2 第二章 橡胶的基本配合2防护增塑加工Word文件下载.docx
- 文档编号:22676252
- 上传时间:2023-02-05
- 格式:DOCX
- 页数:33
- 大小:1.51MB
2 第二章 橡胶的基本配合2防护增塑加工Word文件下载.docx
《2 第二章 橡胶的基本配合2防护增塑加工Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2 第二章 橡胶的基本配合2防护增塑加工Word文件下载.docx(33页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
对热、曲挠裂口有防护作用。
本品不喷霜,有中等污染性。
常用量0.5~2份。
ODPA
辛基化二苯胺
H
(DPPD)
N,N’-二苯基对苯二胺
通用型防老剂,具有优良的耐热抗曲挠龟裂性能,特别是铜、锰害作用甚佳。
本品变色及污染严重。
常用量0.2~0.3份。
4010NA(IPPD)
N-异丙基-N’-苯基对苯二胺
通用型防老剂,对臭氧、曲挠龟裂防护性能特佳。
喷霜性较小,但硫化胶光照变色严重,易迁移到与其接触材料造成污染。
常用量1~3份。
4020
(6PPD)
N-苯基-N’-(1,3-二甲基丁基)对苯二胺
抗臭氧剂和抗氧剂,对疲劳和臭氧龟裂防护性能优良,对热和有害金属亦有较好的防护作用。
与防老剂MB或防老剂RD并用特别适于耐热胶料。
毒性很小,已成为胺类防老剂的主导产品。
常用量0.5~2.5份。
264,
BHT
2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚
为最普通的酚类防老剂,对热氧老化有防护作用,与石蜡并用可防天候老化。
可用于与食品级橡胶制品和浅色制品。
SP
(SPC)
苯乙烯化苯酚
中等强度防老剂,价廉,对热、曲挠、光、天候等老化有良好防护作用。
市售产品多为SP与碳酸钙的复合物(SPC)。
常用量2~3份。
2246(MBMBP)
2,2-亚甲基双-甲基叔丁基苯酚
酚类防老剂较优良品种之一。
对热、氧、有害金属、天候的防老化有良好效果。
不挥发,不污染变色,正常用量不喷霜。
常用量0.5~1.5份。
1010
四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
抗氧化性能优良,是优良的酚类防老剂之一。
挥发性小,不污染,不变色,尤其适用耐热水和耐高温制品。
MB(MBI)
2-巯基苯并咪唑
对氧、天候老化有中等防护效能。
与非污染防老剂并用有明显的协同效应。
本品与RD并用,可获得良好的耐热油等介质的性能。
本品不变色,略有污染,超过2份时易喷霜。
MBZ(ZnMBI)
2-巯基苯并咪唑锌盐
NAPM(APMA)
N-(4-苯胺基苯基)甲基丙烯酰胺
加工型结合防老剂,能交联到橡胶分子链上,防介质抽出,不喷霜和迁移。
其高温热老化性能优于防老剂RD、MB、4010NA,含NAPM的硫化胶在热空气老化后,硫化胶硬度变化值小,拉伸强度和伸长率保持率大。
常用量1.5~2.5份。
石蜡,微晶蜡
石蜡
物理抗臭氧剂。
普通石蜡与橡胶相容性较差,极易喷出橡胶表面,耐久性较差。
微晶蜡的链烷烃有20%以上结晶,喷出速度慢,形成的保护膜细密,有耐曲挠性。
抗氧剂指能抑制橡胶或橡胶制品在贮存和使用过程中受氧作用而破坏的物质。
其主要作用是:
捕捉已产生的自由基,防止引起连锁反应;
分解已生成的氢过氧化物;
