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橡胶工艺学基础知识点汇总

2022-05-12 作者:火狐体育网页版链接 来源:火狐体育下载链接

  橡胶是一种材料,它在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〔但能溶胀于〕沸腾的笨、甲乙酮、乙醇-甲苯混合物等溶剂中。改性的橡胶室温下〔18-29°C〕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的长度的1.5倍以下,具有上诉特征的材料称为橡胶。

  拉伸强度:又称扯断强度、抗拉强度,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〔kgf/cm2〕。

  生胶:没有参加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。

  混炼胶:生胶和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。

  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构造而得到的橡胶。一般不溶于溶剂。

  工艺正硫化时间:胶料从加热开场,至转矩上升到最大转矩的90%时所需要的时间。

  补强剂:在橡胶中参加后,使硫化胶的耐磨性、抗撕裂强度、拉伸强度、模量、抗溶胀性等性能获得较大提高的物质。〔或者:具有补强作用的物质称为补强剂。〕

  填充剂:在橡胶中参加后,能够提高橡胶的体积,降低橡胶制品的本钱,改善加工工艺性能,而又不明显影响橡胶制品性能的物质。〔或者:凡具有填充能力的物质称之为填充剂。〕

  橡胶的老化:橡胶或橡胶制品在加工、储存和使用的过程中,由于受内、外因素的综合作用使性能逐渐下降,以至于最后丧失使用价值,这种现象称为橡胶的老化。

  防老剂的对抗效应:两种防老剂并用时的防护效果小于单独使用时防护效果之和,即对抗效应,也就是一种防老剂对另外的防老剂产生有害影响的现象,又称为“反协同效应〞。

  防老剂的加和效应:两种防老剂并用时的防护效果等于单独使用时防护效果之和,即C=A+B称为加和效应。

  防老剂的协同效应:当抗氧加和效应剂并用时,它们的总效能超过它们各自单独使用的加和效能时,称为协同效应。

  增塑剂:是指能够降低橡胶分子链间的作用力,改善加工工艺性能,并能提高胶料的物理机械性能,降低本钱的一类低分子量化合物。

  1、促进剂按构造可分为:噻吩类〔M、DM〕、次磺酰胺类〔CZ、NOBS、DZ〕、秋兰姆类〔TMTD、TMTM〕、硫脲类〔NA-22〕、二硫代氨基甲酸盐类〔ZDMC、ZDC〕、醛胺类〔H〕、胍类〔D〕、黄原酸盐类〔ZIX〕等八类;

  按硫化速度可分为慢速级促进剂、中速级促进剂、准速级促进剂、超速级促进剂、超超速级促进剂五类。

  2、适合高温快速硫化的橡胶构造为双键含量低的橡胶,可采用的硫化体系有高促低硫和硫载体硫化两种。

  3、硫化的本质是线性的高分子在物理或化学作用下,形成三维网状体型构造的过程。

  6、为获得有效硫化体系可采取两条途径,高促、低硫配合和无硫配合〔即硫载体配合〕。

  8、一般来说,硫化胶的性能取决于三个方面〔硫化三要素〕:橡胶本身的构造、交联的密度和交联键的类型。

  9、碳链橡胶中,饱和橡胶有〔乙丙橡胶〕、〔丁基橡胶〕、〔氟橡胶〕、〔卤化聚乙烯橡胶〕、〔聚丙烯酸酯橡胶〕;

  目前所有弹性体中,弹性最好的橡胶是〔聚丁二烯橡胶〕,比重最小的橡胶是〔乙丙橡胶〕,气密性最好的橡胶是〔丁基橡胶〕,气透性最好的橡胶是〔硅橡胶〕,耐压减震性好的橡胶是〔丁基橡胶〕,广泛用作胶黏剂的橡胶是〔液体橡胶〕,具有生理惰性的橡胶是〔硅橡胶〕,滞后损失、生热小的橡胶是〔聚丁二烯橡胶〕,抗湿滑性差的橡胶是〔聚丁二烯橡胶〕,耐热低温性最好的橡胶是〔硅橡胶〕,耐磨性最好的橡胶是〔聚氨基甲酸酯橡胶〕。

