橡胶硫化工艺课件

泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC1橡胶相关知识ForDecisionForInformation/UpdateOtherDateUpdate:2012-2-16泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC2供应商偷梁换柱引发的质量控制问题思考Question？？泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC3泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC4促进剂：二硫基二吗啉促进剂活化剂氧化钙石蜡油硬脂酸氧化锌聚乙二醇碳酸钙炭黑生胶主体原料：生胶，再生胶硫化系统：硫化剂，促进剂，促进剂的活性剂（活性剂）促进剂的延迟剂（防焦剂）操作系统：增塑剂（化学增塑剂，物理增塑剂）成本系统：增容剂性能系统：补强剂，防老剂，着色剂，发泡剂等配方组成：加工助剂三级BOM包含的材料泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC5二、有机多硫化物硫化促进剂主要品种⑴二硫化四甲基秋兰姆（TMTD或TT）有效含硫量13.3%；用量：2～4份⑵四硫化四甲基秋兰姆（TMTT或TRS）有效含硫量31.5%；用量：0.6～2份⑶二硫化四乙基秋兰姆（TETD）有效含硫量11.0%；用量：3～5份⑷二硫化二吗啡啉（DTDM）有效含硫量27.0%；用量：0.7～2份⑸硫化剂VA-7用量：1.25～2份。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC6橡胶配方模型（DFSS）配方工艺性能泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC7第七章生胶的塑炼塑炼压延挤出混炼成型硫化橡胶工艺流程泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC8塑炼一、塑炼的目的1.使生胶获得一定的可塑性,满足加工的要求；2．使生胶的可塑性均匀化，以便制得质量均匀的胶料。塑炼：指把具有弹性的生胶转变成可塑性胶料的工艺过程。塑炼胶：指经过塑炼获得一定可塑性的胶料。可塑性：指橡胶受外力作用产生变形，当外力消除后橡胶仍能保持其形变的能力。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC9一、定义指在炼胶机上将各种配合剂加入到橡胶中制成混炼胶的工艺过程二、混炼的目的和意义1.保证产品的质量3.高效节能2.适合于进一步的加工混炼泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC10泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC11结构泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC12后辊前辊泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC13后辊前辊泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC14后辊前辊泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC15后辊前辊泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC16后辊前辊泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC17挤出挤出设备包括挤出机、挤出机头、挤出模具三大部分。机头是挤出成型模具的主要部件，它有下述四种作用：1，使物料由螺旋运动变为直线运动2，产生必要的成型压力，保证制品密实3，使物料得以进一步塑化4，成型制品的断面形状挤出机1挤出机头挤出机2挤出设备挤出机出料口挤出口模定位头底座定位头挤出口型板1挤出口型板2挤出口型板3挤出口型板4胶料挤出泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC18挤出硫化工艺2硫化历程3正硫化及其测定方法1硫化对结构与性能的影响4硫化条件的选取及确定5硫化介质及硫化热效应6硫化方法泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC19•硫化后：网状结构，分子间主要已以化学键结合结构：1）化学键；2）交联键的位置；3）交联程度；4）交联性能：1）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度、伸长率、弹性）；2）物理性能；3）化学稳定性•硫化前：线形结构，分子间以范德华力相互作用•性能：可塑性大，伸长率高，具可溶性。•硫化时分子被引发，发生化学交联反应硫化剂（S）牵线搭桥硫化,橡胶制造中最为关键的工艺泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC201）力学性能的变化•弹性•扯断强度•定伸强度•撕裂强度提高•硬度•伸长率•压缩永久变形•疲劳生热降低2）物理性能的变化透气率、透水率降低不能溶解，只能溶胀耐热性提高3）化学稳定性的变化化学稳定性提高。原因：a.交联反应使化学活性很高的基团或原子不复存在，使老化反应难以进行。b.网状结构阻碍了低分子的扩散，导致橡胶老化的自由基难以扩散。硫化后橡胶的性能变化：以EPDM为例，随硫化程度的提高：泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC212硫化历程•在硫化过程中，各种性能均会随硫化的进程而发生变化，这种变化曲线能够反映胶料的硫化历程，故称为硫化历程图。下图为用硫化仪测出的硫化历程曲线。