钝化存在的重金属。
抗氧剂包括硫醇、二烷基二硫代氨基甲酸盐、二烷基二硫代磷酸盐、长链脂肪族含硫酯和亚磷酸酯以及酰肼、肟类、醛胺缩合物等。
抗臭氧剂通过化学或物理作用能抑制橡胶因臭氧作用而引起的裂口产生和发展的物质。
性能好的抗臭氧剂能迅速与臭氧反应,在橡胶表面形成一层氧化保护膜,阻止臭氧继续向内层渗透;
同时还能与橡胶大分子在臭氧老化断链后生成的醛基和酮基发生交联反应,阻止其进一步降解,从而起到保护作用。
抗龟裂剂是功能型防老剂中的一个分支,指加入胶料中防止或抑制硫化胶在静态或动态条件下产生裂口的物质。
微晶石蜡和对苯二胺类化合物均属此类。
紫外光稳定剂又称紫外光吸收剂,是一种能防止或抑制橡胶或橡胶制品在贮存或使用过程中光氧化发生和发展的物质。
它或能吸收紫外光,把吸收的能量转化为热散出去;
或能屏蔽紫外光,使橡胶制品免受其害;
或能猝灭紫外光,即通过分子间作用,在瞬间把受到紫外光照射后可激发分子的激发能转移掉,从而起到保护作用。
反应型防老剂又称网络键合防老剂,是一类具有活性基的防老剂。
它在硫化过程中能与橡胶分子反应形成共价键结合。
其活性基可以是亚硝基、丙烯基或乙烯基等。
由于这些基团在硫化过程中与橡胶分子产生化学结合,不会被水或有机溶剂抽出,也不会迁移,因此能长期起防护作用。
物理防老剂指混炼时加入胶料中,通过迁移析出表面,形成一层物理保护膜,以隔绝或减少制品与氧或臭氧的接触,从而延长制品使用寿命的物质。
这类防老剂多适用于静态下使用的制品,蜡类即属此类防老剂。
2.4增塑剂
增塑剂又称为软化剂,在橡胶配方中往往不可缺少。
由于增塑剂后橡胶分子链的自由体积增加,减小了橡胶分子链之间的缠绕和分子间的作用力,使大分子内旋转变得较容易,从而能够降低粘度、提高塑性和流动性、改善工艺性能以适应加工的要求,以及调整硫化胶的某些物理机械性能。
增塑剂的用量一般较大,对硫化胶的耐热性、耐寒性、耐介质抽出性、应力-应变性能、硬度均有明显的影响。
另外,增塑剂与橡胶相容性若不好,不仅会喷出橡胶表面,还会加速某些配合剂的迁移和喷霜,会影响胶料的性能和产品的外观质量。
橡胶使用的增塑剂均为相对分子量较低的化合物。
这些物质与橡胶的极性相近,才能起到有效增塑的作用。
增塑剂的增塑效果,与其分子结构有关,亦即是与其分子量、极性(溶解度参数)有关。
二者的溶解度参数越相近,相容性越好。
一般说来,增塑剂的分子量越小,与橡胶的相容性越好,硫化胶的耐寒性越好,但由于在加热条件下容易挥发,硫化胶的耐热性差,亦容易被介质抽出;
增塑剂与橡胶的相容性好,其硫化胶不容易喷霜(吐油),增塑效果明显,较小用量情况下,硬度降低更明显;
分子量大的增塑剂,其硫化胶的耐热性好,耐介质抽出。
2.5加工助剂
橡胶加工助剂泛指在橡胶各个加工环节中起辅助作用,可排除和减轻加工中所遇到困难的专用助剂。
加工助剂可以用来改善胶料的加工性能,包括混炼、压延、挤出、成型性能,同时改善填料的分散并缩短混炼时间。
橡胶加工助剂按其主要作用分为增塑剂、塑解剂、增粘剂、分散剂、均匀剂等五类。
增塑剂或塑解剂因为能降低橡胶的分子量,提高塑炼效果或因为其渗入橡胶分子内部,增加橡胶分子的自由体积,减少橡胶分子之间的相互作用而增加胶料的流动性,仍被认为是加工助剂的一种。
加工助剂为一些含有特殊结构和性能的混合物。
一般不公开具体成分和含量而以商品牌号出示,应根据具体要求,选择合适的品种和用量,达到改善加工性能的目的。
新型加工助剂与传统的加工助剂相比,它具有以下的特征:
(1)多功能新型加工助剂普遍具有多功能,以一种功能为主,其余为副。
无论从组成或功能的角度着眼,它们之间存在着互通性。
例如,一种分散剂也可兼起内脱模剂作用;
以脱模为主功能的内脱模剂,一般兼具防粘、助分散促流动等功能。
(2)高效低用量一般助剂(补强剂除外)添加到橡胶中后,因稀释了主体材料而会降低橡胶的物理性能,但新型加工助剂的配合量仅1~3份,因而对性能影响很有限,也不会对混炼胶成本产生大的影响。
(3)多组分复合新型加工助剂通常通过多组分复配来实现多功能化,即借助于物理混合或涂层包复,使几种组分按额定比例合为一体,各自发挥其功能并产生协同效应。
2.5.1分散剂
填料增强橡胶的效果,除了填料本身的性质和结构决定橡胶与填料之间的相互作用外,填料在橡胶中的分散效果也是一个重要的因素。
填料的分散状态决定橡胶-填料相互作用与填料间相互作用的平衡。
怎样使炭黑、白炭黑等纳米填料在橡胶中发挥应有的作用,其在橡胶中的分散成为关键因素。
例如,填料粒子越细,越容易团聚。
而当团块尺寸大于5μm时,将失去补强作用。
在一般二烯类橡胶配合时,加入偶联剂不让纳米填料在动态条件下形成较大的聚集体,或者添加合适的分散剂,使橡胶/填料达到纳米级复合团聚体。
分散剂是加工助剂中量大面广、发展较快的一类。
它的主要功能是促进大剂量粉体材料在橡胶中的分散。
因为橡胶中使用的粉剂大多粒子细微,有的甚至达到纳米级,并含有少量水分,因此有强烈的集聚、结团倾向。
分散剂的添加可起到两方面的作用:
一是促进分散相(各种粉体)在分散介质(橡胶)中的均匀分散,缩短混炼时间;
二是当分散体系统形成之后,防止已分散粉料再度出现集聚,从而使体系长期保持稳定。
分散剂中所含的常见组分是:
金属皂、脂肪酸及其盐类以及烃类树脂。
目前分散剂的主要成分为脂肪酸酯和金属皂类与界面活性剂的混合物。
这些物质有一些共同的特点,即是自身不容易凝聚,界面活性较大,容易与一些极性或非极性物质产生一定的物理吸附作用,在低温条件下较稳定。
当加入到橡胶中时湿润填料,对填料粒子产生阻隔、分离作用。
从而减小填料粒子间的相互作用,使其不容易聚集,从而改善填料在橡胶中的分散,降低胶料粘度,提高流动性。
这些分散剂大多呈中性,对硫黄硫化体系的硫化速度没有较大的影响。
当分散剂用量过大则会降低拉伸强度、提高伸长率、降低硬度。
这是由于过多的分散剂削弱了橡胶与填料之间、橡胶分子之间的相互作用之故。
同样,由于分散剂的活性,降低了其它助剂与橡胶间的界面能,从而减小胶料喷霜的倾向。
对于过氧化物硫化体系硫化的橡胶,由于分散剂会消耗一定量的过氧化物自由基,有延缓硫化、降低交联程度的倾向,并且分散剂不参与橡胶的反应,起着软化剂的作用。
衡量分散程度高低一般采用“分散度”这个公认的指标,也就是胶料中粉料总表面积S跟总体积V之比。
由于粉体材料在橡胶基质中的分散程度理想与否直接关系到产品的质量,致使分散剂在现代橡胶加工中的应用日趋普遍。
分散剂通常都具有以下特性:
(1)多功能 它们一般由多种成分复配而成,所以往往兼具其他助加工功能,例如加强胶料的模内流动性、方便脱模、加快出片和挤出速度。
这意味着可兼获节能和简化配方的好处。
(2)复配制取 为了达到多功能的目的,在分散剂的制造上较多采用接枝或引入基团等化学手段,或加以复配、包覆等物理处理。
所以,分散剂常与内润滑、脱模、增塑等其他功能交织在一起。
(3)低配合量 跟其他新型加工助剂一样,分散剂的用量仅需2~3份,体现出高效率、低能耗的特点。
