青岛科技成果评价

第一篇：青岛科技成果评价

青岛科技大学认知实习2

青岛科技大学实习报告 实习名称：

学院：化工学院专业班级：轻化

学号：

学生：请叫我雷锋指导教师：何为

格瑞特表面技术有限公司参观实习

青岛科技大学教务处

20**年09月23日

第二篇：青岛科技大学学生退学办理手续

一. 学生办理退学的几种情况

学生有下列情况之一者，应予退学：

(1)学业成绩未达到学校要求或者在学校规定年限内(含休学)未完成学业的; (2)休学期满，在学校规定期限内未提出复学申请或者申请复学经复查不合格的; (3)经学校指定医院诊断，患有疾病或者意外伤残无法继续在校学习的; (4)未请假离校连续两周未参加学校规定的教学活动的; (5) 超过学校规定期限未注册而又无正当事由的; (6)本人申请退学，经说服教育无效的。

二. 退学办理手续

1.因病退学学生需要学校保健科诊断证明，证明学生需要退学治疗;其他情况需要退学应有学院办公会建议退学的意见并且要将退学决定告知学生家长; 2.学生本人应提交退学申请，学院办公会需要签署意见;

3.学生持申请和诊断证明到教务科进行审核，审核合格者换发给退学手续办理通知单(即：退学手续书，样本附后)，并加盖教务科公章，凡没有加盖教务科公章的不能办理退学手续。 4.学生按照退学手续书上要求到各部门进行办理; 5.学生办理完毕，应将签好字的手续书交回教务科;

6.教务科审查完毕，换发给学生退学证明书，作为学生退学的证明，学生持此退学证明书方可办理后续手续，如：离校迁户转档，等等; 7.退学学生的学生证、校徽交回教务科注销。

8.截止退学时，在校学习时间满一年的学生，可以根据规定提交一寸照片1张办理肄业证书。

9.教务科地址：高科园校区在弘毅楼1C-106，四方校区在1号楼118室。

以下为退学手续书样本，学生须到教务科领取

第三篇：青岛科技大学橡胶工艺讲稿6

青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿(6) 青岛科技大学, 橡胶, 讲稿, 工艺, 原理

第四章 橡胶的老化与防护 §4.1 概述

各种高分子材料虽然都有着各自优异的特性，但也有着共同的缺点，也就是说都有着一定的使用期限，原因就是它们都会在不同程度上发生老化。 一.橡胶老化的概念

橡胶或橡胶制品在加工、贮存和使用的过程中，由于受内、外因素的综合作用(如热、氧、臭氧、金属离子、电离辐射、光、机械力等)使性能逐渐下降，以至于最后丧失使用价值，这种现象称为橡胶的老化。

橡胶老化的现象多种多样，例如:生胶经久贮存时会变硬，变脆或者发粘;橡胶薄膜制品(如雨衣、雨布等)经过日晒雨淋后会变色，变脆以至破裂;在户外架设的电线、电缆，由于受大气作用会变硬，破裂，以至影响绝缘性;在仓库储存的或其他制品会发生龟裂;在实验室中的胶管会变硬或发粘等。此外，有些制品还会受到水解的作用而发生断裂或受到霉菌作用而导致破坏„„所有这些都是橡胶的老化现象。

老化过程是一种不可逆的化学反应，象其他化学反应一样，伴随着外观、结构和性能的变化。

二.橡胶在老化过程中所发生的变化 1.外观变化

橡胶品种不同，使用条件不同，发生的变化也不同。 变软发粘：天然橡胶的热氧化、氯醇橡胶的老化。

变硬变脆：顺丁橡胶的热氧老化，丁腈橡胶、丁苯橡胶的老化。

龟裂：不饱和橡胶的臭氧老化、大部分橡胶的光氧老化、但龟裂形状不一样。 发霉：橡胶的生物微生物老化。

另外还有：出现斑点、裂纹、喷霜、粉化泛白等现象。 2.性能变化(最关键的变化) 物理化学性能的变化：比重、导热系数、玻璃化温度、熔点、折光率、溶解性、熔胀性、流变性、分子量、分子量分布;耐热、耐寒、透气、透水、透光等性能的变化。 物理机械性能的变化：拉伸强度、伸长率、冲击强度、弯曲强度、剪切强度、疲劳强度、弹性、耐磨性都下降。