  10、吸留橡胶生成量的多少与炭黑的构造有关,而混炼时结合橡胶生产量的多少与炭黑的比外表积有关。

  13、利用开炼机塑炼时氧的作用是〔阻断自由基〕,利用密炼机塑炼时氧的作用是〔引发大

  14、生胶的塑炼方法有物理塑法、化学塑法和机械增塑法;机械增塑法依据设备类型不同

  又可分三种〔开炼机增塑、密炼机增塑和螺杠塑炼机塑炼〕,依据塑炼工艺条件不同,

  15、为减小挠度对压延半成品宽度方向上厚度不均匀的影响,通常采用三种补偿方法,即

  16、NR热氧老化后表观表现为〔外表发粘、变软〕,BR热氧老化后表现为〔变硬、变脆〕。

  17、链终止型防老剂根据其作用方式可分为〔自由基捕捉体型、电子给予体型和氢给予

  18、当防老剂并用时,可产生〔对抗效应、加和效应和协同效应〕,根据产生协同效应的

  19、非迁移性防老剂与一般防老剂相比,主要是具有〔难抽出性、难迁移性和难挥发性〕。

  答:蛋白质:NR中的含氮化合物都属于蛋白质。〔a〕、蛋白质有防止老化作用;〔b〕、分解出氨基酸促进橡胶硫化;〔c〕、使橡胶容易吸收水分,易发霉;〔d〕、蛋白质的吸水性使制品的绝缘性降低;

  丙酮抽出物:指橡胶中能溶于丙酮的物质,主要是一些高级脂肪酸和固醇类物质。〔a〕、高级脂肪酸:软化剂、硫化活性剂〔促进硫化〕;〔b〕、甾醇:防老剂;〔c〕、磷脂:分解出游离的胆碱,促进硫化;〔d〕、少量的胡萝卜素:物理防老剂〔紫外线屏蔽剂〕;

  灰分:是一些无机盐类物质,主要成分是Ca、Mg、K、Na、Cu、Mn等。其中K、Na、Ca、Mg影响橡胶的电性能;Cu、Mn等变价金属含量多加速橡胶的老化〔限度3ppm〕;

  〔1〕、通用合成橡胶: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〕;

  〔2〕、特种合成橡胶: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〕、氯化聚乙烯橡胶〔CPE〕、氯磺化聚乙烯橡胶〔CSM〕、氯醚橡胶或氯醇橡胶〔CO、ECO〕、环氧化天然橡胶〔ENR〕

  答:SBR更耐热氧老化,SBR苯环弱吸电、体积大——分子内摩擦答、双键溶度低;

  答:EDM是完全饱和的橡胶,EDPM主链完全饱和,侧基仅有1%-2%〔mol〕的不饱

  答:随着CAN含量的增加,大分子极性增加,带来一系列性能的变化:内聚能密度增

  答:由于CR是1,4-聚合,所以大分子链上有97.5%的Cl原子直接连在有双键的碳原子

  上,Cl的吸电性使得双键及Cl原子变得极为不活泼,不易发生化学反响,所以它不能

  用硫磺硫化体系进展硫化、耐老化性、耐臭氧老化性能比一般的不饱和橡胶要好得多;

  答:BR冷流性大,主要是因为分子量分布窄。BR的回弹性大,a本身有较高的柔性——σ键易旋转;b分子链无侧基,对σ键的影响小;c为非极性物质,大分子间作用力小。

  4、试比拟一下NR、SBR和BR的弹性、耐老化性和硫磺反响性等有何差异?并从化学构造上加以解释。

  弹性:表示橡胶弹性变形能力的大小,受配方、硫化条件的影响,决定于交联密度。

  橡胶的弹性一般用回弹性表示,指橡胶受到冲击后,能够从变形状态迅速恢复原状的能力。受橡胶内耗的影响,内耗越大,回弹越小。

  NR有良好回弹性的原因:1〕、NR大分子本身有较高的柔性——σ键易旋转;

  NR的分子链中双键旁有3个α位置a、b、c,实验证明,这三个位置上的α—H的解离能不同,活性也不同,与伯氢C相比,a、b是仲氢,脱氢容易,所以反响活性大。而a与b相比,由于脱氢后形成的大分子自由基稳定〔与侧甲基的超共轭作用〕,所以活性更大。反响活性abc。

  1〕、NR中有双键,能够与自由基、氧、过氧化物、紫外光及自由基抑制剂反响;

  2〕、NR中有甲基〔供电基〕,使双键的电子云密度增加,α—H的活性大,使NR更易反响〔易老化、硫化速度快〕。

  丁苯橡胶弹性比NR差。丁苯橡胶的分子柔性低于天然橡胶,因为丁苯橡胶的分子链上的侧基是苯基及乙烯基,它们的摩尔体积大于分子链上有侧甲基的天然橡胶的摩尔体积。由于同样的原因使丁苯橡胶中的大分子链不易内旋转,内旋转位垒因此而增高。其次,丁苯橡胶的内聚能密度比天然橡胶稍高,因此,丁苯橡胶大分子间相互作用就大,分子的旋转运动受的约束力也大。

  丁苯橡胶耐热、耐老化、耐磨性比NR好〔苯环弱吸电、体积大——分子内摩擦大、双键浓度低〕,硫化反响速度慢。

  1〕、顺丁橡胶具有良好的弹性,是通用橡胶中弹性最好的一种。这是因为它的分子链无侧基,分子链柔性较好,分子间作用力较小。

  5、试从化学构造上说明IIR为何具有优良的耐老化和耐气透性?硅橡胶为何耐高温?

