《橡胶加工工艺及配方设计全套课程.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《橡胶加工工艺及配方设计全套课程.ppt（287页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课程名称：橡胶加工工艺及配方 l学时：32 （第8周2009-10-21第15周2009-12-11） l参考资料： l1、橡胶工业手册第一、二、三分册 l2、教育部高职高专规化教材 橡胶材料与配方（聂恒凯编） l3、徐州工业职业技术学院橡胶工程教研室橡胶通用工艺 l4、 张立群的期刊论文以及 王作龄翻译的关于橡胶配合的期刊论文 l5、吴卫东提供的课程附件电子文件 本节课主要内容 l目前弹性体模块毕业生所关心的几个问题 l点名和交流以及对学生的要求 l教师自我介绍以及弹性体中心简介 l初步总结焦作风神轮胎公司实习 l讲解本门课程设置的意义和所学主要内容 l专题报告：橡胶科学的历史现状和未来 第
2、 8 周周三第一 节课-09-10-21 本门课程所授内容要点 第一部分 橡胶原材料六大体系 第二部分 橡胶配方设计 第三部分 橡胶加工工艺和硫化胶性能 第四部分 上述三部分之间的联系 第 8周周五第二 节课-09-10-23 配方设计中的数学方法配方设计中的数学方法 l第一节 随机变量及其分布 l第二节 数学期望及方差 l第三节 假设检验 l第四节 方差分析 l第五节 试验数据回归分析 l第六节 试验优化与设计 数学方法的四节课内容由刘力教授主讲，时间安排在数学方法的四节课内容由刘力教授主讲，时间安排在 第十一周和十二周（第十一周和十二周（11-1111-2011-1111-20） 橡胶原材
3、料六大体系 （1）生胶及骨架材料最重要的组成部分，决定了胶料的 使用性能、工艺性能和产品的成本。橡胶工业手册第一部分 l（2）硫化体系使橡胶大分子发生化学交联。 l（3）填充补强体系提供胶料的强度和降低成本 l （4）防护体系提高胶料的耐老化性能（耐臭氧、耐热和 耐疲劳）。 l （5）软化增塑体系改善胶料的加工性能，降低成本，提 高硫化胶料的耐寒性）。 l （6）加工分散增粘等特种助剂体系：配方技术含量最高 第 9周周三第三节课-09-10-28 橡胶配方设计 l主要介绍橡胶配方设计的基础知识和通 用橡胶的配方设计原理 橡胶加工工艺 l橡胶的塑炼机理及工艺方法， l橡胶的混炼原理、混炼工艺及质
4、量问题， l橡胶的压延工艺， l橡胶的挤出工艺及口型设计， l橡胶的硫化工艺和硫化介质及硫化工艺的影响因素、 硫化的质量问题。 l混炼胶的常规检验项目和性能指标 输送带配方及加工工艺(SBR体系） lSBR：100 phr lZnO 10; SA:1; M:1 ; CZ:1; TT:1; S:1.0 lA:2; D:2; 4010NA:1; wax:4(RD;DNP) l 磷酸三苯酯：6（Mg(OH)2:3050) lOil: 10 lHAF: 40; CaCO3: 15 lRS:3; RH: 2; silica:15; 分散助剂：1 l合计：190 输送带配方及加工工艺（EPDM体系） lE
5、PDM：100 phr lZnO 10; SA:1; MgO:3; ( DCP:6; S:0.5) （M:2 ; ZDC:1; TT:1.5; S:2.5) lD:2 lWax oil: 1015 lHAF: 5060 lRS:3; RH: 2; silica:15; 分散助剂：1 l合计：190 输送带配方及加工工艺（CR体系） lCR：100 phr (RFL) lZnO:5; SA:12; MgO:4; NA-22:0.51 l4010NA:24 laromatic oil: 1015(DOP;DBP) lHAF: 4050; BaSO4:1020 lRS:3; RH: 2; silic
