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橡胶工艺原理复习思考题 绪论 1. 橡胶制品品种繁多，但可归纳为哪几类？ 橡胶制品可归纳为五大类：轮胎、胶带、胶管、胶鞋和橡胶工业制品。 2. 简述橡胶的加工的基本工艺过程。 橡胶的加工的基本工艺过程为：塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化。 第一章 生胶 1. 简述天然橡胶的性能。 天然橡胶是不饱和、非极性、具有自补强性能橡胶。橡胶中综合性能最好的，它具有弹 性高、强度高、加工性能好，但它耐老化性差，耐（非极性）溶剂性差。 2. 简述天然橡胶的组成。 天然橡胶的主要成分为顺式-1 ， 4-聚异戊二烯，含量在 90%以上，此外还含有少量的蛋 白质、丙酮抽出物、灰分和水分。 3. 何谓马来西亚标准橡胶分级法？这种分级法有何优点？ 马来西亚标准橡胶分级法（SMR 分级法）以有关的工艺性能为标准进行分级。其主要 指标为：杂质含量；次要指标为：塑性保持率；保证指标：氮含量、挥发分、灰分、颜色指 数。它具有级数少，而同一等级橡胶质量又较一致等显著的优点。 4. 天然橡胶在室温下是无定形的高弹态物质，但在较低温度下或应变条件下产生结晶， 是一种自补强橡胶。 5. 天然橡胶什么性能是橡胶中最好的？ 天然橡胶的综合性能是橡胶中最好的，它是高级橡胶制品的重要原料。 6. 为何天然橡胶不耐汽油、甲苯？ 由于天然橡胶主链结构是非极性，根据极性相似原理它不耐汽油、甲苯等非极性的溶剂。 7. 何谓橡胶的丙酮抽出物？ 橡胶的丙酮抽出物主要成分是脂肪酸和固醇类物质，它们分别有促进硫化和防止老化的 作用，是天然的增塑剂、防老剂和硫化促进剂。 8. 天然橡胶中含过多的水分会产生什么后果？ 天然橡胶中含水量过多，生胶易霉变，硫化时会产生海绵等。但 1的水分，加工过 程中可除去。 9. 我国天然橡胶主要产于哪里？ 我国天然橡胶的产地则主要分布在海南、云南、广东、广西和福建等地区。其中海南、 1 云南的天然橡胶总产量约占全国总产量的 60%和 35%。 10. 何谓通用合成橡胶？ 凡是性能与天然橡胶相近，物理机械性能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其它一般 橡胶制品的合成橡胶。 11. 何谓特种合成橡胶？ 凡是具有特殊性能，专门用于制作耐热、耐寒、耐化学物质腐蚀、耐溶剂、耐辐射等特 种橡胶制品的合成橡胶。 12. 何谓 SBR？ SBR 是 SR 中产量最大的品种，约占 50左右。它是丁二烯与苯乙烯的共聚产物，性 质随苯乙烯的含量不同而变化。 13. 简述 SBR 的结构和性能。 SBR 是不饱和、非极性、非结晶性橡胶。它是一种综合性能较好的通用胶，成本低廉。 与 NR 相比：其耐老化性和耐磨耗性好；加工性不如 NR；硫速慢，对促进剂不敏感，但硫 化平坦期长，焦烧时间长；无自补强，抗撕裂强度特别低。 14. 何谓 BR？ BR 的主要成分为顺式-1 ，4- 聚丁二烯。根据聚合时催化剂的不同，BR 可分为高顺式、 中顺式和低顺式三类。 15. 简述 BR 的结构和主要性能。 不饱和、非极性，在一般温度下不结晶的橡胶。它的弹性是目前橡胶中最好的，也是通 用胶中耐低温性能最好的一种。