电性能的变化：绝缘电阻、介电常数、介电损耗、击穿电压等电性能的变化、电绝缘性下降。

外观变化、性能变化产生的原因是结构变化。 3.结构变化

分子间产生交联，分子量增大;外观表现变硬变脆。 分子链降解(断裂)，分子量降低，外观表现变软变粘。

分子结构上发生其他变化：主链或侧链的改性，侧基脱落弱键断裂(发生在特种橡胶中)。 三.橡胶老化的原因： 1.内因：

①橡胶的分子结构

化学结构(或链节结构)：橡胶的基本结构如天然橡胶的单元异戊二烯，存在双键及活泼氢原子，所以易参与反应。

分子链结构：橡胶大分子链的弱键，薄弱环节越多越易老化。

不饱和碳链橡胶容易发生老化，饱和碳链橡胶的氧化反应能力与其化学结构有关，如支化的大分子比线型的大分子更容易氧化。就氧化稳定性来说，各种取代基团按下列顺序排列： CH

硫化胶交联结构：交联键有—S—、—S2—、—Sx—、—C—C—，交联键结构不同，硫化胶耐老化性不同，—Sx—最差。

②橡胶配合组分及杂质：橡胶中常存在变价金属，如Ca、Fe、Co、Ni等，若超过3ppm就会大大加快橡胶的老化。 2.外因：

物理因素：热电光机械力高能辐射等。 化学因素：氧臭氧，空气中的水汽酸碱盐等。 生物因素：微生物：细菌真菌 昆虫：白蚁蟑螂会蛀食高分子材料。 海生物：牡蛎石灰虫海藻海草等

在实际中也往往是上述几个因素同时发挥作用。使用条件、地区不同这些因素的作用也不同，因此橡胶的老化是个复杂的过程。

其中最常见的、影响最大、破坏性最强的因素是：热、氧、光氧、机械力、臭氧，归结起来就是热氧老化、光氧老化、臭氧老化、疲劳老化。 四.橡胶老化的防护

橡胶老化和铁生锈，人要衰老一样自然，我们只能通过老化规律的研究利用规律延缓橡胶的老化，但不能做到绝对防止。常用的防护方法有：

物理防护法：尽量避免橡胶与老化因素相互作用的方法。如：在橡胶中加入石蜡，橡塑共混，电镀，涂上涂料等。

化学防护法：通过化学反应延缓橡胶老化反应继续进行。如：加入化学防老剂。 五.本章内容与要求

1.掌握橡胶烃及硫化胶的热氧老化机理及防护措施。 2.掌握橡胶的臭氧老化机理及防护方法。 3.掌握橡胶的疲劳老化机理及防护方法。 4.掌握常用橡胶防老剂的作用特性及选用原则。 5.了解光氧老化机理及防护。 六.主要参考书

1.高分子材料的老化与防老化， 化工部合成材料老化研究所编(TQ311.乙1) 2.聚合物的稳定化，[美] W.L.霍金斯著，吕世光译。 O631.3.乙2. 轻工业出版社

3.橡胶化学与物理 TQ33.乙7 朱敏主编 化工出版社 4.橡胶化学

§4.2 橡胶的热氧老化与防护

橡胶老化最主要的因素是氧化作用，它使橡胶分子结构发生裂解或结构化，致使橡胶材料性能变坏，温度对氧化有很大影响。提高温度会加速橡胶氧化反应，特别是橡胶制品在高温下或动态下使用时，生热提高会发生显著的热氧化作用。 一.橡胶烃的热氧化 1. 热氧化机理

研究发现，橡胶热氧老化是一种链式的自由基反应。自由基链式反应过程如下：

2. 吸氧曲线与自催化氧化

橡胶等高聚物的物理性能的下降，与吸氧量有密切的关系，所以常通过测定橡胶等的吸氧量与时间的关系来判断橡胶老化的程度。

通过吸氧量的测定，了解到高聚物的氧化反应一般有三个明显的阶段。如图中的B、C、D阶段。个别情况下，如含有填充剂的某些橡胶的吸氧曲线，还会出现A阶段。

A阶段开始时吸氧速度很高，但很快降到一个非常小的恒定值而进入B阶段，A阶段的影响因素很复杂，其吸氧量与全过程的吸氧量相比很小，对橡胶性质的变化来说影响也不大。 B阶段为恒速阶段，A-B可合称为诱导期，以比较小的恒定速度吸收氧化。

在此期间橡胶的性能虽有所下降，但不显著，是橡胶的使用期。

C阶段：自加速阶段(自催化反应阶段)，该阶段吸氧速度激烈增加，比诱导期大几个数量级，如用模拟化合物氧化时，因为氢过氧化物大量分解产生的自动催化过程完全相同，此时橡胶已深度氧化变质，丧失使用价值。 氢过氧化物量多，发生双分子分解反应。

