高分子材料应用技术专业橡胶加工工艺及技术
课
程
报
告
班级：高分子1131
组别：第三组
姓名：张伟
教师：邹一明黄勇
学期：2012/2013年度第二学期
目录
项目一普通输送带上覆盖胶配方设计 (1)
项目二配料工艺 (17)
项目三炼胶工艺 (19)
项目四塑炼胶可塑度的测定 (33)
项目五橡胶的硫化 (38)
项目六橡胶拉伸试验 (43)
项目一
普通输送带上覆盖胶配方设计
一、设计方案
1、输送带结构：上下覆盖胶、带芯、边条胶；
2、上覆盖胶的作用及性能要求。
（1）作用
运输带在使用时，其上覆盖胶受到物料的冲击、磨损、温度变化和打起的作用及微生物的侵蚀等。
（2）性能要求
由于运输带上覆盖胶会与被输送物体直接接触，因此对上覆盖胶要求抗冲击性好，耐磨性好。
由于上覆盖胶直接暴露于空气中，且可能输送易腐蚀的物品，为提高运输带的使用时间及质量，因此要求上覆盖胶具有耐天候性。
由于上覆盖胶要与带芯贴合，因此，要求上覆盖胶必须具有一定的附着性。
由于配方不仅仅是理论上的，而且要用于实际的生产中，因此还要求配方设计的同时，还需考虑加工工艺的可行性。
（3）技术要求
普通输送带上覆盖层拉伸强度不小于15MPa，拉断伸长度不小于350%，磨耗量小于等于200立方毫米，层间粘合强度纵向试样平均值布层间不小于3.2N／mm，覆盖胶与布层间不小于2.1N／mm，耐老化耐生物侵蚀。此处还要求具有良好的粘性等工艺性能。
二、学习任务
（一）生胶
烟片胶#3:在常温下具有较高的弹性,稍带塑性,具有非常好的机械强度,滞后损失小,在多次变形时生热低,因此其耐曲挠性也很好,其电绝缘性良好,但不耐老化,有较好的耐碱性能,但不耐浓强酸,耐油性和耐溶剂性很差,但有良好的加工性能,且防水性较好。玻璃化温度-72℃，分解温度200℃，相对密度0.9～0.95。
SBR：耐磨性、耐气透性好，耐老化性能较NR和BR好，防水性较好，加工安全性较高，硫化速度较慢，不易焦烧、不易过硫，硫化平坦性好；耐撕裂性、弹性、耐寒性差，多次变形下生热大，耐曲挠、龟裂性差，耐油性差，不易过炼，可塑度均匀，硫化后橡胶硬度变化小。
BR：弹性好，耐磨性和耐低温性能好，生热低，滞后损失小，耐曲挠性、抗龟裂性及动态性能好，硫化反应速度较慢，但其拉伸强度较低、撕裂强度差，加工性能差，生胶的冷流倾向大，加工型和自粘性差。
生胶的选择
烟片胶#3具有非常好的机械强度，滞后损失小，在多次变形时生热低，其绝缘性良好，有良好的加工性能，且防水性较好，这些都是输送带上覆盖层所需要的加工要求，虽不耐老化，但可以通过防老剂改善。
SBR的耐磨性、耐气透性好，耐老化性能比NR和BR好，加工安
全性较高，硫化平坦性好，虽然这些都是输送带上覆盖层所需要的，但其在多次变形下生热太大，故不采用。
BR耐热性能好，生热低，滞后损失小，耐曲饶性和耐动态性能好，都是输送带上覆盖层所需要的性能，并且没有太大的缺点，故采用。
（二）硫化体系
1、硫化剂
硫化剂：能使橡胶分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性剂强度增加的物质。在天然胶中，与硫黄配合，能防止硫化返原，改善耐热性，降低生热，耐老化，提高橡胶与帘子线粘合力和硫化胶模量。
在本实验中，选用硫磺为硫化剂。选择传统硫化体系（硫磺用量为2～3份），实际硫磺用量为2份，该体系能使硫化胶结构产生70%以上的多硫交联键，且硫化胶的拉伸强度高，耐磨性和抗疲劳龟裂性好。
