橡胶的加工工艺

橡胶的加工工艺
一、        橡胶的加工进程回顾
橡胶工业加工始于19世纪。1820年英国人汉科克发明了第一台炼胶机为橡胶的工业化应用奠定了基础，在此前人们只能以浸渍的方法来加工橡胶，以乳胶为原料，做一些简单的浸渍制品，如鞋套或雨衣布。1839年美国人固特异在无意中发现硫化，这对橡胶工业而言是一次革命，因为橡胶经过硫化后，不仅性能大大改善，而且产品的寿命也显著延长。19世纪后期邓录普发明自行车胎也应该看成是件大事，他为当时的自行车及后来出现的汽车发展开辟了道路。第一次世界大战时（1914~1918），橡胶业又相继出现几件大事：一是发明了有机促进剂，从而大大提高了硫化速度，为橡胶工业化生产提供了效率；二是研究成功了合成橡胶，与此同时炭黑也出现了，作为补强剂炭黑是典型代表物，它使橡胶的性能成倍提高，随后防老剂，软化剂，增塑剂等主要助剂也相继出现，在这个基础上，橡胶加工逐步规范化，形成了定型设备和系列加工方法。
二战对橡胶的发展又是一大促进，当时生产NR的东南亚各国都是英国殖民地，鉴于橡胶是战略物资，所以其被英国人牢牢控制运往他国，此举反而促进了SR的诞生。所以从20世纪60年代开始SR产量超过NR。
从二战迄今，世界橡胶工业出现了巨大的变化，在耗胶量方面从每年300万吨激增到目前的1800万吨。制品品种方面，轮胎、管、带、胶鞋、模型制品、胶辊、胶布剂乳胶制品均有长足的发展，制造工业不断更新自动化、机械化、联动化的程度大大提高。产品性能也有了大大提高，如轮胎的平均行使里程从3万公里提高到10万公里以上。另外也不可忽视高新技术引进，是橡胶工业的劳动生产率大大提高。例如力车胎硫化机采用电脑群控，一个操作工的看管台从2台提高到10台。电脑辅助设计（CAD）则成倍提高产品设计的效率，如胶鞋设计整套样板图纸过去最快也得20天，现在1~2天就能完成。
二、        橡胶加工过程概述
橡胶工业是传统工业经历了200年的发展，基本已经定型，其总的过程可概括如下图：
生胶
                胶料           胶部件
助剂        贴合成型        硫化   成品
骨架材料（纤维金属）复合        贴胶帘布或织物
橡胶加工总体而言有如下特点：
1、由于橡胶是高分子物，很难流动、延展，所以必须配置能耗大的重型设备，平均能耗大；
2、橡胶加工工序繁多，使典型的多工序工艺，所以容易出现质量问题，稍一疏忽，就会出现波动，必须对每一道工序严格控制；
3、橡胶加工既有物理加工，又有化学反应（硫化、粘合、补强防老等环节都发生化学反应），是个错综复杂的过程；
4、相对而言，橡胶工艺依赖手工劳动较多，劳动密集程度较高。
三、单元操作
现以加工先后为序，对橡胶工业中带有共性的单元操逐一介绍如下：
1、配合及秤量
就是根据下达车间的生产配方，把各种配合剂按规定重量进行秤
配。这是一道准备工序，是为后面的混炼工序服务的。此道工序最重要的一点是对规定原材料、品种不能漏缺或多加，重量上更要准确，一般误差不得大于1%。
2、塑炼与混炼
塑炼与混炼合称炼胶，其中混炼是让主体材料（橡胶）和各种辅料（助剂包括粗料和细料）通过炼胶机辊筒（开炼机）或转子（密炼机）的剪切，将各种液态、固态（粉状、块状）的原材料强行搓入橡胶大分子的间隙，并均匀分散为止；而塑炼则是混炼的前奏，即将粘度很高（其实质就是分子量很大，分子链很长）的生胶经过机械力或反复断链而降解（即分子量较小，分子链较短）从而降低粘度，使混炼较易进行，或者就是提高可塑度。
⑴塑炼  可以在开炼机上进行，开炼机由一对平行而对转的辊筒及机架、变速箱、电动机等组成，橡胶每经过俩辊的缝隙时，便收到剪切、撕拉、挤压等外力作用，使其断链导致分子量降低，塑性（流动性）增加。塑炼也可以在密炼机中进行，它的工作部件是一对梨形转子，其作用和开炼机的辊筒相仿，只是橡胶通过时不仅受转子的挤压，也在室壁与转子之间受挤压。因此从投料到卸料，橡胶无时无刻不受力的作用。且上面有上顶栓加压，从而形成密闭的循环机械断炼。其效果明显高于开炼机而周期则大大缩短。
⑵混炼  如果说塑炼是生胶单独进行的，那么混炼是还有各种助剂一起参和，其目的是要尽快让助剂进入橡胶（所谓吃粉快），而且进入后还要均匀分散。所以无论采用开炼机还是密炼机加工，混炼的过程均相同，即第一部投料，其程序是先投小料后投大料，小料一次投，大料分批投；第二步通过辊筒或转子的力，把助剂强行搓插到橡胶中，完成吃粉。软化剂一般可加快吃粉；第三步是捣炼，在开炼机中或密炼机中进行。
混炼的最终目的是达到均匀分散，否则会引起胶料性能不一致，分散不均匀的表现是多的地方结团、结块，少的地方则会出现缺陷，构成性能的薄弱环节。
3、压延  压延是将胶料塑造成板片，一般通过压延操作而完成，通常由三辊或四辊压延机进行。压延胶需要适当的可塑度，因此压延前要经过热炼，达到预热和进一步补充加工的作用。压延的应用主要分压延出片及织物贴胶、擦胶。贴胶是胶层主要留在织物表面，而擦胶则进入织物经纬结构之中。
4、挤出  过去称压出，为与塑料加工分别统一改为挤出，是使胶料通过螺杆挤出机，起到造型和补充加工的作用，有许多橡胶制品的半成品均用挤出造型。如轮胎胎面、内胎、胶管、密封胶条、胶鞋围条等等。
挤出工艺的顺利与否，取决于胶料的热可塑性，为此与压延一样也经过热炼。
橡胶挤出机的工作主件是螺杆、机筒、机头、口型及传动机构组成。胶料进入加料口后借助于螺杆的旋转而向前推进，并借助压缩比而压实，除去空气，达到机头时通过口型而造型成各种断面形状。
5、成型  经过压延和挤出的初步造型，然后经过切割使得到外形接近于成品的胶呸，逐个经过称量，有的复杂的制品还要经专门的成型机符合成型，如轮胎。
6、硫化  是橡胶制品最后一道的主要工序，硫化一般均在加热条件（140℃~160℃）下和加压条件下进行，加热的意义在于加速化学反应。因为温度每升10℃，反应时间（硫化时间）便可缩短一倍。压力的作用是减少胶料中水分，挥发物在硫化高温下膨胀发泡造成废次品，而硫化是个化学反应过程，它需要一定的时间，因此温度、压力和时间为硫化三要素，缺一不可，也可简称为硫化条件。

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