张弢高分子材料学课件 26 polymer processing 橡胶纤维加工.ppt

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1、高分子材料成型加工II,橡胶和纤维加工,橡胶加工配合剂,为了制得符合实际使用性能的制品，改善橡胶加工工艺性能以及降低产品成本等在加工工程中加入橡胶的各种化学物质的总称。硫化剂、硫化促进剂、硫化活化剂、防焦剂、防老剂、补强剂、填充剂、软化（增塑）剂、着色剂等不同种类的配合剂在不同橡胶中作用不同，同一种配合剂在同一种橡胶中可能起到多重作用。,硫化剂,在一定条件下使橡胶发生硫化（交联）的物质统称硫化剂。硫磺：黄色固体，八面体斜方晶系的a型硫磺，深黄色长针状单斜晶体的b型。a型在橡胶中溶解度较好。最主要的硫化剂。硫磺粉、升华硫磺、沉淀硫磺、胶体硫磺和不溶性硫磺等；含硫化合物：主要是有机二硫化物，二硫化

2、四甲基秋兰姆（促进剂TMTD），二硫代吗啉等。非硫类硫化剂：金属氧化物（氧化锌、氧化镁等）、有机过氧物物（过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰等）、树脂（烷基酚醛树脂、环氧树脂等）等,硫化促进剂,能加快硫化速度、缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫化剂用量并提高和改善硫化胶物理机械性能的物质称硫化促进剂。噻唑类：促进剂M，促进剂DM；秋兰姆类：促进剂TMTD或称促进剂TT；次磺酰胺类：促进剂CZ、NOBS、NS、DZ、OTOS等；胍类：促进剂D；二硫代氨基甲酸盐：促进剂PZ、促进剂BZ；醛胺类：促进剂H、促进剂808；黄原酸盐类：促进剂ZBX；硫脲类：促进剂NA-22其他：三嗪促进剂、硫磷酰促进剂等。

3、,常见的硫化促进剂,防焦剂,也称硫化迟缓剂，使胶料在加工过程中不发生早期的硫化现象，但又不妨碍在硫化温度下充分发挥促进剂的作用，从而提高胶料加工操作过程中的安全性。,水杨酸（邻羟基苯甲酸）邻苯二甲酸酐N-亚硝基二苯胺（防焦剂NA）,防老剂,在橡胶及其制品中加入的延缓其老化过程，延长其储存和使用寿命的物质称防老剂。抗热氧化防老剂、抗臭氧老化防老剂、有害金属离子作用抑制剂、抗疲劳防老剂、抗紫外线辐射防老剂等。胺类防老剂（主要品种、用于多种材料）酚类防老剂（效果稍差，但少污染，多用于浅色或无色制品）,常见的防老剂,其他配合剂,软化剂：增加胶料塑性，有利配合剂分散，便于加工，改善橡胶的低温性能。重油、

4、柴油、石蜡、松香、DOP等；补强剂：增加橡胶制品的拉伸强度。炭黑与白炭黑；填充剂：起增容作用，惰性填料，碳酸钙、陶土等；硫化活性剂：也称助促进剂，参与硫化，提高促进剂的活性，提高硫化速度。氧化锌（ZnO）和硬脂酸（CH3(CH2)16COOH）并用；着色剂、溶剂、隔离剂、脱模剂、发泡剂等。,橡胶配方,基本配方、重量百分数配方、体积百分数配方、生产配方,生胶塑炼,为满足橡胶制品加工工艺的可塑性要求对生胶进行机械加工使之由强韧的弹性状态转变为柔软且具有可塑性状态的过程，称塑炼。目的：降低生胶弹性，增加可塑性并获得适当的流动性，以满足后加工的需要。同时使生胶的可塑性均匀一致。塑炼造成的变化：分子结构

5、和分子量及其分布的变化，造成：弹性降低，可塑性增加；溶解度增大；溶液的粘度降低；粘着性提高；后果：机械强度降低，永久变形增大，耐磨耗性能降低，耐老化性能下降。,塑炼方法,机械塑炼法：开放式炼胶机（开炼机）：低温塑炼（120 C，160-180C），生产效率高，劳动强度低，动力消耗小，可用于多数橡胶品种；螺杆塑炼机：效率更高，但生胶的可塑性较低，胶料质量较差。,化学塑炼法：借助化学药品的作用使生胶达到塑化的目的（塑解剂）。,开炼机塑炼,工作原理：空心辊筒以不等的速度相对回转，摩擦剪切胶料；塑炼方法：往往加入塑解剂薄通塑炼：小辊距（0.5-1mm），不包辊，反复多次。塑炼效果明显、可塑性大而均匀、