D阶段：吸氧速度变慢，最后处于稳定期，橡胶反应的活性点没有了，也就是说橡胶深度老化。

由吸氧曲线可见，吸氧的过程是时间的函数，且呈现出自动催化反应的S型曲线特征。所以说元素氧对橡胶等高聚物的氧化，称为自动氧化。它是一个自动催化过程。在其中作为主要反应产物的氢过氧化物分解，产生了游离基而开始了游离基链式反应，因此反应开始缓慢，当产生的氢过氧化物分解引起引发作用时，速度不断增加，直到最大值。然后当橡胶等被深度氧化而变性时，氧化速度缓慢下来。 3. 不饱和橡胶烃的热氧化特征

橡胶的自加速作用是不饱和橡胶氧化的特征之一，为了全面把握橡胶的氧化特征，我们首先讨论不饱和橡胶的氧化特征。

①所有的不饱和橡胶在热氧化过程中，因为橡胶品种的不同，都不同程度的产生自催化氧化作用。

②这一特征可分为两类来讨论。

a.以NR、IR为主的橡胶在热氧化过程中，分子链降解，分子量下降，并产生含有醛酮以及水等的低分子化合物;氧化的橡胶表面发粘、变软，氧可继续扩散氧化。 NR的氧化过程如下：

由此可以看出，此过程为一链断裂过程。

b.以丁二烯均聚物或其他共聚的橡胶如：SBR、NBR一般认为在热氧化过程中，分子链的降解与交联两种反应同时存在，无论哪一种含有丁二烯链节的聚合物或共混物，对氧化降解都是敏感的，这是因为各种丁二烯链节结构中都有不饱和键的存在。老化的初期降解占优势，到达反应后期，交联反应占优势。

总起来说，以丁二烯均聚或其他单体共聚的橡胶，如：SBR、NBR在热氧老化时以交联反应为主，使橡胶表面层的交联密度显著增大，外观表现为变硬、变脆。

1，2结构氧化降解机理不同

其中烷氧基可以以下列方式断裂：

4. 饱和碳链橡胶和杂链橡胶的热氧老化特征 ①饱和碳链橡胶

因吸氧速度慢，有较好的耐氧化作用。其特征如下

a. 没有明显自催化作用(原因：饱和碳链橡胶的热氧化反应必须在较高的温度下才能进行，但这时产生的氢化过氧化物很快分解，不能发挥催化氧化作用)

b. 常常分子量下降，但由于化学结构不同，也常产生其他的异构化反应，或生成低分子挥发物(如：乙丙橡胶氧化后产生羟基，羧基或酮基基团) ②杂链橡胶的氧化特征

杂链橡胶的热氧化反应较慢，并且研究也较少，但其热氧化过程仍具有链反应的特征，且自催化作用也很不明显。 它除了具有链反应特征的裂解交联等一般规律外，还具有其他类型的反应。它的氧化反应温度比一般橡胶要高得多，在280℃以上开始有低分子挥发物产生，裂解产物经分析证明是一氧化碳、甲醛、甲醇等。

聚有机硅氧烷热氧化反应机理表述如下： (ⅰ)氧与接在硅原子上的甲基作用生成过氧化物

(ii)过氧化物迅速裂解生成甲醛和.OH基

(iii).OH基与大分子链上具有子电荷的硅原子结合，进而产生交联

二.影响橡胶热氧老化的因素 1.橡胶种类的影响

橡胶的品种不同，耐热氧老化的程度不同，这主要是由于过氧自由基从橡胶分子链上夺取H的速度不同所造成的。活泼H的电子性质受分子链中的双键及取代基影响。 (1)双键的影响

橡胶分子链上存在着双键时，由于双键很活泼，容易发生加成或其它反应，同时由于双键的存在，影响到与双键相邻的α-亚甲基上的氢原子特别活泼，容易被其它物质夺去，引起取代反应或形成大分子的游离基。因此，含有大量双键的橡胶(即不饱和橡胶)如：NR、SBR、BR等都易于受氧的袭击而不耐老化。但是双键所在位置不同，它们的活泼性也很大差别，如：SBR中分布在乙烯基侧链上的不饱和端(即1,2-结构)常称为外双键，又比分布在主链上的双键(即1,4-结构，称为内双键)要稳定得多。从上图中可以看出，不饱和度很小的IIR要比高不饱和度的橡胶稳定得多。

(2)双键取代基的影响

橡胶在氧化过程中，无论是受热光氧等的引发，还是链增长阶段的传递反应( )都牵涉到RH 的脱氢反应。RH是电子给予体，脱氢难易受电子效应的影响，因之也影响到橡胶老化的难易和速度。常见的极性和非极性橡胶中，这种电子效应的影响是较明显的。 a.吸电子效应

