橡胶工艺原理

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(America Society of Test and Material)。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。

2）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。

• 生胶（或与其它高聚物并用）：母体材料或基体材料
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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

1．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Du Pont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。