6、a:15(HRH); 分散助剂：1 l合计：190 橡胶原材料六大体系 （1）生胶最重要的组成部分，决定了胶料的使用 性能、工艺性能和产品的成本。 l（2）硫化体系使橡胶大分子发生化学交联。 l（3）填充补强体系提供胶料的强度和降低成本 l （4）防护体系提高胶料的耐老化性能（耐臭氧、 耐热、阻燃、耐烧蚀等）。 l （5）软化增塑体系改善胶料的加工性能，降低成 本，提高硫化胶料的耐寒性）。 l （6）加工分散增粘等特种助剂体系：配方技术含量 最高 第 9周周三第四节课-09-10-28下午 橡胶加工工艺 l加工工艺： 炼胶车间：塑炼； 密炼机混炼； 开炼机加硫磺； 出片 停放（性能测试）； 成
7、型车间：返炼出片压延、贴胶复合；挤出； 半 成品准备； 缠绕成形（滚筒或胶辊）、轮胎成型机、切割 V带成型机半成品修饰和停放； 硫化车间：硫化特性测试，硫化三要素 后处理：修饰、切割成型、包装 橡胶加工工艺性能 l 开炼机混炼工艺（填料分散性评价）； 测试样品的制备和平板硫化（硫化仪和门尼）； 混炼胶的测试项目；填料分散性；生胶强度；硫化特性； 门尼粘度；流变特性； 硫化橡胶的测试项目；硬度；拉伸力学性能；动态力学性 能 加工工艺性能 l粘度 l 混炼特性；难以分散的填料，用混炼胶薄膜压片 l包辊性：分子间作用力大的生胶品种；混炼胶强度 l 焦烧性；门尼焦烧100degree l 喷雾性：EP
8、DM 100 S 1.5 TT 1.5 M 0.5 l 压延性能（包辊性、流动性、抗焦烧性、低收缩性， 擦胶3040；贴胶:4050;压片5060） 挤出性能 粘着性能（自粘性和互粘性）； 增粘助剂 硫化工艺 ：模压硫化；大型硫化罐（厚制品）； 连续硫化（挤出）；注压硫化（橡胶密封O型圈） l l 橡胶配方设计原理和工艺橡胶配方设计原理和工艺 l配方设计定义 橡胶材料是生胶与多种配合剂构成的多相体系。橡 胶制品的性能取决于橡胶分子本身，以及各种配合剂 性质及它们之间的相互作用关系。 定义：根据产品的性能要求及工艺条件，合理选用原 材料，制订各种原材料的用量配比关系的设计方法。 配方设计决定着产
9、品质量、成本和加工性能。 l需掌握的知识 形态结构 机械 流变 加工性能 常规测试 仪器分析 测试技术 原材料 配合剂 聚合物 复合材料 共混理论 高化 高物 加工工艺原理 配合剂化学 优选法 实验设计 回归分析 最优化技术 配方设计 l配方设计过程绝不是各种材料的简单搭配，而是在了解各种原理的基 础上，充分地发挥整个配方系统的协同效果，利用新技术得到最佳配比 关系。需有厚实的高物、高化、橡胶工艺原理知识，并良好运用。 l l 橡胶配方设计的原则与程序橡胶配方设计的原则与程序 l l 一、设计原则一、设计原则 使产品性能满足使用的要求或给定的指标。使产品性能满足使用的要求或给定的指标。 在保证
10、满足使用性能或给定的指标情况下，尽量节约原材料和在保证满足使用性能或给定的指标情况下，尽量节约原材料和 降低成本，或者在不提高成本情况下提高质量。降低成本，或者在不提高成本情况下提高质量。 使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作，以及有利使胶料适合于混炼、压延、压出、硫化等工艺操作，以及有利 于提高设备生产效率。于提高设备生产效率。 要考虑产品各部位不同橡胶的整体配合，使各部件胶料在硫化要考虑产品各部位不同橡胶的整体配合，使各部件胶料在硫化 速度上和硫化性能上达到协调。例如，轮胎胎面胶和缓冲层、速度上和硫化性能上达到协调。例如，轮胎胎面胶和缓冲层、 帘布层间。帘布层间。 保证质量前提下，
11、尽可能简化配方。保证质量前提下，尽可能简化配方。 最终使橡胶的性能、成本和工艺可行性三方面取得综合平衡最终使橡胶的性能、成本和工艺可行性三方面取得综合平衡 l二、设计程序 1确定胶料技术要求 进行调查研究，了解产品使用时的负荷、工作温度、 接触介质、使用寿命以及胶料在产品结构中所起的作 用，作为配方设计依据。 2收集技术资料 收集国内外有关同类产品或类似产品研制的技术资料 作为配方设计参考。 l3制定基本配方和性能试验项目 制定基本配方步骤如下： 1）确定生胶的品种和用量。根据主要性能指标确定主体胶料品 种，用量与含胶率有关。 2）确定硫化体系。根据生胶的类型和品种，硫化工艺及产品性 能要求来