CR的分子在它的双键处有一极性基团，即带负电的氯原子， ，因为氯原子分布在双键邻近，它吸引着双键的活泼的∏电子，这就降低了双键的活性，降低了双键的反应能力，同时也降低了α—氢原子的活性，所以CR在温度不太高时氧化作用进行得较为缓慢，比较耐氧老化。

NBR虽然在分子结构中也含有负电性基(—CN)，但因为它不是直接分布在双键的碳原子上，所以它对双键的反应能力不能起到多大影响。

b.推电子效应 NR分子结构中双键的碳原子上有—CH3基团，它是推电子的基团，由于—CH3的存在及所处位置，就使得NR分子中的双键和α-氢原子更加活泼，使NR更易与氧起作用，不耐氧老化。 (3)位阻效应

无论是RH的脱氢还是活泼双键受到袭击，也还要受到它们在分子结构中所处位置的影响。如：聚乙烯基甲基醚和聚氧化丙烯是一对异构体，它们的叔氢原子有着相同的电子环境，但是聚氧化丙烯的氧化速度却比聚乙烯基甲基醚快3.5倍。

聚苯乙烯有着庞大的侧基—苯环，且又是刚性的，所以它能起到屏蔽主链，阻碍氧扩散的作用，即起到位阻效应，防碍氧袭击主链上的薄弱点，这也是PS较耐热养老化的主要原因之一，而SBR由于侧基苯环较少，分布稀疏，不能起到有影响的为阻效应。

CR的侧基氯原子，也屏蔽着主链上的双键，加上氯原子的吸电子作用，使双键和a-亚甲基上的氢都较稳静，这也使得CR在不饱和橡胶中比较耐劳化。 (4)橡胶的结晶性的影响

聚集态结构对热氧老化性也有影响，如在常温下古塔波胶的氧化反应性比NR低，因为前者在室温下是结晶的，后者是非结晶的。

当聚合物产生结晶时，分子链在晶区内产生有序排列，使其活动性降低，聚合物的密度增大，氧在聚合物中的渗透率降低。因此聚合物的耐热氧老化性能随着结晶度及密度的提高而增大。 2。温度

在橡胶的热氧化中，热起了促进氧化的作用，因此温度越高越易热氧老化。 3。氧的浓度

橡胶发生氧化，必须有足够的氧供给反应，研究表明：氧压高于100mmHg时，氧的浓度与热氧老化性无关。氧压低于100mmHg，或者橡胶的碳氢链非常活泼，或者在较高的温度下，氧化反应都与氧的浓度有关。 4。金属离子(也称变价金属离子)

在橡胶的合成及加工过程中，往往残留或混入一些变价金属离子，它们对橡胶的氧化反应具有强烈的催化作用，能迅速使橡胶氧化破坏，尽管它们在橡胶中的含量很微小，但其破坏作用很惊人的，这些重金属离子包括Cu、Co、Mn、Fe、Ni和Al等。它们对合成橡胶的催化氧化作用较NR稳定，对合成侧乙烯基较多的聚丁二烯橡胶来说，重金属催化氧化作用较为稳定，而含有极性基团的NBR，CR对重金属催化氧化作用的稳定性更大。 重金属离子的催化氧化作用如下：

从上述反应看出，重金属离子有两个作用：它既加速了氧化的引发反应，又催化氢化过氧化物分解成自由基。 三.橡胶热氧老化的防护

前面已讲过，防止橡胶的老化具有重要的经济价值和使用价值。而有前面的讨论我们知道，橡胶的热氧老化是一种自由基链式反应，并且是一种由ROOH引起的自动催化氧化反应或由重金属离子引起的催化氧化反应。如果能设法阻止这种链反应的进行，或阻止催化氧化作用，就能延缓橡胶的老化。为此，人们研制出了链终止型防老剂、破坏氢过氧化物型防老剂、重金属离子钝化剂等。下面就它们的作用机理分别进行讨论。 1。链终止型防老剂

这类防老剂的作用主要是与链增长自由基R•或RO2•反应，以终止链增长过程来减缓氧化反应，该防老剂为主要防老剂。

能够终止链增长过程的链终止型防老剂可与RO2•(过氧自由基)反应，这类抗氧自由基与链增长自由基反应的方式有加成或偶合，有电子转移或最常见的氢转移。根据它们与自由基的作用方式不同又分为三类：自由基捕捉体、电子给予体和氢给予体。 ①自由基捕捉体型

凡是能够与自由基反应，所生成的产物不再引发氧化反应的物质称为自由基捕捉体(或自由基阱)如：醌类化合物。

稳定的二烷基氮氧化物自由基[(R2，NO•)]如：二特丁基氮氧化物自由基(1)和2,2,6,6-四甲基-4-吡啶酮氮氧化物自由基(2)]将这类物质加入到橡胶中，在橡胶中进行热氧化时，能够与R•和RO2•反应，生成稳定的分子产物，终止链增长。