缺点就是耐热老化性能差。改善方法：有防老体系给予互补。
2、促进剂
促M：具有快速硫化作用，对天然胶具有增塑作用，焦烧时间中等，增塑作用改善弹性，提高耐寒性。
促NOBS：本品为磺酰胺类硫化促进剂，是一种迟效高速硫化促进剂，起始硫化很慢，但后效优良。可用作大多数橡胶的硫化促进剂，但不宜用于氯丁橡胶。硫化时易分散，硫化后的产品不
喷雾、色变小，可用于轮胎、内胎、胶鞋、胶带等胶料。
促进剂，二硫代氨基硫酸类活性温度低，硫化速度快，交联度高，但易焦烧，平坦性差(促PZ，EZ，PX）,C酸，黄原酸硫化平坦性窄，存储稳定性差，（促ZP，BX）酸秋兰女田类，活性高，硫化速度快，易烧焦，硫化平坦性差，无污染，无毒，可用于制造食品胶，(促TMTD，促TMTD，促TETD）用量一般在1—3份，口塞唑类，硫化活性高，硫速度较快，平坦性好，有较好的综合物理力学生能，无污染，制造方便，价格低廉，酸（促M，DM，MZ，）用量一般在1～1.5份。
HST（硬脂酸）：可作硫化剂、增塑剂、软化剂，改善橡胶性能，使其橡胶分子双键酸性氧化，而加速交联键的形成，配合氧化锌的作用，使橡胶更易加工，也可用月桂酸代替。
ZnO（氧化镁）：氧化镁在橡胶中的作用是用于作催化剂和促进剂。氧化镁的白色填充剂与橡胶之间的结合，使得橡胶具有耐磨性。
MgO：可作硫化剂又可作活性剂，提高硫化速度和流化程度，因不溶于橡胶，所以必须加硬脂酸并用产生能溶于橡胶的锌皂，使其活性左用得以充分发挥。
（三）软化增塑体系
固体古马隆：本品有助于配合剂在胶料中分散，并有增加黏性的作用，可以提高制品的耐寒性，为通用性软化剂。在低温下有迟延硫化防止焦烧的作用，防止焦烧的作用。且松焦油对噻唑类促进剂有活化作用。
软化增塑体系，软化性用于非极性橡胶，增塑剂用于极性橡胶，软化剂，石蜡油，污染性小，相容性差，加工性差，耐寒性好，对胶料的力学性能影响较小，用量一般不大于15份，芳香烃油，橡胶相容性好，不易喷出制品表面，加工性能较好，宜作深仓橡胶制品，对胶料的物理性能有一定的影响，用量一般在5～10份。
（四）补强填充体系
轻质碳酸钙：适用于丁苯橡胶，在高填充下不会导致过高定伸应力，能改善胶料的拉伸强度，撕裂强度和耐磨性，在胶料中易分散，不迟延硫化。
陶土：补强剂填充剂，在再生胶中主要是提高再生胶的拉伸强度，但是副作用在于增加了再生胶的邵氏硬度和降低再生胶的扯断伸长率。用陶土的胶料易加工，提高胶料粘度，增大挺性，减少收缩率，降低成本。
（五）防老体系
防护体系，防A，防D，防A与防D并用，抵抗氧老化，抗屈挠，龟裂性能很好，用量一般在10～20份，胺类，不易喷霜，防护效用较弱，常用于对防老化要求不高的制品最好的非污染型防老剂，可单用或与其他防老剂并用，一般用量在2～3份，补强填充体系，炭黑，粒径很小，比表面积越大，分散性越高，用量使会弹性，伸长率随用量的增加，它们的性能会下降，硬度，定伸应力，随用量的增加，性能会上升，拉伸强度，撕裂强度，耐磨性，随用量的增加会出现，峰值。
（六）各体系的作用、特点及并用
1、软化增塑体系
（1）增塑剂的作用
1、改善橡胶的加工工艺性能：通过降低分子间作用力，使粉末状配合剂更好地与生胶浸润并分散均匀，改善混炼工艺；通过增加胶料的可塑性、流动性、粘着性改善压延、压出、成型工艺。