  答:丁基橡胶大分子链中每97.5-98mol的异丁烯才有2-2.5个异戊二烯。大约主链上平均有100个碳原子才有一个双键,而天然橡胶那么是主链上每4个碳原子便有一个双键,所以丁基橡胶不饱和度是很低的。橡胶工业上也常称之为饱和橡胶,因此具有优异的化学稳定性。

  气体对聚合物的渗透率决定于气体在聚合物的溶解度和扩散率。简单气体与聚合物之间的作用很弱,以至于扩散率与渗透物质的溶度无关,一般认为气体的扩散室一种热活化过程;气体分子象一个尺寸探测小球从一个空穴向前迁移到另一个空穴,一步步地穿过聚合物。假设聚合物分子链柔性好,自由体积大,便有利于扩散。丁基橡胶分子链特性差,因此耐气透性好。

  硅橡胶由于分子主链是由硅原子和氧原子构成的,因此具有无机高分子的特征。Si—O键的键能〔370kJ/mol〕大得多,具有很高的热稳定性。

  答:不饱和橡胶一般都能用硫磺硫化,单纯用硫磺来硫化橡胶是,硫磺用量大,硫化时间长,所制得的硫化橡胶性能也不好。

  答:硫磺在橡胶中的溶解度随温度升高而增大,但温度降低时,硫磺会从橡胶中结晶析出,形成“喷霜〞现象。

  8、普通硫化体系、有效硫化体系、半有效硫化体系对硫化胶构造与性能有何影响?其应用范围怎样?

  答:普通硫磺硫化体系得到的硫化胶具有良好的初始疲劳性能,室温条件下具有优良的动静态性能,最大的缺点是不耐热氧老化,硫化胶不能在较高温度下长期使用。

  有效硫化体系:硫化胶网络中单S键和双S键的含量占90%以上;硫化胶具有较高的抗热氧老化性能;起始动态性能差,用于高温静态制品如密封制品、厚制品、高温快速硫化体系。

  半有效硫化体系〔SEV〕得到的硫化胶既具有适量的多硫键,又有适量的单、双硫交联键,使其既具有较好的动态性能,又有中等程度的耐热氧老化性能。

  答:测定正硫化时间的方法很多,在工艺上常用的测定方法可分为物理——化学法、物理机械性能法和专用仪器法三大类。前两类方法是在选定的硫化温度下,用不同硫化时间制得硫化胶试片,测定各项性能,然后给制成曲线图,从曲线上找出最正确值作为正硫化时间。最后一类方法那么是在选定的硫化温度下连续地测出硫化曲线,直接从曲线上找出正硫化时间。

  12、什么是结合橡胶?结合橡胶形成的途径有哪些?哪些因素影响结合橡胶的生成量?

  答:结合橡胶也称为炭黑凝胶,是指炭黑混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那局部橡胶。结合橡胶实质上是填料外表上吸附的橡胶,也就是填料与橡胶间的界面层中的橡胶。

  结合胶的生成的途径有两个:一是吸附在炭黑外表上的橡胶分子链与炭黑的外表基团结合,或者橡胶在加工过程中经过混炼和硫化产生大量橡胶自由基或离子与炭黑结合,发生化学吸附,这是生产结合胶的主要原因。其二是橡胶大分子链在炭黑粒子外表上的那些大于溶解力的物理吸附,要同时解脱所有被炭黑吸附的大分子链并不是很容易的,只要有一、两个被吸附的链节没有除掉,就有可能使整个分子链成为结合胶。

  结合胶几乎与炭黑的比外表积成正比增加。随着炭黑比外表积的增大,吸附外表积增大,吸附量增加,即结合橡胶增加。

  天然橡胶是一种很容易产生氧化降解的物质,那些只有一两点吸附的大分子链的自由链局部可能存在于玻璃态层及亚玻璃态层外面。这局部橡胶分子链薄通时同样会产生力学断链及氧化断链。这种断链可能切断了与吸附点的连接,这样就会使结合胶量下降。