另外需说明的是：炭黑的表面上有醌基和多核芳烃结构存在，它们能捕捉活性自由基，使动力学链终止。 ②电子给予体型

这一类主要是指不含反应性N-H官能团的叔胺，它也能使动力学链终止，具有抗氧化能力，这是因为叔胺作为电子给予体，当它与游离基RO2•相遇时，由于电子的转移而使活性游离基反应终止。

③氢给予体型

在聚合物热氧稳定中，最常见的抗氧剂是仲芳胺和受阻酚，它们分别含有反应性的N-H或O-H官能团，能与聚合物争夺过氧自由基，通过氢转移使链增长反应终止，如防老剂用AH表示。

氢给予体防老剂应具备的条件：

A. 具有活泼的氢原子，而且比橡胶主链的氢原子更易脱出。 B. 防老剂本身应较难被氧化。

C. 防老剂的游离基活性要较小，以减少它对橡胶引发的可能性。又要有可能参与终止反应。

2.破坏氢化过氧化物性防老剂 从橡胶的自动氧化机理可以看到，大分子的氢过氧化物是引发氧化的游离基的主要来源。所以只要能够破坏氢过氧化物，使它们不生成活性游离基，也能延缓自动催化的引发过程，能起到这种作用的化合物又称为氢过氧化物分解剂。又因为这类防老剂要等到氢过氧化物生成后才能发挥作用，所以一般不单独使用，而是与酚类等抗氧剂并用，因此称为辅助防老剂。

常见的破坏氢化过氧化物型防老剂有：长链脂肪族含硫脂和亚磷酸酯，此外还有硫醇和二烷基二硫代氨基甲酸盐等，它们的作用机理分别叙述如下： ①二烷基硫化物

如：常用的DLIP(硫代二丙酸二月桂酯)H25C12OOC-CH2CH2-S-CH2-CH2-COOC12H25的作用为：

该化合物在氧化过程中既破坏了氢过氧化物的积累，也破坏了其分解产物的引发作用，是引发氧化反应的活性中心大大减少，因此消弱了自催化过程。 ②亚磷酸酯类

如：TNP(三壬基苯基亚磷酸酯)和TPP(三苯基亚磷酸酯)等。

③二硫代有机酸盐和二硫代磷酸盐类 它们也是非常有效的氢过氧化物分解剂。

这类化合物之所以效果显著是因为这些反应产物可以分别连续与多量的氢过氧化物再反应。一克分子的二硫代氨基甲酸盐就能分解七克分子的氢过氧化物。

④硫醇类化合物

这类化合物也可以促使ROOH分解。

2R´―SH+ROOH→ROH+R´―S―S―R´+H2O 3.金属离子钝化剂(辅助防老剂) 微量的二价或三价以上的重金属离子如Cu、Mn、Fe、Co等对橡胶的氧化具有强烈的催化作用。这些变价金属离子常常加速破坏生胶和硫化胶。但他们的危害性在很达程度上取决于这些金属存在于什么样的化合物中。如硫酸盐中甚至很微量的Mn也是有害的，而Mn在碳酸盐中则危害较小。显然这是与这些物在橡胶中溶解与否有关。

这类钝化剂常是酰胺类、醛胺缩合物等，他们能与酚类和胺类防老剂有效地并用。主要是铜抑制剂和铁抑制剂。最早使用的铜抑制剂是水杨醛和乙二胺缩合物—水杨叉乙二胺，其它如己二胺和水杨醛、糠醛或肉桂醛的缩合物。酰胺类有苯甲酰肼等。 这些金属离子钝化剂的作用特点是: ① 能以最大配位数强烈地络合重金属离子 ② 能降低重金属离子的氧化还原电位 ③ 所生成的新络合物必须难溶于橡胶 ④ 有大的位阻效应

4.防老剂并用的加和效应、对抗效应和协同效应

两种或两种以上防老剂并用，往往可以产生加和效应、协同效应或对抗效应。 ①对抗效应

设防老剂a单独使用时防护效果为A，防老剂b单独使用时防护效果为B，防老剂a与b并用时的效果为C，C

两种防老剂并用时的防护效果小于单独使用时防护效果之和，即对抗效应，也就是一种防老剂对另外的防老剂产生有害影响的现象，又称为“反协同效应” ②加和效应

两种防老剂并用时的防护效果等于单独使用时防护效果之和，即C=A+B称为加和效应。 如：将链断裂型抗氧剂芳胺或酚类化合物与金属离子钝化剂;氧化过氧化物分解剂和紫外线吸收剂等预防型抗氧剂并用时，它能对聚合物起抗热氧和防止其光氧化的作用;如果再加入一种抗臭氧剂，则还应当提高聚合物的耐臭氧性。这里，这几种防老剂发挥了各自的加和特性;又如采用不同挥发度或不同空间位阻程度的两种酚类化合物并用时，可以在很宽广的范围内，发挥它们抗氧化的加和效果。有时在配方中使用一种高浓度抗氧剂时，会引起氧化强化效应(助氧化效应)，而当采用几种低浓度的抗氧剂并用时，即可以避免氧化强化效应，又可以发挥加和的抗氧作用。 ③协同效应