2、改善橡胶的某些物理机械性能：降低制品的硬度、定伸应力、提高硫化胶的弹性、耐寒性、降低生热等。
3、降低成本：价格低、耗能省。
（2）增塑剂的分类
1、根据作用机理分：
物理增塑剂：增塑分子进入橡胶分子内，增大分子间距、减弱分子间作用力，分子链易滑动。
化学增塑剂：又称塑解剂，通过力化学作用，使橡胶大分子断链，增加可塑性。
大部分为芳香族硫酚的衍生物如2-萘硫酚、二甲苯基硫酚、五氯硫酚等。
（2）对增塑剂的要求
增塑效果好，用量少，吸收速度快；与橡胶的兼容性好，挥发性小、不迁移、耐寒性好，耐水、耐油、溶剂；
电绝缘性好，耐燃性好，无色、无毒、无臭，价廉易得。
（3）橡胶增塑剂的选用原则
1、与橡胶等原材料的兼容性好；
2、对硫化胶或热塑性弹性体等产品的物理性能无不良影响；
3、充油和加工过程中挥发性小；
4、在用乳聚工艺合成的充油橡胶生产中应具有良好的乳化性能；
5、在生胶混炼过程中应使其具有良好的加工性、操作性及润滑性；
6、环保、无污染；
7、具有良好的光、热稳定性；
8、质量稳定，来源充足，价格适中。
（3）各种橡胶与橡胶增塑剂类型的选择
1、SBR硫化胶中含有约百分之三十与硫化无关的低相对分子质量部分。以适宜粘度的橡胶增塑剂加入高相对分子质量的SBR 中替代低相对分子质量部分，既可保持SBR硫化胶的物理性能，又改善了胶料的加工性能，同时还降低了胶料生产成本，增大了SBR的产量。根据物质相似兼容原理及用途和使用场合的不同来选用橡胶增塑剂，如轮胎要求良好的物理性能，且基本不与人体长期接触，因此可填充芳香基橡胶增塑剂。
2、NR充油后具有以下特点：柔软性好，易于混炼加工；抗湿滑性能好，可提高轮胎的耐磨性；但抗撕裂性能下降，扯断永久变形大，主要适用于制造雪地防滑轮胎。含油量大的NR硫化胶的物理性能明显低于普通NR硫化胶；而炭黑补强充油NR硫化胶老化后的物理性能保持率较好。对于像NR这样的结晶性橡胶，如果填充稠环芳烃含量大的橡胶增塑剂，有可能破坏橡胶分子链的结晶性，使硫化胶的物理性能下降；而使用体积较大、稠环芳烃含量较小的橡胶增塑剂，对橡胶分子链的结晶性影响较小，橡胶增塑剂的添加量可以增大。因此填充NR的橡胶增塑剂主要采用芳香基或环烷基橡胶增塑剂。
2、有效硫化体系
（1）一般采取的配合方式有两种
1、高促、低硫配合：提高促进剂用量（3～5份），降低硫黄用量（0.3～0.5份）。
促进剂用量/硫黄用量=3～5/0.3～0.5≥6
2、无硫配合：即硫载体配合。如采用TMTD或DTDM（1.5～2份）。（2）特点
1、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；
2、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。
3、抗硫化返还原好性，适用于高温（160℃）快速硫化
4、硫化均匀性好，适用于厚制品硫化
5、硫化胶耐热性好，生热性小，耐压缩变形性好
（3）促进剂并用原理
促进剂是一种能够提高硫黄及其它硫化剂的硫化速度、交联程度的配合剂。它的主要作用是加快硫化速度，缩短硫化时间、改善胶料物理机械性能、减少硫黄用量，避免硫黄喷霜。
促进剂的种类繁多有二硫代氨基甲酸盐类、秋姆类、噻唑类、次磺酰胺类、胍类、硫脲类、黄原酸盐类、醛胺类。
