直至喪失使用價值的現象。 

    ?      橡膠主要的老化類型:熱氧老化,臭氧老化,光氧老化和疲勞老化。

    ?      熱氧老化:橡膠或橡膠制品在貯存或使用過程中,因同時受到熱和空氣的作用而發生老化的現象。

    ?      疲勞老化:橡膠試樣或制品在周期性應力和變形作用下出現損壞或發生不可逆的結構和性能的變化現象稱為疲勞老化。

    ?      不飽和碳鏈橡膠的氧化都是按照自由基連鎖反應機理進行的,反應具有自動催化特征:反應主產物過氧化氫起自動催化作用。

    ?      橡膠氧化過程中結構發生的變化有:降解,交聯以及其他結構變化。天然橡膠、異戊二烯橡膠、丁基橡膠以降解為主;順丁橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠以交聯為主。

    ?      抑制橡膠氧化的方法:

    A. 一是終止已經生成的活性自由基,使它不能進行鏈傳遞反應;

    B. 二是分解不斷生成的ROOH,防止它產生新的引發自由基。

    ?      抗氧劑的并用效能:

       負效應:并用后產生的防護效能低于參加并用的各抗氧劑單獨使用的防護效能之和;

       加和效應:并用后產生的防護效能等于各抗氧劑單獨使用效能之和;

       協同效應:并用后的防護效能大于各抗氧劑單獨使用的效能之和,是一種正效應。

     

    增塑劑及其他操作助劑

     

    1.      增塑劑按來源分為:石油系增塑劑;煤焦油系增塑劑;松油系增塑劑圖片脂肪油系增塑劑;圖片合成增塑劑。

    2.      庫爾茲(Kurtz)物理分析法:

     計算出黏度密度常數(VGC)。 由折射率求出的比折光度 根據圖表得出鏈烷烴(CP)、環烷烴(CN)和芳香烴(CA)所含的碳原子數。

        芳香碳原子數占35%以上者稱為芳香類油; 環烷碳原子數占30%~45%者稱為環烷類油 鏈烷鏈的碳原子數占整個碳原子數的50%以上者稱為鏈烷類油。3. 填充指數(E.I):SBR合成時,把高門尼粘度的SBR塑化為門尼粘度為53.0(在100℃)時

    所需的油量份數叫做填充指數。

    4. 軟化力(S.P.):以一定量的油填充橡膠聚合物時,其門尼粘度下降率叫做油的軟化力。


                        第六章  橡膠的特種配合體系

    1.發泡劑分解與膠料硫化關系:

       若發泡劑在熱硫化前期(AB)分解,形成開孔結構;

       若發泡劑在熱硫化中期(BC)分解,則形成較多閉孔結構;

       若在熱硫化后期(CD)發泡,形成閉孔結構且泡孔較??;

    若在D點和D點以后階段發泡,這時因膠料已經全部交聯,粘度太高,不能發泡。

    2.間甲白直黏體系:是由甲醛給予體六亞甲基四胺(HMT)或亞甲基給予體、單體間苯二酚或樹脂型間苯二酚給予體和白炭黑組成的三組分粘合體系,又稱HRH體系。(即六亞甲基四胺、間苯二酚、白炭黑三組分)

    3.阻燃劑:是指能保護材料不著火或使火焰難以蔓延的配合劑。分為反應型和添加型。

    4. 鹵素阻燃劑阻燃原理:分解時產生鹵化氫不燃性氣體,具有稀釋效應和覆蓋效應,而且,鹵化氫能與燃燒過程中產生的·OH反應,抑制高聚物燃燒的連鎖反應,起抑制效應。

    5.有機磷系阻燃劑阻燃原理:在燃燒時,磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態膜,起覆蓋效應,同時磷酸進一步脫水生成偏磷酸,偏磷酸進一步縮合生成聚偏磷酸,使高聚物脫水而炭化,改變了高聚物燃燒過程的模式,并在其表面形成炭膜,以隔絕

    空氣和阻止可燃性氣體的產生,從而發揮更強的阻燃效果。

    6.著色劑按化學組成分類:顏料和染料。

    7.顏料:是指不溶于水和溶劑,不溶于被著色物質,也不與其發生化學反應的有色物質。

     

    第七章  橡膠的共混與改性

     

    1.     橡膠共混的目的:改善現有橡膠性能上的不足,例如天然橡膠,因具有良好的綜合力學性能和加工性能,被廣泛應用,但它的耐熱氧老化性,耐臭氧老化性,耐油性及耐化學介質性欠佳。多數合成橡膠的加工性能較差,力學性能也不理想,常給生產帶來困難,這些合成橡膠與天然橡膠摻混使用,性能互補,特別改善了合成橡膠的加工性。

    2.     聚合物共混物的形態結構:

    單相連續結構  就是共混物中的一相為連續相(海相),另一相與不連續的形式分散于連續相中,這種不連續的相稱為分散相(島相),這種結構又形象地稱為海-島結構;

    兩相連續結構  是指共混物中兩組分聚合物相互貫穿交叉形成的相態結構。由于兩聚合物貫穿交叉比較均勻,以至于無法區分哪個是連續相,哪個是分散相,故將其稱為兩相連續結構。

    3.     橡膠共混物共交聯的表征:

        將兩種聚合物混煉膠的膠片疊合在一起,硫化以后做剝離試驗,若兩膠片輕而易舉的分開,說明兩相間沒有發生交聯,反之則發生了交聯。

        將共混物硫化膠用溶劑溶脹,然后用電子顯微鏡觀察,若兩相聚合物界面清晰,則兩相間沒有發生交聯,若界面模糊說明發生了交聯。

    4. 改善不相容聚合物相容性的方法有:

     

    一是向共混體系中添加相容劑(均勻劑、增容劑)一起共混;

    二是預先對聚合物進行化學改性,在分子鏈中引入能發生相互作用或反應性基團,在實際生產中多采用前法。


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