当抗氧剂并用时，它们的总效能超过它们各自单独使用的加和效能时，称为协同效应或超加和效应，协同效应又分为均匀性协同效应和非均匀性协同效应(杂协同效应)。 A.均协同效应

指几种稳定机理相同，但活性不同的抗氧剂并用时所产生的协同效应。如：两种活性不同的防老剂并用时，其中高活性防老剂给出氢原子，捕捉自由基终止活性链，而低活性的防老剂可以供给高活性的防老剂氢原子使之再生，结果也提高了并用效果。 下列反应式表示不同取代酚并用时的协同机理:

B.杂协同效应

指几种稳定机理不同的抗氧剂并用时产生的协同效应，如终止链反应型防老剂与破坏氢化过氧化物型防老剂的并用。由于破坏氢化过氧化物型防老剂在反应过程中破坏了氢化过氧化物，使体系中难于生成引发反应的自由基，以至于减缓了链增长反应，因此减少了终止链反应型防老剂的消耗。同时，终止链反应型防老剂能够减少反应过程氢化过氧化物的生成量，从而又减少了破坏氢化过氧化物型防老剂的消耗，实现两者的相互保存。 另外，有些化合物在单独使用时没有抗氧效能，但它是一个再生体，可以和其它抗氧剂配合使用，发挥协同作用，如阻碍酚和磷酸酯的协同效应：

C.自协同效应

对于同一分子具有两种或两种以上的稳定机理者，常称自协同效应。如某些胺类抗氧剂还具有金属离子钝化剂的作用;二烷基二硫代氨基甲酸盐生物，即使过氧化物分解剂，又是金属离子钝化剂;炭黑即是游离基抑制剂，也是光屏蔽剂。

此外，抗氧剂和紫外光吸收剂，炭黑和含硫抗氧剂并用时，都可以产生协同效应。 四.硫化胶的热氧老化

1.硫化胶的热氧化与其橡胶烃热氧化的比较 ①硫化胶比其橡胶烃耐热氧化

原因：a.橡胶硫化后，由于硫化反应是橡胶网构中能与氧反应的部位(双键或一次甲基氢)越来越少

由于硫化胶呈网状结构，随网构密度增大，分子运动性降低，氧扩散困难，热氧化性小。 ②橡胶烃所发生的热氧化反应及其特征，在其硫化胶中同样发生。 ③交联结构及其硫化网外物对其热氧化要产生影响 2.不同交联键对热氧化的影响

从图中可以看出，单硫和双硫交联结构的硫化胶具有较好的耐氧化作用，而多硫交联的耐氧化作用最差。

交联硫键是在氢过氧化物或过氧化物游离基存在下被氧化的，不同的交联键作用如下： a.单硫键的作用：

在无氧化情况下，次磺酸的两个分子合并，可部分的恢复被破坏的交联键。

b.双硫交联键

双硫交联键在相同条件下也与氢过氧化物作用生成硫代次磺酸盐，在过氧化物存在下将继续进行游离基的再分配，以及产生交联键的交换，这种情况若是在应力作用下，就将导致硫化胶的蠕变和永久变形。

c.多硫交联键

多硫交联键的氧化作用认为多硫交联键分裂出自由基，然后引发自动氧化的过程。

多硫交联键的研究早已受到各方面的注意，但还不能完全了解多硫交联键在氧化时的变化规律，特别是氧化机理。 3.硫化胶网外物对热氧化的影响

网外硫化物比硫键更易与氢过氧化物反应，从而防护了硫化胶。好的耐老化性与环状硫化物有关。

未经抽提的TMTD无硫硫化胶的耐老化性能较好，是由于促进剂秋兰姆与氧化锌相作用生成四甲基二硫代氨基氨基甲酸锌(ZDNC)，它起着强烈的钝化氢过氧化物的抗氧剂作用，未经抽提的TMTD硫化胶中有相当数量的ZNDC存在，所以很耐老化。TMTD无硫硫化胶经过热丙酮抽提8小时后，胶中所含ZMDC被抽提出来，这种硫化胶就不是耐老化的硫化胶。不仅ZNDC是良好的氢过氧化物分解剂，其它许多金属的二烷基二硫代氨基甲酸盐，如镉盐、铅盐、铜盐、铋盐等也都有良好的抗氧性能，甚至比锌盐的抗氧效果还要好许多。 根据以上所述，在理论上可引出借助网外物质防护硫化胶的实用体系如：借助交联键外的硫化物除去过氧化物，在这一反应中，过氧化氢与网外硫化物的反应较之于硫键反应更快，从而防护了硫化胶。

