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1《橡胶工艺原理》讲稿绪论一．橡胶材料的特点1.高弹性：弹性模量低，伸长变形大，有可恢复的变形,并能在很宽的温度（-50~150℃）范围内保持弹性。2.粘弹性：橡胶材料在产生形变和恢复形变时受温度和时间的影响，表现有明显的应力松弛和蠕变现象，在震动或交变应力作用下，产生滞后损失。3.电绝缘性：橡胶和塑料一样是电绝缘材料。4．有老化现象：如金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因为环境条件的变化而产生老化现象，使性能变坏，寿命下降。5.必须进行硫化才能使用，热塑性弹性体除外。6.必须加入配合剂。其它如比重小、硬度低、柔软性好、气密性好等特点，都属于橡胶的宝贵性能。表征橡胶物理机械性能的指标：１．拉伸强度：又称扯断强度、抗张强度，指试片拉伸至断裂时单位断面上所承受的负荷，单位为兆帕（MPa），以往为公斤力／平方厘米（kgf/cm2）。２．定伸应力：旧称定伸强度，指试样被拉伸到一定长度时单位面积所承受的负荷。计量单位同拉伸强度。常用的有100％、300％和500％定伸应力。它反映的是橡胶抵抗外力变形能力的高低。３．撕裂强度：将特殊试片（带有割口或直角形）撕裂时单位厚度所承受的负荷，表示材料的抗撕裂性，单位为kＮ/ｍ。４．伸长率：试片拉断时，伸长部分与原长度之比叫作伸长率；用百分比表示。５．永久变形：试样拉伸至断裂后，标距伸长变形不可恢复部分占原始长度的百分比。在解除了外力作用并放置一定时间(一般为3分钟)，以%表示。６．回弹性：又称冲击弹性，指橡胶受冲击之后恢复原状的能力，以%表示。７．硬度：表示橡胶抵抗外力压入的能力，常用邵尔硬度计测定。橡胶的硬度范围一般在20~100之间，单位为邵氏A。二．关于橡胶的几个概念１．橡胶：世界上通用的橡胶的定义引自美国的国家标准ASTM-D1566(AmericaSocietyofTestandMaterial)。定义如下：橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速而有力地恢复其变形，能够被改性(硫化)。改性的橡胶实质上不溶于（但能溶脹于）沸腾的苯、甲乙酮、乙醇—甲苯混合物等溶剂中。改性的橡胶室温下（18~29℃）被拉伸到原来长度的两倍并保持一分钟后除掉外力，它能在一分钟内恢复到原来长度的1.5倍以下，具有上述特征的材料称为橡胶。注：1）橡胶是一种材料，具有特定的使用性能和加工性能，属有机高分子材料。22）橡胶在室温下具有高弹性。3）橡胶能够被改性是指它能够硫化。4）改性的橡胶即硫化胶不溶解但能溶胀。２．生胶：没有加入配合剂且尚未交联的橡胶。一般由线型大分子或带有支链的线型大分子构成，可以溶于有机溶剂。３．混炼胶：生胶与配合剂经加工混合均匀且未被交联的橡胶。常用的配合剂有硫化剂、促进剂、活性剂、补强填充剂、防老剂等。４．硫化胶：混炼胶在一定的温度、压力和时间作用下，经交联由线型大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。三．橡胶工艺原理的主要内容橡胶工艺原理是研究和探讨橡胶的性质、加工及应用的一门科学技术，是数学、物理、化学、高分子物理、高分子化学、化学工程等多学科得相互渗透及应用，是把基础理论应用到橡胶得加工及使用得桥梁。橡胶工艺原理讲述了由单纯的原材料变为具有特定的性能和形状的橡胶制品的过程。主要内容包括：1．橡胶的配合：根据制品的性能要求，考虑加工工艺性能和成本等因素，把生胶和配合剂组合在一起的过程。一般的配合体系包括生胶、硫化体系、补强体系、防护体系、增塑体系等。有时还包括其它一些特殊的体系如阻燃、着色、发泡、抗静电、导电等体系。1）生胶（或与其它高聚物并用）：母体材料或基体材料2）硫化体系：与橡胶大分子起化学作用，使橡胶由线型大分子变为三维网状结构，提高橡胶性能、稳定形态的体系。3）补强填充体系：在橡胶中加入炭黑等补强剂或其它填充剂，或者提高其力学性能，改善工艺性能，或者降低制品成本。