橡膠技術(shù)基礎(chǔ)
橡膠技術(shù)基礎(chǔ)
(一)什麼是橡膠老化?在表麵上有哪此表現(xiàn)?
答:橡膠及其製品在加工,貯存和使用過程中,由於受內(nèi)外因素的綜合作用而引起橡膠物理化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能的逐步變壞,*後喪失使用價值,這種變化叫做橡膠老化。
表麵上表現(xiàn)為龜裂、發(fā)粘、硬化、軟化、粉化、變色、長黴等。
影響橡膠老化的因素有哪些?
引起橡膠老化的因素有:
a)氧、氧在橡膠中同橡膠分子發(fā)生遊離基鏈鎖反應(yīng),分子鏈發(fā)生斷裂或過度交聯(lián),引起橡膠性能的改變。氧化作用是橡膠老化的重要原因之一。
B臭氧、臭氧的化學(xué)活性氧高得多,破壞性更大,它同樣是使分子鏈發(fā)生斷裂,但臭氧對橡膠的作用情況隨橡膠變形與否而不同。當(dāng)作用於變形的橡膠(主要是不飽和橡膠)時,出現(xiàn)與應(yīng)力作用方向直的裂紋,即所謂“臭氧龜裂”;作用於變形的橡膠時,僅表麵生成氧化膜而不龜裂。
C)熱:提高溫度可引起橡膠的熱裂解或熱交聯(lián)。但熱的基本作用還是活化作用。提高氧擴(kuò)散速度和活化氧化反應(yīng),從而加速橡膠氧化反應(yīng)速度,這是普遍存在的一種老化現(xiàn)象——熱氧老化。
D)光:光波越短、能量越大。對橡膠起破壞作用的是能量較高的紫外線。紫外線除了能直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯(lián)外,橡膠因吸收光能而產(chǎn)生遊離基,引發(fā)並加速氧化鏈反應(yīng)過程。經(jīng)外線光起著加熱的作用。光作用其所長另一特點(與熱作用不同)是它主要在橡表麵進(jìn)生。含膠率高的試樣,兩麵會出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋,即所謂“光外層裂”。
E)機(jī)械應(yīng)力:在機(jī)械應(yīng)力反複作用下,會使橡膠分子鏈斷裂生成遊離荃,引發(fā)氧化鏈反應(yīng),形成力化學(xué)過程。機(jī)械斷裂分子鏈和機(jī)械活化氧化過程。哪能個占優(yōu)勢,視其所處的條件而定。此外,在應(yīng)力作用下容易引起臭氧龜裂。
F)水分:水分的作用有兩個方麵:橡膠在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時,容易破壞,這是由於橡膠中的水溶性物質(zhì)和清水荃團(tuán)等成分被水抽提溶解。水解或吸收等原因引起的。特彆是在水浸泡和大氣曝露的交替作用下,會加速橡膠的破壞。但在某種情況下水分對橡膠則不起破壞作用,甚至有延緩老化的作用。
G)其它:對橡膠的作用因素還有化學(xué)介質(zhì)、變價金屬離子、高能輻射、電和生物等。
(二)橡膠老化試驗方法可分為哪幾類?
答:可分為兩大類:
1)自然老化試驗方法:又分為大氣老驗,大氣加速老化試驗,自然貯存老化試驗,自然介質(zhì)(包括埋地等)和生物老化試驗等。
2)人工加速老化試驗方法。為熱老化、臭氧老化、光老化、人工氣候老化、光臭氧老化、生物老化、高能輻射和電老化以及化學(xué)介質(zhì)老化等。
熱空氣老化試驗對於各種膠料來說應(yīng)選取什麼溫度等級?
對於天然橡膠來說,試驗溫度通常50~100℃,合成橡膠通常為50~150℃,某些特種橡膠試驗溫度則更高。如丁腈橡膠用70~150℃,矽氟膠一般用200~300℃??傊瑧?yīng)根據(jù)試驗具體確定。
(五)什麼是硫化?