§4.3 橡胶的光氧老化与防护

日光有很高的能量，橡胶吸收光子后被激发，生成游离基，且橡胶的氢过氧化物吸收光子生成过氧化自由基，由光子所引发的反应如下:

以后即开始链的增长与终止反应，若在无氧状态下进行光化学反应，称为光老化。一般只限于表面层，表面开始发粘，后来变脆、变色或增厚，并生成无规则裂纹。

太阳光对聚合物材料的危害作用是紫外光和氧参与下的一系列复杂反应所造成的。高分子材料受紫外光照射会发生光降解，波长290-400mμ的紫外光具有很高的能量，如290-350mμ波长的紫外光，能量达97-82kcal/g分子，它足以切断有机物的化学键，所以这一过程被称为光氧化降解。

一.光氧化降解的影响

聚合物在含氧环境中受紫外光照射后会发生各种物理变化。虽然在早期阶段人们很难察觉出这种光氧化作用，但实际上，聚合物的细微化学变化确实一直不停的缓慢积累着，以致最后产生明显的物理效应，如变色、表面龟裂、机械性能和电气性能的恶化等。 1.机械性能和光学性能

PS的氧化降解能引起颜色变黄，而PVC光降能的颜色变化则由黄—红—棕色。

伴随着光化学变化的发生，常有表面龟裂和脆化现象出现，致使韧性和拉伸强度剧烈下降，以致最后机械性能破坏。 2.化学变化

光氧老化经常引起聚合物的断裂或交联，并伴随着形成一些含氧官能团，如酮、羧酸、过氧化物和醇。 3.电气性能

聚烯烃及其它许多聚合物都具有良好的电气性能，被广泛用作绝缘材料。但是由于光氧化能导致极性基团的的积累，聚合物的介电常数和表面电阻率会产生剧烈变化，最后造成电气性能的破坏。 二.光氧化机理

橡胶在紫外线照射下，引起光活化作用，使大分子发生光引发的氧化链反应:

三.光氧老化的防护 在实践中，通常是采用添加稳定剂的方法来阻止聚合物的光氧化。常用的光稳定剂有三大类：光屏蔽剂、紫外线吸收剂和猝灭剂。

1.光屏蔽剂：能在聚合物与光辐射源之间起到屏蔽作用的物质。

功能：在有害的光辐射源到达聚合物表面之前将其吸收，限制其穿透到聚合物体内。

光屏蔽剂包括外部涂层如油漆，聚合物内渗出的防护性膜，以及各种助剂，主要是颜料，它分散于整个聚合物之中。

炭黑和其它一些颜料虽然通过分在光屏蔽剂类，但它们也能吸收有害的光辐射。严格地说，只有颜料的外部涂层才能算是光屏蔽剂，而在聚合物内部的颜料主要是靠吸收光发挥防护作用。

2.紫外光吸收剂

功能：在于吸收并消散能引发聚合物降解的紫外线辐射。 它能有选择地强烈吸收紫外线，并把被吸收的能量转变成热能或次级辐射(萤光)消散出去，它本身不会因吸收紫外线而发生化学变化。因而使材料避免与紫外线直接作用，从而免于遭受紫外线的破坏，起了保护材料的作用。紫外光吸收剂按其结构不同可分为如下几种： 邻羟基二苯甲酮类、水杨酸酯类、邻羟基苯并三唑类 a.邻羟基二苯甲酮类

在羰基的邻位必须含有一个羟基，羰基和羟基之间形成羟基螯合环，这类化合物具有羟类吸收紫外线的特征。化合物当受光照吸收能量后就发生螯合环开环，当它将所吸收的能量以其它无害能量转移时，如转化为热能，螯合环又闭环。所以如果形成的氢键越稳定，则开环所需的能量越多，因此传递给高分子材料的能量就越少，光稳定效果越佳。