但它有冷流性，抗湿滑性差，抗刺穿性差的缺点。 16. 何谓 IIR？ IIR是异丁烯与少量异戊二烯的低温共聚物，为白色或暗灰色透明弹性体。 17. 简述 IIR 的结构和主要性能。 由于 IIR 中只含有少量的异戊二烯，因此它的不饱和度低，化学稳定性好，耐老化和耐 热性均优于其它通用胶。它的气密性比 NR 高 8 倍多，所以其最大的用途是制造充气轮胎的 内胎；但它的耐热性好、硫速慢、胶料自粘性、互粘性和相容性很差，仅能与少量的 EPDM、 PE 并用。 18. 何谓 EPM？何谓 EPDM？ EPM 是乙烯和丙烯的定向聚合物，主链不含双键，不能用硫黄硫化，只能用过氧化物 硫化。但硫速慢具有臭味，成本高且不安全。加入少量的第三单体非共轭二烯烃，得到三 元乙丙橡胶 EPDM，这样就可以用硫黄硫化了。 19. 简述 EPDM 的主要性能。 EPDM 基本上是种饱和橡胶，分子内无极性基团，分子链较柔顺。它的耐老化性能是现 有通用胶中最好的。电绝缘性能好，但硫速慢，比一般 SR 慢 34 倍，因而与高不饱和度 2 橡胶并用时，共硫化性和共容性不好。 20. 简述 MQ 的结构和性能。 MQ 主链为硅氧键，侧基为有机基团的聚合物，是半有机，半无机的杂链高分子。它是 目前最好的既耐高温又耐低温的橡胶。它无毒无嗅，能用于制备食品工业的传送带和医疗用 橡胶制品。 21. 从 MQ 结构分析，为何它能既耐高温又耐低温？ 硅橡胶（Silicone rubber,MQ ）的主链为硅氧键，侧基为有机基团的聚合物，最常用的 是聚二甲基硅氧烷。其耐高温是由于主链的 Si-O 键能 370 KJ/mol 要大大大于 C-C 键能 240 KJ/mol，主链受热不易断裂。耐低温是主链 O 原子上无取代基，减少分子链内旋转的阻力， 其次是 Si 原子体积大，把相连的二个甲基撑了出去，这也减少了分子链内旋转的位阻。 第二章 橡胶的硫化体系 1. 何谓硫化？硫化体系包括哪几部分？ 硫化的本质是化学交联，是橡胶的线型大分子链通过化学交联作用而形成三维空间网状 结构的化学变化过程。之所以称为硫化，是因为最初的交联是采用硫黄进行的。 硫化体系包括硫化剂、硫化促进剂和硫化活性剂三部分。 2. 何谓喷硫？何谓喷霜？ 喷硫是指制品中的硫黄由内部迁移至表面的现象。它是硫黄在胶料中形成过饱和状态或 不相容所致。 喷霜则是制品中的配合剂由内部迁移至表面的现象。它是配合剂在胶料中形成过饱和状 态或不相容所致。由于配合剂的颜色一般为白色，所以称为喷霜。 3. 何谓焦烧？ 胶料在混炼、压延或压出操作中以及在硫化之前的停放期间出现的早期硫化。焦烧时间 的长短关系到生产加工的安全性。在硫化曲线中以 T 10 表示。 操作焦烧时间（A1 ） 在橡胶加工过程中由于混炼、压延、挤出等过程的热积累效应而消耗掉的焦烧时间。 剩余焦烧时间（A2 ） 胶料在定型前尚能流动的时间（模压则指胶料在模腔中加热时保持流动性的时间）。 4. 何谓不溶性硫黄？它有何优点？ 不溶性硫黄具有不溶于二硫化碳的性质，又称聚合硫 S 8n 。它既不会喷霜，又能缩短硫 化时间，并对早期硫化有稳定作用，是子午线轮胎的首选硫化剂。 5. 何谓促进剂： 凡能缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，提高和改善硫化胶力学性能和化 学稳定性的化学物质。 