4）防护体系：加入防老剂，延缓橡胶的老化，提高制品的使用寿命。5）增塑体系：降低制品硬度和混炼胶的粘度，改善加工工艺性能。2．橡胶的加工工艺过程：无论什么橡胶制品，都要经过混炼和硫化这两个过程。对许多橡胶制品，如胶管、胶带、轮胎等，还需经过压延、压出这两个过程，对门尼粘度比较高的生胶，还要塑炼。因此，橡胶加工中最基础、最重要的加工过程包括以下几个阶段：1）塑炼：降低生胶的分子量，增加塑性，提高可加工性。2）混炼：使配方中各个组分混合均匀，制成混炼胶。3）压延：混炼胶或与纺织物、钢丝等骨架材料通过压片、压型、贴合、擦胶、贴胶等操作制成一定规格的半成品的过程。4）压出：混炼胶通过口型压出各种断面的半成品的过程，如内胎、胎面、胎侧、胶管等。5）硫化：橡胶加工的最后一道工序，通过一定的温度、压力和时间后，使橡胶大分子发生化学反应产生交联的过程。四．橡胶的发展历史31．天然橡胶的发展历史考古发现，人类在11世纪就开始使用橡胶—在南美制造橡胶球、橡胶鞋及橡胶瓶。1493年~1496年哥仑布发现新美洲大陆时，发现海地岛上土人玩的球能从地上弹起来，此后，欧洲人才知道橡胶的这种性质。1735年，法国科学家Condamine参加南美洲科考，带回了最早的橡胶制品。直到1823年，英国人马辛托希创办了世界上第一个橡胶厂，生产防水布，这是橡胶工业的开始。1839年，Goodyear发明了硫化，这两项发明为橡胶工业的发展奠定了基础。1862年，Honcock发明了双辊机1876年，英国开始在东南亚殖民地国家种植橡胶树1888年，Dunlop发明了充气轮胎1904年，发现硫化活化剂ZnO，炭黑可以补强1906年，发现促进剂苯胺1921年，发现促进剂D，从此橡胶工业得到迅速发展。2．合成橡胶的发展历史（1）对天然橡胶的剖析和仿制1820年，法拉第明确了橡胶由C和H组成；1860年，威廉姆斯（Williams）发现橡胶经蒸馏可产生异戊二烯化合物，并认为它是橡胶的基本化学组成；1875年，鲍查达（Bouchardat）认为异戊二烯能合成出类似橡胶的物质，这是最早的关于人工合成橡胶的报道。（2）合成橡胶的诞生、建立与发展1881年霍夫曼用1，3-戊二烯合成橡胶；1900年，前苏联孔达科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯合成出橡胶；1929年，美国齐柯尔（Thiokol）公司生产了聚硫系合成橡胶；1931年，美国DuPont公司生产CR；1932年前苏联工业生产了丁钠橡胶后，相继生产的合成橡胶有SBR（1935年德国Farbon公司）、NBR（1937年德国Farbon公司）；50年代，Zeigler—Natta发现了定向聚合，导致了橡胶工业的新飞跃，出现了BR（1960年美国Phillips公司）、EPDM（1960年意大利Montedison公司）、IR等新胶种，1965~1973年间出现了热塑性弹性体。3．国内橡胶工业的发展概况我国从1904年开始在雷州半岛等地种植NR，50年代将橡胶树北移种植成功，并在云南、广西等地大面积种植，现在，我国NR产量占世界第四位。1915年，在广州建立第一个橡胶加工厂—广州兄弟创制树胶公司，生产鞋底1919年，在上海建立清和橡皮工厂1927年，在上海建立正泰橡胶厂，生产胶鞋1928年，建立大中华橡胶厂，生产胶鞋1937年，日本在青岛建立现在的青岛橡胶二厂我国从1958年开始合成橡胶，国产第一块合成胶是四川长寿化工厂于1958年生产的CR，1960年兰州化工厂生产SBR，1962年兰化生产NBR。目前国内几家大石化如燕山石化、兰州石化、齐鲁石化等均生产合成橡胶，通用的合成橡胶除了IIR外，其它均能生产。4我国橡胶工业从50年代后开始飞速发展，逐渐形成了以上海的正泰、大中华，青岛的橡胶二厂，黑龙江的桦林橡胶厂为中心的橡胶工业格局号称橡胶界的四大家族。其中正泰、大中华生产胶鞋、胶带，胶二和桦林生产轮胎。到1990年止，全国县级以上的橡胶企业就有1000多家，产值180亿元，约占全国工业总产值的1.5%,约占化工工业总产值的25%。