“硫化”一詞有其曆史性,因*初的天然橡膠製品用硫磺作交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)而得名,隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展,現(xiàn)在可以用多種非硫磺交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)。因此硫化的更科學(xué)的意義應(yīng)是“交聯(lián)”或“架橋”,即線性高分子通過交聯(lián)作用而形成的網(wǎng)狀高分子的工藝過程。從物性上即是塑性橡膠轉(zhuǎn)化為彈性橡膠或硬質(zhì)橡膠的過程。“硫化”的含義不僅包含實際交聯(lián)的過程,還包括產(chǎn)生交聯(lián)的方法。
(六)硫化過程可分為哪四個階段?各有什麼特點?
答:通過膠料定伸強度的測量(或硫化儀)可以看到,整個硫化過程可分為硫化誘導(dǎo),預(yù)硫,正硫化和過硫(對天然膠來說是硫化返原)四個階段。
硫化誘導(dǎo)期(焦燒時間)內(nèi),交聯(lián)尚未開始,膠料有很好的流動性。這一階段決定了膠料的焦燒性及加工**性。這一階段的終點,膠料開始交聯(lián)並喪失流動性。硫化誘導(dǎo)期的長短除與生膠本身性質(zhì)有關(guān),主要取決於所用助劑,如用遲延性促進(jìn)劑可以得到較長的焦燒時間,且有較高的加工**性。
硫化誘導(dǎo)期以後便是以一定速度進(jìn)行交聯(lián)的預(yù)硫化階段。預(yù)硫化期的交聯(lián)程度低,即使到後期硫化膠的扯斷強度,彈性也不能到達(dá)預(yù)想水平,但撕裂和動態(tài)裂口的性能卻比相應(yīng)的正硫化好。
到達(dá)正硫化階段後,硫化膠的各項物理性能分彆達(dá)到或接近*佳點,或達(dá)到性能的綜全平衡。
正硫化階段(硫化平坦區(qū))之後,即為過硫階段,有兩種情況:天然膠出現(xiàn)“返原”現(xiàn)象(定伸強度下降),大部分合成膠(除丁基膠外)定伸強度繼續(xù)增加。
對任何橡膠來說,硫化時不隻是產(chǎn)生交聯(lián),還由於熱及其它因素的作用產(chǎn)生產(chǎn)聯(lián)鏈和分子鏈的斷裂。這一現(xiàn)象貫穿整個硫化過程。在過硫階段,如果交聯(lián)仍占優(yōu)勢,橡膠就發(fā)硬,定伸強度繼續(xù)上升,反之,橡膠發(fā)軟,即出現(xiàn)返原。
(七)什麼叫焦燒?
答:焦燒是膠料在工藝過程中產(chǎn)生的早期硫化現(xiàn)象。
焦燒實質(zhì)上是在工藝過程中熱和時間對膠料影響的積累,也可以叫做膠料的熱曆程。膠料的熱曆程逾長,溫度逾高,則可逐漸縮短膠料的焦燒時間。
?。z料在貯存加工成型過程中受熱的作用,發(fā)生早期硫化(交聯(lián))並失去流動性能和再加工的能力,這就是所謂焦燒現(xiàn)象.焦燒問題可以通過哪些途徑來解決?
通常可以通過下途徑解決:
(1)調(diào)整硫化體係,為次磺酰胺促進(jìn)劑的采用,大大改善了防焦燒性能。
(2)改善膠料貯存和加工條件,如加強冷卻;
(3)采用防焦劑。
(八)理想的防焦劑應(yīng)具有哪些性能?
答:理想的防焦劑應(yīng)具有下列性能:1、具有優(yōu)良的防焦性能,對不同促進(jìn)劑和膠料種選擇性小,對其它配合劑不敏感;2、對膠料的硫化特性和硫化膠性能無**影響;3、貯存穩(wěn)定和操作性能良好,不結(jié)塊,不飛揚,分散,不噴霜等,4、符合工業(yè)生產(chǎn)**和衛(wèi)生要求,5、價廉得,6、*好能兼具其它有益的功能。
(九)防焦劑有哪些類彆?
