橡胶硫化工艺

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实验五  橡胶的硫化工艺
一．实验目的
( }8 j; Z8 L" o/ Y3 E% H0 w7 D* R1、掌握硫化的本质和影响硫化的因素。
% k; [; U! ^- C% v$ A: ^/ f2、掌握硫化条件的确定和实施方法。
6 R6 J) A' F5 `7 D+ `6 d3、掌握平板硫化机的操作方法。
4、了解硫化设备之一—平板硫化机的结构。
% r) O1 K7 f" {2 d6 C+ f二、硫化设备及实验原理
硫化是在一定温度、时间和压力下，混炼胶的线型大分子进行交联，形成三维网状结构的过程。硫化使橡胶的塑性降低，弹性增加，抵抗外力变形的能力大大增加，并提高了其他物理和化学性能，使橡胶成为具有使用价值的工程材料。
硫化是橡胶制品加工的最后一个工序。硫化的好坏对硫化胶的性能影响很大，因此，应严格掌握硫化条件。
1．硫化机两热板加压面应相互平行。
0 [& [; _2 p# H7 K! r, X2．热板采用蒸汽加热或电加热。
+ b6 ^% M  {6 h7 b: \) d+ c3．平板在整个硫化过程中，在模具型腔面积上施加的压强不低于3.5MPa。
& @2 @" f0 x; _+ g6 D5 [3 T' ?9 T8 s4.无论使用何种型号的热板，整个模具面积上的温度分布应该均匀。同一热板内各点间及各点与中心点间的温差最大不超过1℃；相邻二板间其对应位置点的温差不超过1℃。在热板中心处的最大温差不超过±0.5℃。
! m( @. b7 C6 I: ^2 [0 j; m2 y    技术规格
$ l7 h, {  X6 I7 e9 n" R% P" ^% N最大关闭压力            200吨
% F6 ]3 u* ^6 v' |- I柱塞最大行程            250毫米
8 h" f# i- T/ J平板面积                503毫米×508毫米
工作层数                一层
* H0 x; L/ W% l4 q3 k! u总加热功率              27千瓦
  |# P/ h6 A2 a9 P' P4 h, ]8 k  @三、硫化实验的操作
: u8 J* l" ~) `1、胶料的准备
混炼后的胶片应按GB2941规定停放2—24小时，方可裁片进行硫化。其裁片的方法如下：
(1)片状(拉力等试验用)或条状试样
用剪刀在胶料上裁片，试片的宽度方向与胶料的压延方向要一致。胶料的体积应稍大于模具的容积其重量用天平称量，胶坯的质量按照以下方法计算：
胶坯质量（g）=模腔容积（cm3）×胶料密度（g/cm3）×(1.05～1.10)
" |+ s0 y7 y9 \4 H为保证模压硫化时有充足的胶量，胶料的实际用量比计算的量再增加（5～10）％。裁好后在胶坯边上贴好编号及硫化条件的标签。
(2)园柱试样
取2毫米左右的胶片，以试样的高度(略大于)为宽度，按压延垂直方向裁成胶条，将其卷成园柱体，且柱体要卷的紧密，不能有间隙，柱体体积要稍小于模腔，高度要高于模腔。在柱体底贴面上编号及硫化条件的纸标签。
0 H* v- p0 V( i(3)园形试样
  M* }) R" O, m# w+ o. M# N按照要求，将胶料裁成园形胶片试样，如果厚度不够时，可将胶片迭放而成，其体积应稍大于模腔体积，在园形试样底面贴上编号及硫化条件的纸标签。
2、按要求的硫化温度调节并控制好平板温度，使之恒定。
9 O5 U: U8 s- T# b- z7 |3、将模具放在闭合平板上预热至规定的硫化温度±1℃范围之内，并在该温度下保持20min，连续硫化时可以不再预热。硫化时每层热板仅允许放一个模具。
6 R3 j% n7 I$ Z" m! _' A! ~4、硫化压力的控制和调节
1 J0 X% I) F! }1 \硫化机工作时，由泵提供硫化压力，硫化压力由压力表指示，压力值的高低可由压力调节阀调节。
& R2 g# {/ V4 \/ G4 e5、将核对编号及硫化条件的胶坯以尽快的速度放入预热好的模具内，立即合模，置于平板中央，上下各层硫化模型对正于同一方位后施加压力，使平板上升，当压力表指示到所需工作压力时，适当卸压排气约3～4次，然后使压力达到最大，开始计算硫化时间，在硫化到达预定时间立即泄压启模，取出试样。
对新型平板硫化机，合模、排气、硫化时间和启模均为自动控制。
0 s7 d' g" A$ g/ Q' ]3 q4 `6、硫化后的试样剪去胶边，在室温下停放10小时后则可进行性能测试。
四、影响硫化的因素
对已确定配方的胶料而言，影响硫化胶质量的因素有三：硫化压力、硫化温度和硫化时间，又称硫化的三要素。
& t1 B1 q* ^7 T) K/ V# B1、硫化压力
硫化过程中对胶料施加压力的目的，在于使胶料在模腔内流动，充满沟槽(或花纹)，防止出现气泡或缺胶现象；提高胶料的致密性；增强胶料与布层或金属的附着强度；有助于提高胶料的物理机械性能(如拉伸性能、耐磨、抗屈挠、耐老化等)。通常是根据混炼胶的可塑性、试样(产品)结构的具体情况来决定。如塑性大的，压力宜小些；厚度大、层数多、结构复杂的压力应大些。
+ [& K/ k1 n# g6 s0 r. S; A2、硫化温度
7 Y# Z* c& W7 d) S硫化温度直接影响着硫化反应速度和硫化的质量。根据范德霍夫方程式：

3 b+ h9 G; `, r; s: t其中T1—温度为t1时的硫化时间；
, U! w  t! S; Z7 _, }    T2—温度为t2时的硫化时间；
    K—硫化温度系数。
可以看出：当K＝2时，温度每升高10℃，硫化时间就可减少一半，说明硫化温度对硫化速度的影响是十分明显的。也就是说提高硫化温度就可加快硫化速度，但是高温容易引起橡胶分子链裂解，从而产生硫化还原，导致物理机械性能下降，故硫化温度不宜过高。适宜的硫化温度要根据胶料配方而定，其中主要取决于橡胶的种类和硫化体系。
3、硫化时间
6 {5 o# O2 l' ?9 f% V  V( {硫化时间是由胶料配方和硫化温度来决定的。对于给定的胶料来说，在一定的硫化温度和压力条件下，有一个最适宜的硫化时间，时间过长、过短都会影响硫化胶的性能。
, y! p3 ?% o: ]7 f适宜硫化时间的选择可通过硫化仪测定。
五、思考题
1.生胶和硫化胶在分子结构及性能上有何不同？
2.橡胶的硫化历程分为几个阶段？各阶段的实质和意义是什么？
3.何谓硫化三要素？对硫化三要素控制不当会造成什么后果？
4.何谓正硫化和正硫化时间？正硫化时间的测定方法有哪几种？各有何特点？