90年代，我国橡胶工业得到了蓬勃发展，个体、私营橡胶企业如雨后春笋般发展起来，仅山东省大小橡胶企业就有1000多家，青岛市有几百家，96年以后由于受气候等因素的影响，世界NR的产量锐减，致使NR的价格飞涨，橡胶工业的发展受到一定程度的影响，但在国内工业总产值、化工工业总产值中仍然占有相当比重。橡胶企业主要集中在北京、上海、山东、沈阳、贵阳、重庆、牡丹江等地。我院为我国橡胶工业的发展作出了突出贡献，为橡胶工业培养了近万名人才，许多毕业生已成为各个橡胶企业的负责人和骨干技术人员。五．橡胶的用途橡胶的用途非常广泛，在交通运输、建筑、电子、石油化工、农业、机械、军事、医疗等各个工业部门以及信息产业都获得了广泛的应用。橡胶的最大用途是在于作轮胎，包括各种轿车胎、载重胎、力车胎、工程胎、飞机轮胎、炮车胎等，一辆汽车约需要240Kg橡胶，一艘轮船约需要60~70吨橡胶，一架飞机需要600kg橡胶，一门高射炮约需要86Kg橡胶。橡胶的第二大用途是作胶管、胶带、胶鞋等制品，另外如密封制品、轮船护弦、拦水坝、减震制品、人造器官、粘合剂等，范围非常广泛。有些制品虽然不大，但作用却非常重要，如美国“挑战者”号航天飞机因密封圈失灵而导致航天史上的重大悲惨事件。六．橡胶工艺原理的学习方法及主要参考资料橡胶工艺原理课理论性不是很强，经验总结比较多，不需要死记硬背，它与实际的联系比较紧密，所以学习时一定要与实际相结合，有条件的话多到工厂生产第一线学习参观。重点掌握生胶的性能特点与用途，橡胶的配合，橡胶的加工，对常见的专业术语要能够理解，要学会查阅文献资料。最终目的是要运用所学的理论知识，借助已有的工具和资料，根据产品的性能要求，设计配方，加工制造出合格的产品。另一方面，能运用所学的知识，分析解决生产中遇到的实际问题。主要参考资料：1．文摘性（1）中国化工文摘（季刊）；（2）化学文摘（ChemicalAbstract）（CA）；（3）PAPRAAbstract英国塑料橡胶协会文摘；（4）日本科技文献速报；（5）橡胶文摘；2．中文刊物（1）橡胶工业（月刊）（北京橡胶设计院）；（2）合成橡胶工业（双月刊）（兰化）；（3）特种橡胶制品；（4）橡胶参考资料；（5）橡胶译丛；（6）胶带工业；（7）乳胶工业；（8）炭黑工业；等3．主要外文刊物（1）RubberChemistryandTechnology（2）ゴム协会志5第一章生胶§1.1前言一．本章内容及要求通过本章学习，要掌握各种生胶的制造、结构、性能及应用特点。重点是各种生胶的物理性能、化学性能、使用性能及加工性能，以及这些性能与结构的关系。要求：1．掌握NR及通用合成橡胶的结构、性能；2．掌握特种合成橡胶的结构及主要特性；3．了解新形态橡胶的结构及特性；4．了解再生橡胶的制造过程；5．掌握再生橡胶的使用特点。二．橡胶的分类1．按来源和用途分：天然橡胶（NR）合成橡胶通用合成橡胶特种合成橡胶丁苯橡胶（SBR）顺丁橡胶（BR）丁腈橡胶（NBR）氯丁橡胶（CR）乙丙橡胶（EPM、EPDM）丁基橡胶（IIR）异戊橡胶（IR）氟橡胶（FPM）硅橡胶（MVQ或Q）聚氨酯橡胶（PU）丙烯酸酯橡胶（ACM）聚硫橡胶（T）氯化聚乙烯（CPE）氯磺化聚乙烯（CSM）氯醚橡胶或氯醇橡胶（CO、ECO）环氧化天然橡胶（ENR）2．按主链结构及极性分类6碳链橡胶饱和非极性：IIR、EPR、EPDM不饱和非极性：NR、IR、SBR、BR饱和极性：CPE、CSM、FPM、ACM不饱和极性：NBR、CR杂链橡胶：T、CO、PU元素有机橡胶：Q3．按形态分：固体橡胶（块状橡胶）、液体橡胶、粉末橡胶4．按交联结构分：化学交联的传统橡胶、热塑性弹性体以上各种橡胶，NR的用量最大，其次是SBR、BR、EPDM、IIR、CR、NBR，近年来，NR的用量占全部橡胶用量的30%~40%，SBR占合成橡胶的40%~50%。§1.2天然橡胶天然橡胶是从天然植物中采集来的一种弹性材料，在自然界中含橡胶成分的植物不下两千种，如高大的乔木、灌木、草本植物和爬藤植物等，我们常见的橡胶树、橡胶草、蒲公英等都含有橡胶