(4)改善硫化胶性能 使用分散剂有时还能改善硫化胶的某些加工和物理/机械性能,如加快硫化速度、提高拉伸强度等。
使用分散剂时,为取得理想效果,尚须注意以下事项:
(1)确切掌握所用分散剂的成分,努力做到“物尽其用”。
例如,有的分散剂兼具防粘功能,就可以免去或减少原配方中的防粘剂用量。
又因分散剂一般都兼有软化功能,所以使用了分散剂后可相应减少软化剂和增塑剂的用量。
至于减少的幅度,则要根据试验而定。
(2)分散剂一般都具高效的特点,用量不超过3份。
多用不仅造成浪费,而且有损性能。
(3)有些分散剂的主要成分是锌皂,可减少原配方中的氧化锌用量。
(4)使用了分散剂后,因流动性得到了改善,可酌量降低压延挤出温度,而压延、挤出表面仍保持光洁,收缩率也不受影响。
(5)至于混炼的加料顺序,分散剂应加在填料之前,待粉料吃尽之后再翻炼、下片。
采用密炼机加工,加料顺序也基本相同。
2.5.2均匀剂(homogenizingagent)
均匀剂又称为均化剂,可在不影响胶料力学性能和硫化胶性能的前提下促进不同极性、不同粘度的橡胶快速均匀地混合,稳定相态结构,并且有增塑、增粘和润滑功效,可显著提高共混胶料的加工性能。
不同胶种可通过共混(并用)来达到橡胶的性能互补,但由于胶种之间的性能参数有时相差较大,共混后的均匀程度不理想,以致达不到预期的共混效果。
均匀剂就是专门用来克服此类不足的加工助剂。
不同胶种之间的共混之所以出现困难,主要出于这样一些原因:
(1)橡胶是高分子材料,它的分子体积庞大,因此粘度也大,流动性差,不利于彼此间的混合均匀,这属于先天性的原因;
(2)高分子材料之间的混和均匀与否还取决于一些性能参数是否接近,包括分子量、分子量分布、溶解度参数、极性等。
例如,若两胶的参数值相差甚远,则光凭机械剪切力是难以达到均匀的。
因此,作为专用加工助剂,均匀剂的功能在于:
(1)使一种以上的橡胶通过共混后易于获得良好的均匀度,从而达到性能互补;
(2)缩短共混周期,节约能源。
均匀剂的特点是组分多元化,一般是几种成分的混合物,通常由脂肪烃化合物、芳香烃化合物和石油树脂等复合而得。
由于各组分化学性质不同,整合后能适应不同胶种的共混。
又鉴于均匀剂是在共混过程中加入的,因此必须适应炼胶加工温度,一般以50~60℃为宜。
这些树脂混合物由极性和粘度不同组分组成,因此它与各种橡胶和树脂都有较好的相容性,能提高橡胶大分子链的活动能力,混炼时可迅速地被极性或粘度不同的橡胶吸附,降低橡胶的表面张力,软而粘的均匀剂使橡胶迅速地成团包辊,以免混炼过程中胶料粒子因相互碰撞而再次融合在一起。
同时,由于均匀剂中各组分分子量较高,确保其在混炼温度下具有相对较高的粘度,各胶相在足够高的剪切力场下得以充分混合。
结果,均匀剂使共混胶料在短时间内达到较高的混合均匀性。
均匀剂的作用机理如下:
(1)均匀剂具有“增加相容”作用。
由极性不同的多种物质组成的均匀剂,在结构中引入了极性不等的基团。
在两胶界面层上通过对橡胶分子的物理或化学作用起到一种“桥”的作用,从而加快了不同胶相间的相互渗透与扩散,加速融为一体;
(2)均匀剂具有“润滑”作用。
在加工温度下,均匀剂中的树脂部分在共混温度下首先进入粘流态,其粘度小于橡胶的粘度,此时的树脂流动性大大高于橡胶,从而起到降低橡胶分子间摩擦力的作用;
在共混温度下,均匀剂中的树脂部分处于粘流态,其粘度小于橡胶而流动性则大于橡胶,能改善胶料的流动性,对压延、挤出、充模等后工序都十分有利。
(3)均匀剂中的某些组分还含增粘、软化等功能,起增粘作用。