12、确定。 3）确定补强剂品种和用量。根据胶料性能、比重及成本确定。 4）确定软化剂品种和用量。根据生胶及填料种类，胶料性能及 加工条件确定。 5）确定防老剂品种和用量。根据产品使用环境的条件来确定。 6）确定其它专用配合剂的品种和用量。（如着色剂，发泡剂等 ） l4进行试验并选取最佳配方 小试试验，选出最佳配方 l5复试和扩大中试 l6确定生产配方 生产配方包括：配方组份和用量，胶料性能指标 ，塑炼、混炼条件，硫化条件等整套资料。 补充： 配方研究包括三方面： 基础配方 性能配方 生产配方 l l 橡胶配方设计的组成、表示方法及测试橡胶配方设计的组成、表示方法及测试 配方组成 重量份 重量百 分
13、数 密度（g/cm3)体积百分 数 生产配方 （kg) NR10062.110.9276.7050 S31.862.051.001.5 M10.621.420.500.5 ZnO53.15.570.602.5 SA21.240.921.601 炭黑5031.061.8019.6025 合计16110010080.5 l有些配合剂以母胶形式加入胶料中，配 方需进行相应换算。 NR 100 S2.75 促M0.75 ZnO5.00 SA3.00 防A1.00 炭黑45.00 合计157.5 NR90 促M 10 合计 100 l促M以母胶配方加 入，母胶配方： 配方： 主体橡胶 硫化体系 填充补强
14、体系 软化体系 防护体系 其它助剂 混炼条件 压延条件 硫化条件 时间温度压力 结构和形态： SEM、TEM DSC XRD 化学组成及化 学反应： 色谱 红外 核磁共振 物理机械性能： 可塑度，焦烧 硫化特性 扯断强度 定伸应力 伸长率 永久变形 回弹性 撕裂强度 耐磨性 生热性 老化、耐油等 l三方块原则： 第一大体系：各种橡胶的性能特点 l天然橡胶（NR） l丁苯橡胶（SBR） l顺丁橡胶（BR） l氯丁橡胶（CR） l丁基橡胶（IIR） l丁腈橡胶（NBR） l三元乙丙橡胶（EPDM） n n 硅橡胶（硅橡胶（SiRSiR） n n 氟橡胶（氟橡胶（FKMFKM） n n 聚氨酯橡胶（
15、聚氨酯橡胶（PURPUR） n n 聚丙烯酸酯橡胶（聚丙烯酸酯橡胶（ACMACM ） n n 氯醚橡胶（氯醚橡胶（ECOECO） l天然橡胶（NR） NRNR的主要成分是异戊二烯的均聚物，的主要成分是异戊二烯的均聚物， 其中顺式加成结构达其中顺式加成结构达9797。 l性能优点： l（1）NR是一种结晶性橡胶，可拉伸结 晶，且NR具有较高的分子量。 NR纯胶 硫化后强度可达25MPa；用炭黑增强后 可达35MPa。 l（2） NR的撕裂强度也很高，最高可达 120 kN/m。 l（3）回弹性高，滞后损失小，生热低， 良好的耐疲劳性。 l（4）NR具有较高的耐磨性。 l（5）混炼胶黏合性强，生胶
16、强度高，挺 性好。 l性能缺点： l耐热性不高，常期使用温度低于90oC， 可在100oC下可短期使用；耐老化，耐O3 性能不高主链上存在大量的不饱和 双键。 lNR的耐燃料油性差非极性橡胶与烃 类油相容性高。 天然橡胶的典型用途： l 天然橡胶的应用 l天然橡胶主要应用于轮胎、胶带、胶管 、电线电缆和多数橡胶制品，是应用最 广的橡胶。 l丁苯橡胶（SBR） 苯乙烯含量苯乙烯含量5050 7070 自由基聚合自由基聚合 机理（机理（ ESBRESBR） 阴离子聚合阴离子聚合 机理（机理（ SSBRSSBR） lSBR的性能特点： l非结晶性橡胶，必须使用增强填料补强。 l补强后的强度能达到NR纯硫化胶的水平。 l耐磨性较好（特别是高温），耐寒性较差（比 NR），内耗大，生热高，弹性较低。 l耐热氧老化特性优于NR，硫化速度较NR慢（因 SBR的双键浓度较低和苯环
