[教育]張弢-高分子材料學(xué)課件26polymerprocessing橡膠纖維加工

1、高分子材料成型加工II,橡膠和纖維加工,橡膠加工配合劑,為了制得符合實際使用性能的制品，改善橡膠加工工藝性能以及降低產(chǎn)品成本等在加工工程中加入橡膠的各種化學(xué)物質(zhì)的總稱。硫化劑、硫化促進劑、硫化活化劑、防焦劑、防老劑、補強劑、填充劑、軟化（增塑）劑、著色劑等不同種類的配合劑在不同橡膠中作用不同，同一種配合劑在同一種橡膠中可能起到多重作用。,硫化劑,在一定條件下使橡膠發(fā)生硫化（交聯(lián)）的物質(zhì)統(tǒng)稱硫化劑。硫磺：黃色固體，八面體斜方晶

2、系的a型硫磺，深黃色長針狀單斜晶體的b型。 a型在橡膠中溶解度較好。最主要的硫化劑。硫磺粉、升華硫磺、沉淀硫磺、膠體硫磺和不溶性硫磺等；含硫化合物：主要是有機二硫化物，二硫化四甲基秋蘭姆（促進劑TMTD），二硫代嗎啉等。非硫類硫化劑：金屬氧化物（氧化鋅、氧化鎂等）、有機過氧物物（過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲酰等）、樹脂（烷基酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等）等,硫化促進劑,能加快硫化速度、縮短硫化時間、降低硫化溫度、減少硫化劑用量并提高和改

3、善硫化膠物理機械性能的物質(zhì)稱硫化促進劑。噻唑類：促進劑M，促進劑DM；秋蘭姆類：促進劑TMTD或稱促進劑TT；次磺酰胺類：促進劑CZ、NOBS、NS、DZ、OTOS等；胍類：促進劑D；二硫代氨基甲酸鹽：促進劑PZ、促進劑BZ；醛胺類：促進劑H、促進劑808；黃原酸鹽類：促進劑ZBX；硫脲類：促進劑NA-22其他：三嗪促進劑、硫磷酰促進劑等。,常見的硫化促進劑,防焦劑,也稱硫化遲緩劑，使膠料在加工過程中不發(fā)生早期的硫化

4、現(xiàn)象，但又不妨礙在硫化溫度下充分發(fā)揮促進劑的作用，從而提高膠料加工操作過程中的安全性。,水楊酸（鄰羥基苯甲酸）鄰苯二甲酸酐N-亞硝基二苯胺（防焦劑NA）,防老劑,在橡膠及其制品中加入的延緩其老化過程，延長其儲存和使用壽命的物質(zhì)稱防老劑?？篃嵫趸览蟿?、抗臭氧老化防老劑、有害金屬離子作用抑制劑、抗疲勞防老劑、抗紫外線輻射防老劑等。胺類防老劑（主要品種、用于多種材料）酚類防老劑（效果稍差，但少污染，多用于淺色或無色制品）

5、,常見的防老劑,其他配合劑,軟化劑：增加膠料塑性，有利配合劑分散，便于加工，改善橡膠的低溫性能。重油、柴油、石蠟、松香、DOP等；補強劑：增加橡膠制品的拉伸強度。炭黑與白炭黑；填充劑：起增容作用，惰性填料，碳酸鈣、陶土等；硫化活性劑：也稱助促進劑，參與硫化，提高促進劑的活性，提高硫化速度。氧化鋅（ZnO）和硬脂酸（CH3(CH2)16COOH）并用；著色劑、溶劑、隔離劑、脫模劑、發(fā)泡劑等。,橡膠配方,基本配方、重量百分數(shù)

6、配方、體積百分數(shù)配方、生產(chǎn)配方,生膠塑煉,為滿足橡膠制品加工工藝的可塑性要求對生膠進行機械加工使之由強韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浨揖哂锌伤苄誀顟B(tài)的過程，稱塑煉。目的：降低生膠彈性，增加可塑性并獲得適當?shù)牧鲃有裕詽M足后加工的需要。同時使生膠的可塑性均勻一致。塑煉造成的變化：分子結(jié)構(gòu)和分子量及其分布的變化，造成：彈性降低，可塑性增加；溶解度增大；溶液的粘度降低；粘著性提高；后果：機械強度降低，永久變形增大，耐磨耗性能降低，耐老化