最常用的促进剂一般也就是秋兰姆类的TMTD TMTM TETD 这类促进剂；焦烧倾向大，定伸应力及拉伸强度大。一般作副促进剂用。噻唑类的DM M它是一种应用广泛，价格低廉的促剂它具有硫化平坦性好、耐老化、不易龟裂，耐磨性好等优点。加入少量的呱类促进剂可以迅速地提高硫化速度。DM有着良好的防焦烧性能。M易早期硫化操作安全性比DM差，这两种促进剂在配方中一般都用作第一促进剂及第二促进剂用。
次磺酰类的CZ NOBS TBBS 这类促进剂具有良好的焦烧性能，硫化胶强度高，硫化曲线十分平坦，与碳黑加工时不会发生焦烧。一般都用作第一促进剂用。胍类促进剂的D，DOTG一般作副促进剂用，其特点是硫化胶硬度高、定伸大、硫化平坦性差。
促进剂一般很少单用只是在一些厚制品及测试用的标准胶中单用。为了提高生产效率、抑制喷霜等原因在日常生产中大量采用了促进剂并用。
促进剂并用的方法种类繁多。在这些常用促进组合中最典型并用
形式有，DM/D（H） DM/TT、 DM/M/TMTD、 DM/D/TMTD、 DM/TMTD 、CZ/NS、 CZ/TMTM 、CZ/D 、M/H。
1、DM与D
DM与D并用它的焦烧性能中等，有着良好的硫化速度，优异扯断强度、及定伸力。它是一种酸性促进剂与减性促进剂并用。它的配比一般在1.3～1.5/0.5～0.8但实际上一般都是1.4/0.5～0.8促进D的变数用于撑控硫化速度。
2、DM/TMTD
DM/TMTD并用，它的焦烧性能中等，良好的硫化速度、扯断强度。是一种酸性与酸性性促进并用，一般配比是1.3～1.5/0.2～0.4这种配比有着它的酸酸互抑功效，有效合理的配比可以延长焦烧时间。当DM用量较多时显示DM的硫变曲线走向，为了调控硫速加入少量TMTD 反而焦烧延长，T90向后推迟。继续增加它的硫变曲线为TMTD的走向，促进剂迅速活化，硫变速度加快。反之当TMTD用量大DM用量小，增加少量DM会延迟硫速，继续增加同样会迅速活化。总之只要有效合理地撑控配比。这样的并用也是个优秀配合。
3.DM/M/TMTDDM/M/TMTD配比
（1）一般配比是1.0～1.3/0.3～0.45/0.1～0.15这个配合更优秀，它有着良好的焦烧性能及硫化速度，优异的扯断强度、定伸强度。DM 作为主促进剂，显示出它的良好硫变曲线。M与TMTD作为第二，第三促进剂确保了它更优良的物性。它是三种酸性促进剂并用。这个配合是在DM/TMTD并用基础发展下来的,减少了TMTD的用量，不但焦烧
比它优异，物性比它更强。但由于酸酸互抑这对硫化速度的调节更难。必须根据配方的实际灵活地撑控。为了便于撑控可以再并用0.1～0.2份促进剂D，使这个组合成为焦烧好，物性高、易撑控的优良组合。促进剂 DM/M/TMTD并用
（2）配比为0.4～0.6/0.8～1.0/0.15～0.2这个配比焦烧性能中等。物性良好。M为主促进剂，DM/TMTD为副促进剂，他的主思路是焦烧要求不高，在（1）的基础上发展下来主要是为了提高硫化速度，有利于提高生产力。
4、DM/D/TMTD
DM/D/TMTD这个配合焦烧性能差，硫化性能，扯断强度、定伸强度良好。它是用D来撑控硫速的。最佳配比是 1.0～1.2/0.5～0.8/0.1/0.2这个配合的最好优点是调控硫速方便。
5、CZ/NS
CZ/NS这是一种中性促进剂与中性促进之间的配合最佳配比是075/1.5他的焦性能优异，硫化速度中等扯断强度良好，定伸长度优秀。这个组合的优点是硫化速度受配合剂的影响小，追求最好的焦烧性能，最优异的定伸长度。