3 6. 按结构促进剂可分为几类？ 按结构促进剂可分为八类，它们分别是噻唑类（M 、 DM）、次磺酰胺类（CZ 、 NOBS）、 秋兰姆类（TMTD 、 TMTM）、硫脲类（NA-22 ）、二硫代氨基甲酸盐类（ZDMC 、 ZDC）、 醛胺类（H ）、胍类（D ）、黄原酸盐类（ZIX ）等。 7. 按促进速度分类，促进剂可分为几类？ 以促进剂 M 对 NR 的硫化速度为标准的准超速级促进剂，促进剂可分为慢速级促进剂、 中速级促进剂、准超速级促进剂、超速级促进剂和超超速级促进剂五类。 8. 何谓迟效性促进剂？ 这类促进剂的硫化起点缓慢，焦烧时间长，但硫化温度下硫化活性大，硫化速度快。典 型的是次磺酰胺类促进剂，它也是当前发展速度最快的促进剂。 9. 何谓活性剂？它们经典的组合是什么？ 活性剂配入橡胶后能增加促进剂活性，减少促进剂用量或缩短硫化时间。活性剂的经典 组合是氧化锌和硬脂酸。 10. 何谓传统硫黄硫化体系(CV) ？它有何特点？ 传统硫黄硫化体系是指二烯类橡胶的通常硫黄用量范围的硫化体系。用于 NR 正硫化 时，硫化胶中多硫键约占 70，双硫键占 30左右，单硫键交联几乎为零。硫化胶具有良 好的初始疲劳性能，室温条件下具有优良的动静态性能，最大的缺点是不耐热氧老化，硫化 胶不能在较高温度下长期使用。 11. 何谓有效硫化体系(EV) ？它有何特点？ EV 体系采用硫载体或高促、低硫配合方法，硫化胶网络中以单硫键交联为主，用于 NR 时，硫化胶中单硫键可高达 90，过硫后不出现硫化返原现象。EV 体系硫化胶耐热老 化性能良好，用于高温静态制品。主要缺点是硫化胶抗屈挠疲劳性差，易发生喷霜现象。 12. 何谓半有效硫化体系(SEV)？它有何特点？ SEV 体系促进剂和硫黄用量介于 CV 和 EV 之间，硫化胶具有适量的多硫键，又有适量 的单、双硫交联键。SEV 具有较好的动态性能，又有中等程度的耐热氧老化性能，因此获 得广泛地应用。 第三章 橡胶的补强与填充体系 1. 炭黑补强的三要素是什么？ 炭黑补强的三要素是炭黑的粒径、结构性和表面活性。 2. 何谓炭黑的一次结构？ 炭黑的一次结构，又称为原生结构。它是炭黑粒子间以化学键的形式结合在一起形成的 链枝状结构。它是炭黑的稳定结构，对橡胶的补强及工艺性能有着本质的影响。 3. 何谓炭黑的二次结构？ 炭黑的二次结构又称炭黑的附聚体、凝聚体或次生结构，它是炭黑聚集体间以范得华力 4 相互聚集形成的空间网状结构。 4. 何谓白艳华？ 白艳华是用硬脂酸进行表面改性的碳酸钙，又称活性碳酸钙。它可作为白色制品的补强 剂，在合成橡胶中补强效果更显著。 5. 偶联剂的作用是什么？ 偶联剂能改变或改善无机填料的表面亲水性，这是提高无机填料对聚合物基基材补强性 的关键。 第四章 橡胶的老化与防护 1. 何谓老化？ 橡胶和橡胶制品在加工、储存或使用过程中，因受外部环境因素的影响和作用，出现性 能逐渐变坏，直至丧失使用价值的现象称为老化。 2. 简述抗氧剂的协同效应。 将自由基终止型抗氧剂与分解过氧化氢物型抗氧剂并用，抗氧效果要远远超过两者的加 和效应。每种抗氧剂不但阻缓了氧化作用，而且它们还能互相保存，使之不被很快消耗，这 种效果称为杂协同效应。具有相同作用机理但活性不同的抗氧剂并用，也可产生协同效应， 称为均协同效应。 