7、性能下降。,塑煉方法,機械塑煉法：開放式煉膠機（開煉機）：低溫塑煉（120 ?C ，160-180?C ），生產(chǎn)效率高，勞動強度低，動力消耗小，可用于多數(shù)橡膠品種；螺桿塑煉機：效率更高，但生膠的可塑性較低，膠料質(zhì)量較差。,化學(xué)塑煉法：借助化學(xué)藥品的作用使生膠達到塑化的目的（塑解劑）。,開煉機塑煉,工作原理：空心輥筒以不等的速度相對回轉(zhuǎn)，摩擦剪切膠料；塑煉方法：往往加入塑解劑薄通塑煉：小輥距（0.5-1mm），不包輥，反復(fù)多次

8、。塑煉效果明顯、可塑性大而均勻、膠料質(zhì)量好；一次塑煉：膠料包輥，連續(xù)塑煉。需時長、塑煉效果稍差，可塑性較低；分段塑煉：塑煉一段時間后下片冷卻一段時間（4-8hr）再繼續(xù)塑煉，反復(fù)多次。,開放塑煉的工藝因素,輥溫和塑煉時間：溫度越低，塑煉效果越明顯（<50?C）；在最初的10-15min塑性增加最明顯（分段塑煉）；輥距和速比：輥距越小，剪切力越大，同時溫度容易降低，塑煉效果越好；速比越大，剪切越大（但溫升越明顯）；化學(xué)塑

9、解劑：有效提高塑煉效果；裝膠量：根據(jù)機臺大小和膠料品種決定（經(jīng)驗）,混煉,將各種配合劑混入生膠制成質(zhì)量均勻的混煉膠的過程稱混煉混煉膠呈兩相結(jié)構(gòu)，粒狀配合劑為分散相，生膠為連續(xù)相混煉前應(yīng)對配合劑和生膠進行必要的處理：干燥、粉碎、篩選、準確稱量。可采用開放式煉膠機和密煉機混煉；影響因素與塑煉類似,混煉的加料順序,加料順序不當會：影響配合劑分散均勻性；導(dǎo)致膠料焦燒、脫輥或過煉，使操作難以進行，制品性能下降。,膠管成型,用

10、于在壓力或真空條件下輸送流體。夾布膠管、編織膠管（鋼絲或棉線）、纏繞膠管等。,,,,夾布膠管,編織膠管,纏繞膠管,硫化,在加熱或其他條件下，生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使線型分子變成網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)，膠料的物理機械性能發(fā)生明顯變化的過程稱硫化。,硫化歷程：硫化誘導(dǎo)期：交聯(lián)尚未開始，自由流動，終點時發(fā)硬并喪失流動性；預(yù)硫階段：交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，交聯(lián)程度較低正硫化階段：交聯(lián)達到相當程度，硫化膠的物理機械性能達到或接近于最佳值；過硫化階段：天

11、然橡膠性能下降，合成橡膠幾乎不變,硫化方法,冷硫化：制品在含有2-5%氯化硫的CS2溶液中浸幾秒到幾分鐘，然后在氨水中吸去酸份，清水洗凈完成硫化。用于薄制品（厚度<1mm）；室溫硫化：自流膠漿（含硫化促進劑等的橡膠溶液）常溫、常壓下進行硫化，用于制品接頭及修補等。熱硫化：加熱加壓條件下的硫化，加熱介質(zhì)為水、蒸汽、熱空氣等。硫化罐硫化：用于膠管、電纜等平板硫化機：膠板、膠帶、小型成型制品等個體硫化機：輪胎等注壓硫化：與注

12、射成型類似，用于密封圈等,典型硫化機,平板硫化機,輪胎硫化機,,現(xiàn)代輪胎的典型結(jié)構(gòu),,,,超強耐磨胎面橡膠,,低生熱過渡橡膠,,,,0度帶束層,,,,,帶束層,,超強耐久胎圈結(jié)構(gòu),,,子午線型簾線,米其林的輪胎生產(chǎn)過程,纖維加工方法,紡絲：熔體紡絲溶液紡絲：濕法紡絲、干法紡絲、干濕法紡絲其他紡絲方法：液晶紡絲、凍膠紡絲、相分離紡絲、乳液或懸浮液紡絲、反應(yīng)紡絲法等；纖維后加工：牽伸和熱定型短纖、長絲的后加工彈力絲、簾子線,

13、高分子材料的可紡性,擠出細流在單軸拉伸應(yīng)力下穩(wěn)定地發(fā)生不可逆伸長形變的能力稱可紡性。形成纖維的必要條件。,內(nèi)聚破壞機理流體的應(yīng)力應(yīng)變分作耗散與儲能兩部分，當儲存的彈性能密度達到某臨界值（液體的內(nèi)聚能密度CED）時導(dǎo)致破壞。相應(yīng)的最大拉絲長度可表示為：,毛細破壞機理當溶液或熔體的表面張力導(dǎo)致的毛細波動的振幅達到無擾動的毛細絲條的半徑時導(dǎo)致成滴破壞。與表面張力a與粘度h之比a/h有關(guān)。,E：楊氏模量；x：拉伸形變梯度；v0：擠出速度；