6、CZ/TMTM
CZ/TMTM这个组合是具有优异的焦烧性能，良好的硫化速度。中等的扯断强度及良好的定伸强度。它的硫速调控一般常用增减TMTM 来控制的。
7、CZ/D
CZ/D一般配比是0.6～1.2/0.3～0.5这个组合CZ是第一促进剂D是副促进剂，焦烧性能良好硫化速度中等，扯断强度。定伸强度优秀，调节D来撑控硫化速度。
8、M/TS
M/TS最佳配比为1.3～1.5/0.1～0.3焦烧性能最差，硫化速度最快，扯断强度与定伸长度中等，这个组合适用于要求不高快硫化体系。类以似的配比举不胜举。
总的来说促进剂的灵活搭配应用是配方工艺重要的组成部份。每种促进剂都有它的特点、特性它不但影响焦烧，硫化速度、扯断强度、定伸强度。而且对胶料的机械性能、耐磨性能、老化性能、硬度等都有一定的影响。不管是二种、三种、四种促进剂并用组合都会显示出他们的共同特性。作为一名配方设计师必须对每种促进的特点、特性及促进剂并用的相互联系、互补性能充分了解，才能有的放矢地设计出最佳组合。一个优秀的促进搭配组合已经远远超出了它的控制焦烧及硫化速度的初衷，并且对提高产品的综合物性也具有着深远的意义。
防焦剂的作用是延长硫化历程中的焦烧时间。传统使用的是一些酸性化合物对硫化速度产生了一些延迟作用，但对次磺酰胺类的作用明显下降。目前较为通用的一种防老剂称为CTP这种防老剂与的优点是防焦能力与用量成正比，掌握用量可以控制焦烧，在橡胶中的用量在0.1～0.5份就可以了。它的主要功能是吸收在硫化过程中的促进剂M及各种促进剂在分解过程中产生的并苯噻唑基，从而降低了硫化
胶的活性。也使这种防焦剂得到广泛地应用。
3、填充补强体系
（1）无机填料的特点，与炭黑相比，无机填料具有以下特点：
1、来源丰富，土要米源于矿物，价格比较低；
2、多为白色或浅色，可以制造彩色橡胶制品；
3、制造能耗低，制造炭黑的能耗比无机填料高；
4、某些无机填料具有特殊功能，如阻燃性、磁性等
5、对橡胶基本无补强性，或者补强性低
（2）典型的无机填充剂：硅酸盐类
硅酸盐类填充剂品种很多，如陶土、滑石粉、硅灰石粉、云母粉、石棉、硅铝炭黑、海泡石等。
陶土或粘土是橡胶中用量最大的硅酸盐类填充剂，陶土性质因产地
制发不同而异。陶土生产方法有干法和湿法两种。按补慢效果，陶土有软、硬之分，硬质陶土的补强性能优于软质陶土。
4、防老体系
橡胶老化是指橡胶分子在受到氧、臭氧、酸、碱、及水等物质的作用或在热、紫外线、放射线、机械力等物理、生物因素作用下，结构发生了复杂的物理化学变化。使橡胶的使用物性出现逐渐降低的现象。
橡胶老化的因素众多，有热氧老化、重金属催化老化、紫外线催化裂解、臭氧老化及动态疲劳老化。热氧老化是橡胶老化最重要的氧
化作用，由于橡胶制品是在空气中贮存或使用。所以氧化是最基本、最普遍的一种老化因素。温度对氧化有很大的影响，提高温度会加快橡胶氧化反应。橡胶制品在高温动态下使用时，生热提高，加快了橡胶的老化速度。胺类防老剂，这类防老剂防护效果突出，品种最多它们的主要作用是抗氧剂、抗臭氧化，对热、重金属、紫外线催化及疲劳老化都有显著的防护效果。唯一缺点是有污染性，不宜用于白色、浅色制品中。这类防老剂又可分为胴胺类、醛胺类、二芳仲胺类、二苯胺类、对苯二胺类以及苯烷基芳基仲胺类六个类型。二芳基仲胺类防老剂它是早期的品种之一，如防老剂A、D，对热氧化、屈挠疲劳有较好的防护效果，但对抗臭氧能力较差。