3. 物理防老剂的作用机理是什么？ 物理防老剂（石蜡）的作用就是在橡胶制品表面形成防护膜，阻止臭氧与橡胶的接触。 4. 按化学结构橡胶防老剂可分为几类？ 可分为：胺类、酚类和其它类三大类。 5. 简述胺类防老剂的优缺点。 胺类防老剂的防护效果最突出，品种也最多。它们的主要防护作用是抗氧化、抗臭氧化， 对热、重金属及紫外线的催化氧化以及疲劳老化都有显著地防护效果，这是酚类及杂环类防 老剂无法比拟的。它唯一的缺点是有污染性，不宜用于白色或浅色制品。 6. 简述酚类防老剂的优缺点。 酚类防老剂也是一类重要的防老剂。它的突出优点是无污染性，不变色，十分适于浅 色橡胶制品。其主要缺点是防护效果远不及胺类防老剂，用于防护效果要求不高的橡胶制品。 第五章 橡胶的增塑剂及其他操作助剂。 1. 何谓物理增塑法？ 物理增塑法是通过互相溶解或渗透，软化剂或增塑剂低分子物质进入到橡胶分子内，增 大橡胶分子间距离，减弱大分子间作用力（降低粘度），使大分子链较易滑动，宏观上增大 了胶料的柔软性和流动性。亦称外增塑法。 2. 何谓化学增塑法？ 5 化学增塑法是通过力化学反应，使橡胶大分子断链，降低橡胶的分子量，增大生胶可塑 性。这时塑解剂起着促进橡胶分子断链的作用。亦称为内增塑法。 3. 何谓软化剂？ 软化剂多属于非极性物质，一般来源于天然物质，常用于非极性橡胶，如石油系的三线 油、六线油、凡士林等，松油系的松焦油、松香等。 4. 何谓增塑剂？ 增塑剂多属于极性难挥发性物质（沸点不低于 250），一般为合成产品，主要应用在 某些极性合成橡胶或塑料中，例如酯类增塑剂邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等。 5. 判定增塑剂与橡胶的相容性可用哪三个原则？ 可用极性相近原则；溶解度参数 相近原则；相互作用参数1 小于 1/2。 第六章 橡胶的特种配合体系 1. 有机卤素阻燃剂阻燃效率高，性格适中，人们为何还要取代它？ 卤素阻燃剂虽然具有高阻燃性，但其存在环境污染及毒性问题，人们正努力研究取代其 的办法，在欧洲对研究取代卤素阻燃剂所作的努力也最大。 2. 何谓极限氧指数？ 指在规定的条件下，试样在氮气和氧气的混合气体中维持蜡烛状稳定燃烧时所需的最低 氧气浓度，用混合气流中氧所占的体积分数表示。 3. 如何用氧指数来判断材料燃烧的难易程度？ LOI 27 阻燃性材料，离火自熄。 4. 何谓阻燃剂？ 阻燃剂指能保护材料不着火或使火焰难以蔓延的配合剂。 5. 燃烧过程一般包括哪些步骤？ 燃烧过程一般包括加热、熔融、解聚或分解、氧化着火、燃烧、延燃等步骤。 6. 试述水合金属氧化物阻燃剂的优缺点？ 主要有氢氧化铝、氢氧化镁等，其中氢氧化铝的吸热效应最大，阻燃效果好。 它 是一种无毒、白色至浅白色的粉末，当加热到高于 320时，它因失水而损失其质量的 34.6 。它的最大优点是无毒，还起消烟剂作用。最大缺点是分解温度低，应用时使用量大。 第八章 橡胶的骨架材料 1. 橡胶骨架材料的作用是什么？ 橡胶骨架材料是含骨架材料复合橡胶制品中的受力的主要部件，同时也对这类橡胶制品 在使用中的形状的稳定起了重要的作用。它赋予橡胶制品更高的强度与尺寸稳定性。 6 2. 简述橡胶骨架材料的种类和分类？ 骨架材料的材质主要有三大材料制成：天然纤维、各种化学纤维及金属材料。 