14、t：松弛時間。,紡絲細流的類型與成絲,液滴型不能形成連續(xù)細流，無法成絲；漫流型沿噴絲頭（板）表面漫流，不穩(wěn)定成絲，極易斷裂；脹大型細流的脹大比若能控制在一定范圍內(nèi)，可得到連續(xù)穩(wěn)定的絲條；破裂型流體無法得到穩(wěn)定的絲條。細流形狀與噴絲孔徑、噴絲板材質(zhì)、擠出速率、流體粘度等有關(guān)?？讖皆龃?、不浸潤流體、擠出速率增加有利于形成脹大流體。,細流類型與流體性質(zhì),細流類型與紡絲流體的表面張力a和粘度h之比有關(guān)。 a /h > 0.01

15、 cm/s時，容易形成液滴,紡絲熔體的制備,直接紡絲與切片紡絲切片干燥：降低水份以減少高溫下的水解（尼龍6 < 0.05%；PET < 0.01%）；提高結(jié)晶度以提高軟化點減少輸送中的破裂、粉末，避免在擠出機中過早地軟化粘結(jié)。真空轉(zhuǎn)鼓干燥和氣流干燥切片熔融：螺桿擠出機熔融,紡絲溶液的制備與紡前準備,溶液聚合得到溶液（一步法，如腈綸）；先聚合得到顆?；蚍勰罹酆衔镌偃芙獾玫郊徑z溶液（兩步法，氯綸、維綸等）。

16、溶解溶劑選擇：溶解性好、沸點合適、穩(wěn)定、無毒或低毒、不造成聚合物性能惡化。濃度：干法紡絲25-35%，濕法紡絲12-25%紡前準備混合：使各批紡絲液性質(zhì)均勻一致；過濾：板框式壓濾機；恒壓過濾和恒速過濾；多道過濾；脫泡：真空脫泡；連續(xù)式與間歇式,紡前設(shè)備,空氣過濾器熱交換器進料絞龍旋風(fēng)分離器布袋除塵器引風(fēng)機氣流干燥管,紡絲設(shè)備：紡絲泵與噴絲頭,熔體紡絲法,纖維成形過程中，只發(fā)生熔體細流與周圍空氣的熱交換，而沒有

17、傳質(zhì)過程。四個步驟：紡絲熔體的制備熔體經(jīng)噴絲頭擠出—熔體細流形成熔體細流被拉伸變細并冷卻凝固；固態(tài)絲條的上油和卷繞噴絲孔徑0.2-0.4mm；孔數(shù)可達10萬；紡速：1000-2000m/min（高速紡達到4000-6000m/min）；空氣冷卻，增加側(cè)風(fēng)或環(huán)風(fēng)加強冷卻。增加“徐冷環(huán)”以降低冷卻速度。,濕法紡絲,溶液經(jīng)噴絲頭進入凝固浴中凝固成絲在凝固浴中同時存在傳熱與傳質(zhì)，甚至包括化學(xué)反應(yīng)（粘膠纖維中黃原酸酯的

18、水解）紡速較熔紡低很多應(yīng)配備凝固浴的配制、循環(huán)及回收裝置更適合短纖維的紡制,淺浴成形,深浴成形,漏斗中成形,管中成形,干法紡絲,紡絲原液經(jīng)噴絲頭在紡絲甬道中揮發(fā)去溶劑，凝固成絲成絲中包括傳熱和傳質(zhì)的過程，但沒有化學(xué)變化紡絲速度取決于溶劑揮發(fā)速度，一般200-500m/min，高速可到700-1500m/min。,合成纖維的后加工,初生纖維結(jié)構(gòu)不完善，物理機械性能差，無法直接應(yīng)用。必須的后處理：拉伸和熱定型；其

19、他后處理根據(jù)需要增減：水洗、上油、干燥、卷取、切斷、加捻等。,拉伸,纖維拉伸是一個冷拉形成細頸的過程,短纖后加工,集束：濕紡較慢，沒有專門的集束工序，熔紡較快，后加工與紡絲速度差別大，因而將初生纖維集中堆放再集中拉伸，稱集束。拉伸（牽伸）：使大分子沿纖維軸向取向排列，同時發(fā)生結(jié)晶或結(jié)晶度、結(jié)晶結(jié)構(gòu)有所變化，提高分子間作用力，完善超分子結(jié)構(gòu)。也稱“二次成形”熱定型：消除纖維的內(nèi)應(yīng)力，提高纖維尺寸穩(wěn)定性。緊張熱定型和松弛熱定型切