6、胶料质量好；一次塑炼：胶料包辊，连续塑炼。需时长、塑炼效果稍差，可塑性较低；分段塑炼：塑炼一段时间后下片冷却一段时间（4-8hr）再继续塑炼，反复多次。,开放塑炼的工艺因素,辊温和塑炼时间：温度越低，塑炼效果越明显（50C）；在最初的10-15min塑性增加最明显（分段塑炼）；辊距和速比：辊距越小，剪切力越大，同时温度容易降低，塑炼效果越好；速比越大，剪切越大（但温升越明显）；化学塑解剂：有效提高塑炼效果；装胶量：根据机台大小和胶料品种决定（经验）,混炼,将各种配合剂混入生胶制成质量均匀的混炼胶的过程称混炼混炼胶呈两相结构，粒状配合剂为分散相，生胶为连续相混炼前应对配合剂和生胶进行必要的处理：

7、干燥、粉碎、筛选、准确称量。可采用开放式炼胶机和密炼机混炼；影响因素与塑炼类似,混炼的加料顺序,加料顺序不当会：影响配合剂分散均匀性；导致胶料焦烧、脱辊或过炼，使操作难以进行，制品性能下降。,胶管成型,用于在压力或真空条件下输送流体。夹布胶管、编织胶管（钢丝或棉线）、缠绕胶管等。,夹布胶管,编织胶管,缠绕胶管,硫化,在加热或其他条件下，生胶与硫化剂发生化学反应使线型分子变成网状或体型结构，胶料的物理机械性能发生明显变化的过程称硫化。,硫化历程：硫化诱导期：交联尚未开始，自由流动，终点时发硬并丧失流动性；预硫阶段：交联反应发生，交联程度较低正硫化阶段：交联达到相当程度，硫化胶的物理机械性能达到或

8、接近于最佳值；过硫化阶段：天然橡胶性能下降，合成橡胶几乎不变,硫化方法,冷硫化：制品在含有2-5%氯化硫的CS2溶液中浸几秒到几分钟，然后在氨水中吸去酸份，清水洗净完成硫化。用于薄制品（厚度1mm）；室温硫化：自流胶浆（含硫化促进剂等的橡胶溶液）常温、常压下进行硫化，用于制品接头及修补等。热硫化：加热加压条件下的硫化，加热介质为水、蒸汽、热空气等。硫化罐硫化：用于胶管、电缆等平板硫化机：胶板、胶带、小型成型制品等个体硫化机：轮胎等注压硫化：与注射成型类似，用于密封圈等,典型硫化机,平板硫化机,轮胎硫化机,现代轮胎的典型结构,超强耐磨胎面橡胶,低生热过渡橡胶,0度带束层,带束层,超强耐久胎圈结构

9、,子午线型帘线,米其林的轮胎生产过程,纤维加工方法,纺丝：熔体纺丝溶液纺丝：湿法纺丝、干法纺丝、干湿法纺丝其他纺丝方法：液晶纺丝、冻胶纺丝、相分离纺丝、乳液或悬浮液纺丝、反应纺丝法等；纤维后加工：牵伸和热定型短纤、长丝的后加工弹力丝、帘子线,高分子材料的可纺性,挤出细流在单轴拉伸应力下稳定地发生不可逆伸长形变的能力称可纺性。形成纤维的必要条件。,内聚破坏机理流体的应力应变分作耗散与储能两部分，当储存的弹性能密度达到某临界值（液体的内聚能密度CED）时导致破坏。相应的最大拉丝长度可表示为：,毛细破坏机理当溶液或熔体的表面张力导致的毛细波动的振幅达到无扰动的毛细丝条的半径时导致成滴破坏。与表面张力