第九章 橡胶的配方设计 1 何谓橡胶的基础配方？ 橡胶的基础配方又称标准配方，一般用于生胶和配合剂的鉴定，基础配方应尽可能的 简化，仅包括能反映出胶料的基本工艺性能和硫化胶的基本物理性能的基本组成。 2. 同一种橡胶配方有哪几种表示形式？ 同一个橡胶配方，可以用四种不同的形式来表示：基本配方、质量分数配方、体积分数 配方和生产配方。 3. 对一个好的橡胶配方有何要求？ 一个好的橡胶配方应使制品的性能、成本和工艺可行性三者取得最佳的综合平衡。 4. 熟悉同一个橡胶配方的四种不同的表示形式。 P263 T9-17， P 264 T9-18 5. 熟悉母炼胶（膏剂）的换算方法。 7 6. 填写下面的配方表。 原材料 基本配 方/ 份 质量分数/ 密度/ （g/cm 3 ） 体积/ cm 3 体积分数/ 生产配方/ kg 天然橡胶 100.00 62.11 0.92 108.70 76.70 50.00 硫黄 3.00 1.86 2.05 1.46 1.03 1.50 促进剂 M 1.00 0.62 1.42 0.70 0.50 0.50 氧化锌 5.00 3.11 5.57 0.90 0.63 2.50 硬脂酸 2.00 1.24 0.92 2.17 1.53 1.00 炭黑 50.00 31.06 1.80 27.78 19.60 25.00 合计 161.00 100.00 * 141.71 100.00 80.50 8. 母炼胶的作用是什么？ 母炼胶能使配合剂易于分散，防止结团，减少在混炼过程中的飞扬损失，改善混炼加工 环境。 第十章 塑炼、混炼工艺 1. 何谓橡胶的塑炼工艺？ 经过适当的加工，使生胶由强韧的高弹性状态转变为柔软而富有可塑性的状态的工艺 过程。 2. 开炼机塑炼工艺有哪几种操作方法？ 有包辊塑炼法、薄通塑炼法和化学增塑塑炼法。其中薄通塑炼效果好，塑炼胶可塑度大 而均匀，胶的质量高，是开炼机塑炼中应用最广泛的塑炼方法。 3. 影响开炼机塑炼的因素有哪些？ 有容量、辊距、辊速和速比 、辊温、塑炼时间和化学塑解剂。 4.何谓包辊塑炼法？此法有何优缺点？ 包辊塑炼法也称一段塑炼法，是生胶包辊后连续过辊，不经过停放。此法的塑炼时间 短、操作方便、劳动强度低，但塑炼效果不理想。 5. 何谓分段塑炼法？此法有何优缺点？ 分段塑炼法是当塑炼胶可塑度要求较高，用一次或薄通塑炼达不到目的时而采用的有效 方法。采用此法加工的塑炼胶可塑性高且均匀，但管理难度高、占地面积大、不适合连续化 生产。 6. 开炼机的混炼过程分为几个阶段？ 整个混炼过程分为包辊、吃粉和翻炼三个阶段。 7. 混炼过程中加料顺序的一般原则是什么？ 用量少而作用大的配合剂要先加；在胶料中难分散的配合剂要早加；硫黄和超速促进剂 8 在混炼后期降温分开添加。 8. 生胶机械塑炼的实质是什么？ 生胶机械塑炼的实质就是使大分子链断裂破坏，使分子量和粘度减少，可塑度增大。 9. 下图是温度对 NR 塑炼效果的影响，试讨论之。 NR 低温机械塑炼效果随温度升高而减少；高温机械塑炼效果随温度升高而急剧增大， 这样整个曲线是由两条不同的曲线所组成，在最低值 110左右附近两条曲线相交，此时机 械塑炼的效果最小。 曲线的左边部分相当于低温塑炼过程，其塑炼效果随温度升高而减少，这时主要是由机 械破坏作用使橡胶分子断链；曲线的右边部分相当于高温机械塑炼过程，其塑炼效果随着温 度升高而急剧增大，这时是由由氧的氧化裂解作用使橡胶分子断链。 