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输送带原料橡胶使用过程中硫化的意义

编辑:擎川小擎发布时间:2021-09-07 09:27人气:

输送带在生产过程橡胶是主要原料,橡胶在实际使用过长中需要先进行硫化,下面介绍橡胶在实际应用中硫化的意义
   硫化是指橡胶的线性大分子链通过化学构成三维网状结构的化学变化过程。进而胶料的物理性能及其他性能都发生根本变化。橡胶分子链在硫化前后的状态
    橡胶硫化时橡胶制品制造工艺的最后一个流程,也是橡胶制品加工中最主要的物理-化学过程。这一过程使未硫化胶料转变成为硫化胶,从而赋予橡胶各种宝贵的物理性能,使橡胶成为广泛应用的工程材料,在许多重要部门和现代尖端科技,如交通、能源、航天航空及宇宙开发的各个方面都发挥了重要的作用。
   硫化反应是美国人Charles Goodyear 于1839年发现的。他将硫黄与橡胶混合加热制得性能较好的材料。这一发现是橡胶史上最重要的里程碑。英国人Hancock最早把这一办法用于工业生产,他的朋友Brockeden 最早把这一方法用于工业生产,他的朋友Brockeden把这一过程使高聚物大分子交联形成网络结构,它严格限制了分子链的互动滑动除了硫黄外,人们又陆续发现了许多化学物质,例如过氧化物、金属氧化物、醌肟类化合物、胺类化合物。。。。。。都可使橡胶硫化,有些橡胶不用硫化剂,用γ射线辐射也能硫化。但是,无论交联剂品种或硫化方法如何变化,硫黄在橡胶工业用交联剂中仍占统治地位,硫化仍然是橡胶工业最重要的环节,因此硫化就成为交联的代表性用语。
   硫化过程使交联过程,或称网络结构化过程,是20世纪50年代和60年代的普遍看法。60年代末期和70年代初期热塑性橡胶(thermoplastic rubber,简称TPR)的出现和发展,使橡胶交联过程有多相变化特征概念得以充实和加宽。随着合成橡胶的发展并通过对各种合成胶结构、硫化过程及硫化胶结构的研究发现,硫化胶的结构是复杂的,其中有化学交联键交联,也有分子间作用力所形成的组合,如结晶区和氢键,或其他形式的化学键如离子键的交联。这些形式缩蒂合的硫化胶结构形成三维网状。例如氯丁橡胶、羧基橡胶等在硫化过程中,由于极性基团的原因,形成离子键的特殊结构分子网,如图2-2所示。
   热塑性弹性体的嵌段共聚物,它所形成的三维网络的连接点是分子链一些硬链段靠分子间作用力结合在一起,如图2-3所示。热塑性弹体通过各种分子间作用力如氢键、结晶、聚集相(及硬嵌段)等约束成分蒂合的网络都是物理交联键,而其他化学形式的交联如通过配合离子键或可逆共价键或接枝所形成的热塑性弹性体的网络结构与硫化形成的化学交联概念不同,它们是可逆的,又称“热消除”交联键(heat-fugitive cross links)。在高温下,热塑性弹性体表现为塑性,交联键消失。在100度以下,又具有硫化胶的综合性能。由此看来,原来硫化的概念是描述线性分子的橡胶通过化学共价键的交联转化为三维网络的含义,现在应扩展。但是,现代的硫化概念仍然是线形的橡胶分子链通过化学交联形成三维网状机构个过程。
   橡胶经硫化(交联)使原结构发生变化,这必然导致在物理及化学性质方面的变化。橡胶在硫化过程中物理力学性能的变化如图2-4所示。
   橡胶的硫化过程,是硫化胶结构连续变化的过程。如天然橡胶的交联键数量在一定的硫化时间内逐渐地增加,而达到一个极限值后又有所下降,此外,硫化的过程中所生成的交联键类型以及交联键的分布都依赖硫化过程有所变化。
   由图2-4可知,不同结构的橡胶,在硫化过程中物理力学性能的变化虽然有不同的趋向,但大部分性能的变化却基本一致,即随硫化时间的增加,除了扯断伸长率和永久变形是下降外,其余指标均是提高的,因为,未硫化的生胶是线性化结构,其分子链具有运动的独立性,而表现出可塑性大,伸长率高,并具有可溶性。经硫化后,在分子链之间形成交联键而成为空间网状结构,因而在分子间除次价力外,在分子链彼此结合处还有主价力发生作用,并且交联键的存在,使分子链间不能产生相对滑移,但链段运动依然存在。所以硫化胶比生胶的拉伸强度大、定伸应力高、扯断伸长率小而弹性大,并失去可溶性而只产生有限溶胀。
   此外,硫化胶的耐温范围大大变宽。以天然橡胶为例,其生胶仅在5~35℃范围内保持弹性,而硫化胶可在-40~130℃的广泛温度范围内保持弹性。因为交联限制了分子链的运动,使低温下不易结晶变硬,而高温下又不产生塑性流动的结果。
   还有,硫化过程中,由于交联作用,使橡胶分子结构中的双键或活性官能团的数量涿渐减少。另一方面,交联键的不断形成使橡胶分子链段的热运动减弱,低分子物质的扩散作用受到阻碍。因此,橡胶的化学稳定性、耐热氧老化性得到提高,同时,像胶的耐气透性及密度也有所提高。
   硫化体系简介
   自1839年发现了硫磺硫化橡胶以来,橡胶工业得到飞跃发展。下面列举几个橡胶硫磺硫化的历史进展:
年份 硫化系统 硫化时间 温度 发明者
1939年 硫黄 9~10h 140℃ Goodyear
1844年 S+PbO 140℃ Goodyear
1906年 S+PbO+苯胺 1~2h 140℃ Mark Oenslager
1920年 S+ZnO+苯胺+硬脂酸 20~40min 140℃ Bayer
1921年 S+ZnO+促进剂D+硬脂酸 约10min 140℃
1925年 S+ZnO+M+硬脂酸 约10min 140℃
1930年 S+ZnO+DM+硬脂酸 约10min 140℃
由于硫黄廉价易得,资源丰富,硫化胶性能好,仍是最佳的硫化剂。经过100多年的研究及发展,已形成几个基本的不同层次的硫黄硫化体系,组成层次表示如下:
硫黄大量硫黄大量硫黄2~3份Semi EV体系
EV体系
EC体系(1979)
100g胶促进剂0.6~11份

1839年 1920年CV体系 1950年
CV代表普通硫黄硫化体系;Semi EV代表半有效硫黄硫化体系;EV代表有效硫化体系;EC代表平衡硫化体系。以上四个不同的硫黄硫化体系在不同橡胶制品中得到了广泛的应用。广州擎川输送带有限公司欢迎各界客户光临。