  将混炼好额的式样放在不同温度下保持一定时间后测结合胶量。随处理温度升高,即吸附温度提高,结合胶量提高,这种现象和一般吸附规律一致。

  与上述现象相反,混炼温度对结合胶的影响却是混炼温度越高那么结合胶越少。这可能是因为温度升高,橡胶变得柔软而不易被机械力破坏断链形成大分子自由基,炭黑在这样柔软的橡胶环境中也不易产生断链形成自由基,因此在高温炼胶时由于这种作用形成的结合胶会比低温下炼胶的少。

  结合胶量与橡胶的不饱和度和分子量有关,不饱和度高,分子量答的橡胶,生成的结合胶多。

  试验说明,混炼后随停放时间增加,结合胶量增加,大约一周后趋于平衡。因为固体炭黑对固体橡胶大分子的吸附不象固体填料对气体或小分子吸附那么容易。另外化学吸附局部较慢,也需要一定时间。

  13、炭黑的根本性质对硫化胶的拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率、耐磨性有何影响?

  答:炭黑粒径对硫化胶的的拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率、耐磨性都有决定性作用。

  粒径小,撕裂强度、定伸应力、硬度均提高,而弹性和伸长率下降,压缩永久变形变化很小。这是因为粒径小,比外表积大,使橡胶与炭黑间的界面积大,两者间相互作用产生的结合胶多。

  炭黑的构造对定伸应力和硬度均有较大的影响。因为填料的存在就减少了硫化胶中弹性橡胶大分子的体积分数,构造高的炭黑更大程度地减少了橡胶大分子的体积分数。构造对耐磨耗性只有在苛刻的磨耗条件下才表现出一定的改善作用。构造对其他性能也有一定的影响。

  炭黑粒子的外表积粗糙度对橡胶性能的影响也很大。随着粗糙度的增大,硫化胶的定伸应力、拉伸强度、耐磨性和耐屈挠龟裂性下降,而回弹性、伸长率那么增大。这主要是因为炭黑外表的孔隙度增加后,橡胶大分子很难接近这些微孔,使它不能与橡胶相互作用而起到补强效果。

  炭黑外表的含氧基团对通用不饱和橡胶的补强作用影响不大,而对象IIR这类近于饱和的弹性体来说,含氧官能团对炭黑的补强作用非常重要,含氧基团多得槽法炭黑补强性高。

  化学构造〔或链节构造〕:橡胶的根本构造如天然橡胶的单元异戊二烯,存在双键及活泼氢原子,所以易参与反响。

  不饱和碳链橡胶容易发生老化,饱和碳链橡胶的氧化反响能力与其化学构造有关,如支化的大分子比线型的大分子更容易氧化。就氧化稳定性来说,各种取代基团按以下顺序排列:CHch2ch3 span=。/ch2ch3

  硫化胶交联构造:交联键有-S-、-S2-、-Sx-、-C-C-,交联键构造不同,硫化胶耐老化性不同,-Sx-最差。

  15、为什么IR、NR热氧老化后变软,BR、SBR和NBR热氧老化后变硬?

  答:以NR、IR为主的橡胶在热氧化过程中,分子链降解,分子量下降,并产生含有醛酮以及水等的低分子化合物;氧化的橡胶外表发粘、变软,氧可继续扩散氧化。

  以丁二烯均聚或其他单体共聚的橡胶,如:SBR、NBR在热氧老化时以交联反响为主,使橡胶外表层的交联密度显著增大,外观表现为变硬、变脆。

  答:臭氧最易外表上主链的双键反响,一般认为是亲电子加成反响。臭氧老化先是在外表层,通常先生成薄膜,然后薄膜龟裂,特别是在动态条件下使用时,薄膜更易不断破裂而露出新鲜,使得臭氧老化不断向纵深开展,直到完全破坏。

  〔2〕、双键碳原子上取代基的特性:吸电子取代基降低了双键的反响活性,降低了臭氧反响能力;供电子取代基增加了电子云密度,提高了双键的反响活性,提高了臭氧反响能力。如:CR、BR、NR三种胶的耐臭氧老化性为CRBRNR。

  同一臭氧浓度下,橡胶构造不同,臭氧老化特性不同。如NR短时间产生龟裂,但龟裂增长速度慢;SBR、BR、NBR产生龟裂所需时间长,但龟裂增长速度快。

  臭氧进攻橡胶的外表,在外表老化,外表形成臭氧化膜,臭氧化膜比拟硬、脆,可以阻止臭氧向内部渗透,但在动态条件下,老化膜易破裂,臭氧不断地与橡胶反响,最终使橡胶断裂。