10. 混炼后胶料为何要停放？ 混炼后胶料要冷却停放 8h 以上方可使用。目的使应力松弛，减少收缩率；使配合剂继 续扩散，提高均匀程度；有利于生成结合橡胶。但停放时间不能超过 36h。 第十一章 压延工艺 1. 何谓压延工艺？它包括哪些作业？ 压延是将混炼胶在压延设备上制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程。它包 括压片、贴合、压型、贴胶和擦胶等作业。 2. 按用途压延机可分为几种？ 可分为五种，分别是：压片压延机、擦胶压延机、通用压延机、压型压延机和钢丝压延 机。 3. 何谓压延效应？如何消除它？ 压延效应是压延的胶片出现性能上的各向异性的现象。这是由于胶料通过辊距时，线型 大分子链被拉伸变形和取向，几何形状不对称的配合剂粒子沿压延方向取向所致。消除的方 法是：提高压延温度；减慢压延速度；增加胶料的可塑度；避免采用各向异性粒子的配合剂。 9 4. 何谓辊筒的挠度？ 压延时，在胶料横压力的作用下辊筒会产生弹性弯曲变形，其辊筒轴线中央处会偏离原 水平位置一定距离。挠度的产生使压延半成品宽度方向上的断面厚度不均匀，中间厚，两边 薄，影响压延质量。 采用的补偿措施有三种：辊筒的中高度法、辊筒轴线交叉法和辊筒预弯曲法。 第十二章 挤出工艺 1. 何谓挤出工艺？它包括哪些操作？ 挤出是使胶料通过挤出机连续地制成各种不同形状半成品的工艺过程。它广泛地用于 制造胎面、内胎、胶管、各种断面形状复杂或空心、实心的半成品，并用于包胶操作。 2. 何谓口型？口型设计的关键是什么？ 口型是决定挤出半成品形状和规格的模具。掌握胶料的膨胀率是口型设计的关键。 第十三章 硫化工艺 1. 何谓硫化三要素？ 硫化三要素是指硫化的温度、硫化时间和硫化压力。 2. 简述橡胶的硫化历程图。 橡胶的硫化历程图可分四个阶段：焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段和过硫化阶段。 （1 ）焦烧阶段：热硫化开始前的延迟作用时间，相当于硫化反应的诱导期，也称为焦烧时 间。（2 ）热硫化阶段：为硫化反应的交联阶段，该段斜率的大小代表硫化反应速度的快慢， 斜率越大，硫化反应速度越快，生产效率越高。（3 ）平坦阶段：交联反应已趋于完成，开始 发生交联键的重排和裂解反应，这个阶段硫化胶的性能保持最佳。（4 ）过硫化阶段：为硫化 反应中网络结构形成的后期，主要以交联键发生重排和裂解反应为主。 3. 何谓正硫化？ 正硫化又称最宜硫化，是制品性能达到最佳值时的硫化状态。处于正硫化前期称为欠硫， 后期称为过硫，橡胶物理机械性能都较差。 4. 理论正硫化、工艺正硫化和工程正硫化的三者的区别。 理论正硫化是胶料从加入到模具中受热开始到转矩达到最大值所需要的时间，此时，胶 料达到了最大交联密度。工艺正硫化是达到最大交联密度 90时的硫化程度，而工程正硫 化是整个制品的各个部件都要处于理论正硫化的平台内。 5.简述正硫化的测定方法。 正硫化的测定方法有物理- 化学法、物理机械性能法和专用仪器法。 6. 何谓等效硫化时间？如何换算？ 一个温度下的硫化时间可以等效另一个温度下的硫化时间，它可以用阿累尼乌斯方程 计算。 10 11