答:按化學(xué)結(jié)構(gòu)大致可分為四類:
一、有機(jī)酸防焦劑。
這類防焦劑包括鄰萘二甲酸酐(PA)、水楊酸,安息香酸,鄰醋酸荃萘甲酸等。它們的防焦效果差,對促進(jìn)劑品種選擇性大,而且顯著降低硫化速度和硫化膠性能,對皮膚有刺激作用,但這類防焦劑價廉得其中*常用的是鄰萘二甲酸酐,一般用於白色配合和工業(yè)製品,它對堿性促進(jìn)劑DPG有效,對MBT出有效,對NOBS,TMTD無效,對硫化速度有影響。
名稱 外觀 熔點℃ 比重
鄰萘二甲酸酐(PA) 白色粉末 >130 1.5
安息香酸(萘甲酸) 白色粉末黃色粉末 122 1.27
水楊酸(鄰羥萘甲酸)白色與淡灰色粉末 157~161 1.48
鄰醋酸萘甲酸 白色與乳白色粉末 >131 1.28
亞硝硝薟類防焦劑
二、一些芳族硝基化合物防焦劑,其中*常用的是N—亞硝蔡二萘胺(NDPA)。與有機(jī)酸不同,這類防焦劑對常用的噻唑類和次磺酰胺類促進(jìn)劑有較好的防焦作用。NDPA對醛胺類似外的所有促進(jìn)劑均有防焦作用,通常用量為0.5份,它對仲胺組成的次酰胺促進(jìn)劑比對伯胺組成的更為有效。但NDPA的防焦效果。亞硝薟類防焦劑並不是一種理想的防焦劑,由於衛(wèi)生原因及S—N型防焦劑的出現(xiàn),其用量已劇減。
三、次磺酸胺類(S—N型)防焦劑
1、含羰蔡的S—N型防焦劑
(1)防焦劑CTP (2)防焦劑CCTP
(3)防焦劑MTP
2、含硫酰蔡的S—N型防焦劑。
(1)防焦劑E(N-三氯甲蔡硫代---萘蔡—萘酰胺)
(2)防焦劑APR—(異丙蔡硫代)—N環(huán)已萘並噻唑—z—磺酰
(3)防焦劑DITS
3、含磷S—N型防焦劑。
4、其它防焦劑:縮硫酮,CIPA,CTPA(本題摘自特種橡膠製品)2/1985 P48《防焦劑的發(fā)展和應(yīng)用》張隱西
(十)防焦劑的作用以及目的是什麼?
答:防焦劑能防止膠料在操作期間產(chǎn)生早期硫化,同時一般又不妨礙硫化溫度下捉時宜劑量正常作用。加入該類物質(zhì)的目的是提高膠料操作**性,增加膠料或膠漿的貯存壽命。
(十一)橡膠為什麼要進(jìn)行硫化?硫化劑有哪幾類?
答:橡膠未經(jīng)硫化以前,缺乏良好的物理機(jī)械性能,實用價值不大。當(dāng)橡膠經(jīng)過硫化後,由於分子結(jié)構(gòu)的變化,而使其綜合性顯著改進(jìn),尤其是抗拉強度,定伸強度,伸長率,彈性,耐磨性,硬度等更為明顯。硫化劑除硫磺、硒、碲以外有含硫氧化物、過氧化物,金屬氧化物,醌類、胺類、樹脂類等。
(十二)為什麼不能無限提高硫化溫度?
溫度是硫化三大要素之一,與所有化學(xué)反應(yīng)一樣,硫化反應(yīng)隨溫度升高而加快,並且大體適用範(fàn)特霍夫定律,即溫度每上升8~10。C(約相當(dāng)於一個表壓的蒸汽壓力),其反應(yīng)速度約增加一倍;或者說,反應(yīng)時間約減少一半。隨著室溫硫化膠料的增加和高溫硫化出現(xiàn),硫化溫度趨向兩個極端。從提高硫化效率來說,應(yīng)當(dāng)認(rèn)為硫化溫度越高越好,但實際上不能無限提高硫化溫度。首先受到橡膠導(dǎo)熱性極小阻礙,對於厚製品來說,采用高溫硫化很難使內(nèi)外層膠料同時達(dá)到平坦範(fàn)圍;其次,各種橡膠的耐高溫性能不一,有的橡膠經(jīng)受不了高溫的作用,如高溫硫化天然橡膠時,溶於橡膠中的氧隨溫度提高而活性加大,引起強烈的氧化作用,破壞了橡膠的組織,降低了硫化膠的物理機(jī)械性能,第三,高溫對橡膠製品中的紡織物有害為棉纖維布料超過期作廢140℃時,強力下降,在240℃下加熱四小時則完全破壞。