  低伸长产生的裂纹数量少,龟裂增长速率快,裂纹深;高伸长产生的裂纹数量多,龟裂增长速率慢,裂纹浅。

  答:以下三种情况可产生协同效应:A、几种稳定机理一样,但活性不同的抗氧剂并用时;

  B、几种稳定机理不同的抗氧剂并用时;C、同一分子具有两种或两种以上的稳定机理者。

  B、橡胶发生臭氧龟裂需要一定的应力或应变,未受拉伸的橡胶臭氧老化后外表形成类似喷霜状的灰白色的硬脆膜。在应力或应变作用下,薄膜发生臭氧龟裂;

  答:臭氧与烯烃大分子首先是发生双键加成作用。继而发生一系列反响,使大分子链断裂成低分子物质。当臭氧分子进攻橡胶分子双键时,假设双键具有亲核性,亲电性的臭氧分子很易进展加成反响,生成分子臭氧化物。因此,大分子构造中含有增大双键亲核性的原子或基团时,都会提高臭氧与双键的反响能力。在天然橡胶中,双键碳原子上联结具有排电子性的甲基基团时,增大了双键的亲核性,提高了臭氧化反响能力。反之,氯丁橡胶连接双键的碳原子上有吸电子性的氯原子,减小了双键的亲核性,降低了臭氧化反响能力。这说明了天然橡胶、顺丁橡胶和氯丁橡胶耐臭氧化能力差异的原因。实验说明,这三种橡胶中,氯丁橡胶表现出最好的耐臭氧化性。

  20、轮胎的胎侧在使用过程中发生的老化形式,根据所发生的老化形式应选用何种防老剂?

  答:轮胎的胎侧随着轮胎每转一圈,经历压缩、伸X不断变形,这种情况下发生疲劳老化。选用对笨二胺类防老剂。

  答:产生压延效应的原因:〔1〕、橡胶大分子链的拉伸取向〔2〕、几何形状不对称的配合剂粒子沿压延方向的取向。

  配方设计:尽量不用粒子几何形状不对称的配合剂,如陶土、滑石粉、碳酸钙和碳酸镁等。

  压延工艺:〔a〕、适当提高压延机辊筒外表的温度〔b〕、提高压延半成品的停放温度;

  22、答:挤出过程中的变化,一般将螺杆工作局部按其作用不同大体上分为喂料段、压缩

  1〕、喂料段:又称为固体输送段,此段从喂料口起至胶料熔融开场。胶料进入加料口后,在旋转螺杆的推挤作用下,在螺纹槽和机筒内壁之间作相对运动,并形成一定大小的胶团。

  2〕、压缩段:又称为塑化段,此段从胶料开场熔融起至全部胶料产生流动止。压缩段承受由喂料送来的胶团,将其压实、进一步软化,并将胶料中夹带的空气向喂料段排出。

  3〕、压出段:又称为计量段,把压缩段输送来的胶料进一步加压搅拌,此时螺纹槽中已形成完全流动状态的胶料。由于螺杆的转动促使胶料流动,并以一定的容量和压力从机头流道均匀挤出。

  顺流:由于螺杆转动促使胶料沿着螺纹槽向机头方向的流动,它促使胶料挤出,又称为挤流。它的速度分布近似直线,在螺杆外表速度最大,在机筒内壁速度近似为零。顺流对挤出产量有利。

  倒流:由于机头对胶料的阻力引起的,也称压力倒流或逆流。胶料顺着压力梯度沿螺杆通道而产生倒流。倒流引起挤出产量减少。

  漏流:在螺杆螺峰与机筒内壁间缝隙,由于机头阻力而引起的,它与顺流方向相反,它引起挤出产量减少。

  环流:又称为横流,由于螺杆旋转时产生的推挤作用引起的流动,它与顺流成垂直方向,促使胶料混合,对产量无影响。

  答:胶料在压力下从口型挤出后,挤出物直径〔或断面尺寸〕比口型直径〔或断面尺寸〕增大,这一现象称为挤出膨胀。

  胶料是粘弹性体,当它流过口型时,同时经历粘性流动和弹性变形。胶料由机头进入型,一般是流道变窄,流速增大,在流动方向上形成速度梯度。这种速度使胶料产生拉伸弹性变形。当口型流道较短时胶料拉伸变形来不及恢复,压出后产生膨胀现象。