均匀剂中的某些组分还带有起增粘软化作用的基团,起到“一剂多能”的作用,因此可以削减原配方中增塑剂和增粘剂的配合量。
均匀剂的均化功能与极性、表面张力、共混温度都密切相关,分别如下:
①极性,是共混能否达到均匀的关键因素。
若两胶极性相去甚远,必然导致相互排斥,难以获得链段规模的扩散与渗透,缺乏共混的基础。
而均匀剂则能从中调和。
②粘度,是橡胶分子量的反映。
对共混而言,两胶粘度越接近,就越有利于彼此接触和渗透,相容的几率也就越高,越有利于彼此进入对方。
③表面张力,共混的顺利与否,还要视两胶的表面张力是否接近。
越是接近,越有利于互扩散。
使用均匀剂既可提高并用胶共混均匀性,又可降低混炼胶的粘度,改善胶料的加工流动性,对于未添加增粘剂的胶料,均匀剂可增加其粘着性,也能增进增粘剂的功效。
2.5.3增粘剂
自粘是指同种未硫化胶料的贴合,并停放一定时间后产生的融为一体的现象。
这是两个橡胶表面的大分子通过分子热运动,相互扩散渗透的结果。
任何橡胶都有自粘性,仅程度不同而已。
影响橡胶自粘性的因素,主要有内、外两方面,前者如支链结构、极性基团、不饱和度等;
后者如环境条件和增粘剂的使用。
(1)内部因素。
①橡胶分子尺寸。
自粘的难易与橡胶分子量相关。
实验证明:
大分子尺寸越小,扩散越快;
反之,若尺寸越大,则对界面互扩散和渗透均不利,导致自粘性差。
为此,塑炼是提高自粘性的有效措施。
②支链结构。
支链的长度和取代基团都会影扩散速度,因为侧基的存在有碍于分子热运动。
③极性基团。
橡胶大分子链凡带有极性基团的偶极矩就大,内聚力也大,导致扩散的难度增大。
④不饱和度。
分子链上双键多的胶种都具有好的自粘性,如天然橡胶。
这是因为双键密集而分子链充分柔软,链节易于活动。
而不饱和度低胶种则适得其反,因此缺乏自粘性。
NR、CR等胶种之所以有良好的自粘性,均得益于这种先天性的优势。
一般说来,极性的橡胶的自粘性及与互粘性较好,很少加入增粘剂。
大部分合成橡胶的自粘性则较差,甚至很差,如BR、EPDM。
(2)外部条件。
①粘合时间。
粘合是渐进过程,随着时间延长扩散效应逐步积累,最后导致融合,形成粘力。
②温度。
橡胶大分子的链段运动速度,随着度上升而加快,为橡胶的自扩散和互扩散创造条件并提高运动能量。
反过来,链段运动的加速又造升温,从而形成循环。
③压力。
胶片叠合后加压与否所产生的粘合果不同。
在加压下,界面间距缩小,使扩散更直接,对成型粘合有利。
④使用增粘剂。
以上所举的温度、压力和时都是可控的外部工艺条件,但也不能忽视配方手,那就是增粘剂的使用。
这样做往往可以的考虑到很好的效果,解决难粘问题。
增粘剂是增加橡胶自粘性的专用新型加工助剂。
近年来,它们的品种日见增多,已从原来以松香及其衍生物为主拓展到合成树脂,如烷基酚醛树脂、古马隆树脂、萜烯树脂、石油树脂或改性松香等。
它们都具备多组分、多功能、高效低用量的特点。
这些特点符合橡胶成型中经常遇到的贴合、层压和搭接等操作。
2.5.4橡胶脱模剂
橡胶脱模剂指用于防止橡胶产品与模具表面粘连,并能使之顺利出模而不致撕裂的一类物质。
使用时将它喷或涂于模腔表面,以形成一层有效的隔离层。
对脱模剂的主要要求是:
有一定的热稳定性和化学惰性,不腐蚀模腔表面;
在模腔表面不残留分解物;
不影响产品色泽,但能赋予良好的外观;
无毒;
易于配制,使用方便。
分无机、有机和聚合物几种。
常用脱模剂是有机硅油。
橡胶的硫化与成型技术世界橡胶工业200633(6)
模具污染