10、a与粘度h之比a/h有关。,E：杨氏模量；x：拉伸形变梯度；v0：挤出速度；t：松弛时间。,纺丝细流的类型与成丝,液滴型不能形成连续细流，无法成丝；漫流型沿喷丝头（板）表面漫流，不稳定成丝，极易断裂；胀大型细流的胀大比若能控制在一定范围内，可得到连续稳定的丝条；破裂型流体无法得到稳定的丝条。细流形状与喷丝孔径、喷丝板材质、挤出速率、流体粘度等有关。孔径增大、不浸润流体、挤出速率增加有利于形成胀大流体。,细流类型与流体性质,细流类型与纺丝流体的表面张力a和粘度h之比有关。a/h 0.01 cm/s时，容易形成液滴,纺丝熔体的制备,直接纺丝与切片纺丝切片干燥：降低水份以减少高温下的水解（尼龙6 0

11、.05%；PET 0.01%）；提高结晶度以提高软化点减少输送中的破裂、粉末，避免在挤出机中过早地软化粘结。真空转鼓干燥和气流干燥切片熔融：螺杆挤出机熔融,纺丝溶液的制备与纺前准备,溶液聚合得到溶液（一步法，如腈纶）；先聚合得到颗粒或粉末状聚合物再溶解得到纺丝溶液（两步法，氯纶、维纶等）。溶解溶剂选择：溶解性好、沸点合适、稳定、无毒或低毒、不造成聚合物性能恶化。浓度：干法纺丝25-35%，湿法纺丝12-25%纺前准备混合：使各批纺丝液性质均匀一致；过滤：板框式压滤机；恒压过滤和恒速过滤；多道过滤；脱泡：真空脱泡；连续式与间歇式,纺前设备,空气过滤器热交换器进料绞龙旋风分离器布袋除尘器引风机气流

12、干燥管,纺丝设备：纺丝泵与喷丝头,熔体纺丝法,纤维成形过程中，只发生熔体细流与周围空气的热交换，而没有传质过程。四个步骤：纺丝熔体的制备熔体经喷丝头挤出熔体细流形成熔体细流被拉伸变细并冷却凝固；固态丝条的上油和卷绕喷丝孔径0.2-0.4mm；孔数可达10万；纺速：1000-2000m/min（高速纺达到4000-6000m/min）；空气冷却，增加侧风或环风加强冷却。增加“徐冷环”以降低冷却速度。,湿法纺丝,溶液经喷丝头进入凝固浴中凝固成丝在凝固浴中同时存在传热与传质，甚至包括化学反应（粘胶纤维中黄原酸酯的水解）纺速较熔纺低很多应配备凝固浴的配制、循环及回收装置更适合短纤维的纺制,浅浴成形,深

13、浴成形,漏斗中成形,管中成形,干法纺丝,纺丝原液经喷丝头在纺丝甬道中挥发去溶剂，凝固成丝成丝中包括传热和传质的过程，但没有化学变化纺丝速度取决于溶剂挥发速度，一般200-500m/min，高速可到700-1500m/min。,合成纤维的后加工,初生纤维结构不完善，物理机械性能差，无法直接应用。必须的后处理：拉伸和热定型；其他后处理根据需要增减：水洗、上油、干燥、卷取、切断、加捻等。,拉伸,纤维拉伸是一个冷拉形成细颈的过程,短纤后加工,集束：湿纺较慢，没有专门的集束工序，熔纺较快，后加工与纺丝速度差别大，因而将初生纤维集中堆放再集中拉伸，称集束。拉伸（牵伸）：使大分子沿纤维轴向取向排列，同时发生结晶或结晶度、结晶结构有所变化，提高分子间作用力，完善超分子结构。也称“二次成形”热定型：消除纤维的内应力，提高纤维尺寸稳定性。紧张热定型和松弛热定型切断：棉型33-38mm，毛型76-102mm，中长型51-76mm,长丝后加工,加捻：使复丝中各单根纤维紧密抱合，避免在纺织加工中发生断头或紊乱现象并提高拉伸强度。捻度以每米长度内的捻数表示，通常10-40捻/米。络丝（绕丝）：将丝条退绕在锥形纸筒上形成双斜西宝塔形以方便运输和纺织加工。,弹力丝加工,摩擦盘式加捻器,皮圈式加捻器,