该曲线反映胶料在一定硫化温度下，转子的转矩随硫化时间的变化。A.焦烧阶段；A1.操作焦烧时间A2.剩余焦烧时间B.热硫化阶段；C.平坦硫化阶段；D.过硫化阶段泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC221.焦烧阶段（焦烧期－硫化起步阶段，硫化诱导期）•图中的ab段称为胶料的焦烧阶段，此时交联尚未开始，胶料在模腔内具有良好的流动性，也称为硫化诱导阶段。胶料焦烧时间的长短决定胶料的焦烧性能和操作安全性。胶料焦烧时间受胶料中硫化促进剂和胶料本身的热历史的影响较大。操作焦烧时间：橡胶在加工过程中由于热积累消耗掉的焦烧时间A1。剩余焦烧时间：胶料在模腔中保持流动性的时间A2。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC23硫化起步——硫化时，胶料开始变硬而后不能进行热塑性流动的那一点时间（焦烧）。•焦烧期的长短：决定了胶料的焦烧性及操作安全性。•取决于配方，特别是促进剂。可用迟效性促进剂：CZ。•焦烧时间的起点：实际上是从混炼时加入硫磺的那一时刻开始。•焦烧阶段的终点：胶料开始发硬并丧失流动性。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC24•焦烧时间操作焦烧时间——混炼，停放，成型•残余焦烧时间——进入模具后加热开始到开始硫化这段时间若：操作焦烧时间焦烧时间，就发生焦烧•防止焦烧：A具有较长的焦烧时间：配方B混炼、停放要低温，成型时要迅速，即减少操作焦烧时间泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC252.热硫化阶段（欠硫期－预硫阶段）•热硫化阶段即图中的bc段，在该阶段橡胶的交联以一定的速度开始进行。诱导期后，开始交联，至正硫化。•热硫化的速度和时间取决与胶料的配方和硫化的温度。•在此阶段，交联度低，即使在此阶段的后期，性能（主要是拉伸强度、弹性等）尚未达到预期的要求。•但其抗撕性、耐磨性，则优于正硫化胶料，若要求这些性能时制品可以轻微欠硫。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC26•3.硫化平坦阶段（正硫期－正硫化阶段）•硫化平坦阶段即图中的cd段，此时交联反应已趋于完成，反应速度已较为缓和。硫化胶的综合物理机械性能已达到或接近最佳值。•A.正硫化•在平坦硫化阶段，橡胶制品的综合物理机械性能达到最佳值，这种硫化状态称为正硫化，也称最宜硫化。正硫化前期成为欠硫；正硫化后期则成为过硫，欠硫或过硫，橡胶的物理机械性能均较差。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC27•B．正硫化时间•正硫化时间是指达到正硫化状态所需的最短时间，也称为“正硫化点”。•C．工艺正硫化时间•在实际操作中，往往是从制品的某些主要性能指标进行选择，从而确定正硫化时间，与理论上的综合物理性能有所区别，具有工艺上的概念。因此，将通过这种确定的正硫化时间称为工艺正硫化时间。一般橡胶制品的“工艺正硫化时间”应取其胶料的应力、应变最高值稍前一点。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC28•制品达到适当的交联度的阶段，此时各项力学性能均达到或接近最佳值，其综合性能最好。•正硫化是一个阶段——各项性能基本上保持恒定或变化很少，也称硫化平坦期。•硫化平坦期的宽窄取决于：配方、温度等。•正硫化时间的选取：拉伸强度达到最高值略前的时间。•主要是考虑“后硫化”。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC29•4.过硫阶段（过硫期）•d以后的部分为过硫化阶段。•在这一阶段中，不同的橡胶表现的情况不同：天然橡胶由于氧化断链反应程度较强，其各项物理机械性能下降；而大部分的合成橡胶，如SBR、NBR由于热交联和热氧化断链两种作用程度接近，因此，物理机械性能变化甚小或基本保持恒定。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC30硫化参数1．T10：胶料从加热开始至转矩上升到最大转矩的10%所需要的时间。M10=ML+（MH-ML）×10%2．诱导期（焦烧期）：从胶料放入模具至出现轻微硫化的整个过程所需要的时间叫硫化诱导期，又称为焦烧时间。诱导期反应了胶料的加工安全性。诱导期短，加工安全性差；诱导期太长，会降低生产效率。3．焦烧：胶料在存放和加工过程中出现的早期硫化现象。4．工艺正硫化时间：胶料从加热开始，至转矩上升到最大转矩的90%时所需要的时间。M90=ML+（MH-ML）×90%5．理论正硫化时间：交联密度达到最大程度时所需要的时间。6．硫化返原：如果胶料再继续硫化就会使交联结构产生降解，性能下降，这种现象就称为硫化返原。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC31•正硫化后，继续硫化进入过硫化。•进入过硫化后：性能下降：硫化返原（断链多于交联，NR、IIR）性能恒定甚至上升：非返原（交联占优、环化）•交联和氧化断链两种反应贯穿于橡胶硫化过程的始终。只是在硫化过程的不同阶段两种反应优势不同。•进入过硫的早晚，即硫化平坦期的宽窄，主要取决于两个方面：1）配方（如TMTD）；2）温度。泛亚汽车技术中心有限公司PanAsiaTechnicalAutomotiveCenterPATAC32•根据制品的性能和用途不同，橡胶材料的硫化过程可采用多种不同的硫化方法。分类方法：•⑴硫化温度：冷硫化、室温硫化及热硫化三种工艺方法，其中热硫化是目前大多数橡胶制品普遍采用的方法，如各种轮胎制品的硫化。•⑵硫化介质：热水法、热空气法、热空气和水蒸汽的混合气体法以及固体介质法等。•⑶硫化设备：平板机硫化、硫化罐硫化、个体硫化机硫化以及注压硫化等。•⑷生产方式：间歇生产和连续生产，前者如轮胎及各种橡胶注件的制备，后者如各种长条形橡胶制品比如汽车