模具污染和伴随着污染的脱模性是模具的问题之一,它已成为企业生产中的实际问题,74%的企业存在着模具污染问题。
①橡胶渣滓和脱模剂固体成分等物质的堆积;
②外露部件的污垢、外观不良,胶料在其中的流动差,成型不良,污垢牢固地粘附在模具上,制品形状改变;
③模腔滞留部中堆积增塑剂和内脱模剂;
④形状复杂部分的间隙等配合处产生污垢;
⑤因涂布脱模剂加速了模具的污染进程;
⑥硫化海绵橡胶时模具污染严重,脱模剂不足量;
⑦因模具形状缘故不能彻底清洗;
⑧长时间使用以氟树脂处理的模具,其涂层易剥落,耐久性下降;
⑨与粘合剂一起硫化时模具被污染;
自然,污染状况也会因胶种和橡胶配方的不同而各异。
各种橡胶对模具的污染程度随橡胶的性质而不同,模具用硬质铬镀层处理不够充分,就连氟树脂涂层、复合涂层处理也不够充分,因此洗涤次数频繁。
对于硫化体系来说,HNBR、EPDM、FKM、IIR等橡胶用过氧化物交联和酚醛树脂交联都会成为问题。
特别是EPDM,在注射成型的高温条件下,用过氧化物硫化非常容易污染模具。
此外,脱模剂用量不足的例子很多,对由脱模剂引起污染的原因现在仍很模糊。
关于模具污染的原因有许多报道,已经明晰的新的污染源由有粘合剂污染、发泡剂、与橡胶配合剂的反应产物、隔离剂、橡胶混炼方法过氧化物交联中脱模剂反应产生的脱模剂凝胶分、洗涤时的水质、稀释脱模剂用水中所含的成分等。
模具污染的主要因素是硫化时引起的复合污染,脱模性随着模具污染程度的增加而降低。
关于防止模具被污染的方法,需要特别注意的是发泡剂和隔离剂的选择、粘合剂的种类、涂布方法及涂布量,以及脱模剂用的稀释水和模具的洗涤水。
模具清洗
模具在很多橡胶制品的生产中是不可或缺的。
由于应用次数多、使用频率高,加上在硫化温度下,胶料和脱模剂中的易挥发分不断分解,在模具表面留下污垢。
其来源包括胶料中的分解物、分解物与金属表面反应后的生成物、胶料中的水分与金属化合后形成的锈蚀等。
模垢不仅会影响产品的表面光洁度,而且还会影响花纹沟的深度及线条的清晰度,严重的甚至影响产品的外缘尺寸,导致超公差,造成产品不合格。
激光清洗原理:
激光清洗时,在高功率光束聚集后照射到待清洗表面,瞬间使光能转化为热能,从而使受照物(沉积于模具表面的模垢)熔化、汽化,并在热力的伴随下,从模具表面剥落下来,达到除垢的目的。
复习思考题:
(1)橡胶老化的定义和现象,引起橡胶老化的各种原因和机理。
(2)影响橡胶热氧老化的因素。
(3)阐述常用橡胶防老剂的类型及防护特性,防老剂的结构与防护效能的关系。
(4)橡胶增塑剂和软化剂的作用、分类、增塑原理及其对橡胶物性的影响。
(5)链烷烃油、环烷烃油和芳烃油的主要区别。
链烷烃油、环烷油、芳烃油、合成增塑剂的主要品种及其对各种橡胶中的适用性。
(6)橡胶分散剂、均匀剂、增粘剂、内脱模剂的主要品种、作用及其作用机理。
(7)如何减少橡胶模具模具的污染?
有哪些方法清洗被污染的橡胶模具?
讨论题:
橡胶的防护体系、增塑体系、加工助剂等的选择
(a)根据橡胶品种选择:
NR、NBR、VMQ、ACM、EPDM、FPM、IIR
(b)根据橡胶制品性能要求选择:
物理机械性能、耐热、耐天候、耐介质、抗疲劳等
(c)根据橡胶加工工艺条件选择:
挤出、压延、注射硫化、热空气连续硫化
(d)橡胶配方组分的相互影响,如橡胶共混、高填充、超高硬度、超低硬度、胶料的粘合性等
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二章 橡胶的基本配合2防护增塑加工 第二 橡胶 基本 配合 防护 加工