三、原料的选用
主料：烟片胶#3、BR
辅料：硫磺粉、促M、促D、氧化锌、硬脂酸、防A、防D、碳黑、固体古马隆、陶土。
四、橡胶配方设计原则
1、保证硫化胶具有指定的技术性能，使产品优质；
2、在胶料和产品制造过程中加工工艺性能良好，使产品达到高产；
3、成本低、价格便宜；
4、所用的生胶、聚合物和各种原材料容易得到；
5、劳动生产率高，在加工制造过程中能耗少；
6、符合环境保护及卫生要求；
7、在不降低质量的情况下，尽量降低胶料的成本；
8、在不提高胶料成本的情况下，尽量提高产品的质量。
五、配方
Q=10Kg 含胶率=％总质量份
生胶质量份100?=49.02％ 质量百分数=
?总质量份质量份100％ 体积分数=
204d 质量份 换算系数 50==总质量份
Q α 故烟片胶#3用量=50g 450090=? 别的助剂类推
总质量份
胶料密度=2.1
总体积份
六、总结
通过此次项目的学习。我从中了解如何完成一个配方，了解了橡胶的主要性能和各种体系。通过查阅资料，了解了更多的知识，但热然存在不足，希望在今后的学习中改进。
项目二
配料工艺
一、方案
1、清楚托盘天平的使用
2、清楚各种料的性能及称量方法
二、测量助剂
1、促M 79.4g
性状：为淡黄色或黄色粉末，味苦无毒，比重1.42～1.52。不溶于水和汽油，25℃溶解度：乙醇2.0、乙醚1.0、丙酮10.0、苯1.0、四氯化碳<0.2、石油醚<0.5，易溶于醋酸乙酯、丙酮，溶于二氯甲烷、乙醚、氯仿等有机溶剂和卤及卤性碳酸盐溶液中。
用途：是天然橡胶的中速促进剂，兼有增塑剂的功效。可单独使用或与其他促进剂并用，适用于轮胎、胶鞋、工业用橡胶制品。因有苦味，不适用于食品工业橡胶制品。在氯丁橡胶中可作为硫化延缓剂。
2、促NOBS 52.9g
性状：浅黄色颗粒或粉末。比重1.34～1.40。熔点80～90℃。易溶于二氯甲烷、丙酮，溶于苯、四氯化碳、醋酸乙酯、乙醇，微溶于汽油，不溶于水。贮存稳定期为半年。遇热逐渐分解。
用途：促NOBS为后效性硫化促进剂。用法与CZ基本相似，但焦烧时间更长，操作更加安全，达硫化温度时（138℃以上）作用增强。特别适于含碱性炉黑的天然胶料与合成胶料，硫化胶物理及老化性能优良。本品易分散，不喷霜，变色轻微。主要用于制造轮胎、内胎、
胶鞋、胶带、翻修轮胎的挂背胶料等。
三、步骤
1、配合剂的加工
拿出配合剂，若配合剂呈块状，则需用钥匙将其碰碎。
2、配合剂的称量
（1）在托盘天平的左边放一张纸，然后调平。
（2）a、称促M时，在托盘天平右边放砝码（50+20+5），在游码上划出4.4g；
b、称促NOBS时，在托盘天平右边放砝码50g，在游码上划出2.9g；
然后在左边的纸上放配合剂，使托盘天平平衡。
（3）将称好的配合剂放入干净的托盘中，并标明配合剂的名称及质量。
注：称量工具的选择与使用
一般用量少的配合剂（硫化剂、促进剂、活性剂、防老剂等）采用托盘天平称量，而用量大的物料（生胶、炭黑、陶土等）则采用台秤称量，为了保证称量的准确性，每一种量具的最大称量范围不得超过其满标的80％。
四、总结
通过本次项目的学习，我了解原材料以及各种配合剂量的合理使用和称量，试验中也学会了如何使用称量工具。同时也学会了如何切割生胶。