如果在羰基邻位不含羟基，该化合物虽然也有吸收紫外线的能力，但它受光照后会引起自身分解，故不适宜作紫外线吸收剂。

这类紫外线吸收剂常用的品种有：UV-

9、UV-

24、UV-

531、DOBP等。 b.水杨酸酯类

常称为先驱型紫外线吸收剂。这类化合物含有酚基芳酯的结构，它本身起初并不能吸收紫外线，但经光照后其分子内部发生重排，生成二苯甲酮结构，从而强烈的吸收紫外线。

这类紫外线吸收剂的生产工艺比二苯酮类简单，且原料易得，价廉，与高分子材料的相容性好，无味低毒。适合用于PVC、聚烯烃、聚氨酯、聚酯、纤维素酯和合成橡胶及油漆中。 这类紫外线吸收剂常用品种有：TBS、OPS、BAD、Salol等。 c.邻羟基苯并三唑类

在这类化合物中，羟基和三唑环之间形成氢键，可将激发能量转移。

这类紫外光吸收剂用量少(添加量0.01-0.1phr)，而效果非常优良，有宽广的吸收范围，能强烈地吸收300-385mμ的紫外光，几乎不吸收可见光，而且它们热稳定性高，挥发性小，常用的品种有：UV-P，UV-327，UV-326等。其中UV-327和UV-326是最主要的品种，它们广泛用于聚烯烃、聚碳酸酯、聚酯、ABS以及涂料中，但目前价格较贵。 3.紫外光猝灭剂

这类化合物的稳定作用主要不在于吸收紫外线，而是通过分子间的作用把能量转移掉。即能够在瞬间把受到紫外光照射后处于激发态分子的激发能转移，使分子再回到稳定的基态，因而避免了高聚物的光氧老化。这种猝灭作用可有两种形式进行。 a.激发态分子将能量转移给一个非反应性的猝灭剂分子。 b.激发态分子与猝灭剂形成激发态的络合物，该络合物再经过其他光物理过程如发射萤光、内部转变等将能量消散。

目前用得最广泛的猝灭剂是二价镍的络合物或盐，如硫代烷基酚镍络合物、二硫代氨基甲酸镍盐、磷酸单酯镍络合物、硫代酚氧基肟的镍络合物等。这些镍络合物多是带有绿色或浅绿色，常用的品种有：AM-101，2002，NBC，UV-1084等。这类光稳定剂特别适用于纤维和薄膜制品，很少用于厚制品。

上述各类光稳定剂都有各自不同的作用机理，在实际应用中，常常是两种或几种不同作用原理的光稳定剂合并使用。可以取长补短，得到增效光稳定剂。如将几种紫外线吸收剂符合使用其效果比单一时有很大提高;有紫外线吸收剂长于猝灭剂并用，光稳定效果显著提高，因为紫外线吸收剂不可能把有害的紫外线全部吸收掉，这时猝灭剂可消除这部份未被吸收的紫外线对材料的破坏。§4.3 橡胶的光氧老化与防护

日光有很高的能量，橡胶吸收光子后被激发，生成游离基，且橡胶的氢过氧化物吸收光子生成过氧化自由基，由光子所引发的反应如下:

以后即开始链的增长与终止反应，若在无氧状态下进行光化学反应，称为光老化。一般只限于表面层，表面开始发粘，后来变脆、变色或增厚，并生成无规则裂纹。

太阳光对聚合物材料的危害作用是紫外光和氧参与下的一系列复杂反应所造成的。高分子材料受紫外光照射会发生光降解，波长290-400mμ的紫外光具有很高的能量，如290-350mμ波长的紫外光，能量达97-82kcal/g分子，它足以切断有机物的化学键，所以这一过程被称为光氧化降解。

一.光氧化降解的影响

聚合物在含氧环境中受紫外光照射后会发生各种物理变化。虽然在早期阶段人们很难察觉出这种光氧化作用，但实际上，聚合物的细微化学变化确实一直不停的缓慢积累着，以致最后产生明显的物理效应，如变色、表面龟裂、机械性能和电气性能的恶化等。 1.机械性能和光学性能

PS的氧化降解能引起颜色变黄，而PVC光降能的颜色变化则由黄—红—棕色。

伴随着光化学变化的发生，常有表面龟裂和脆化现象出现，致使韧性和拉伸强度剧烈下降，以致最后机械性能破坏。 2.化学变化

光氧老化经常引起聚合物的断裂或交联，并伴随着形成一些含氧官能团，如酮、羧酸、过氧化物和醇。 3.电气性能

聚烯烃及其它许多聚合物都具有良好的电气性能，被广泛用作绝缘材料。但是由于光氧化能导致极性基团的的积累，聚合物的介电常数和表面电阻率会产生剧烈变化，最后造成电气性能的破坏。 二.光氧化机理

橡胶在紫外线照射下，引起光活化作用，使大分子发生光引发的氧化链反应:

三.光氧老化的防护 在实践中，通常是采用添加稳定剂的方法来阻止聚合物的光氧化。常用的光稳定剂有三大类：光屏蔽剂、紫外线吸收剂和猝灭剂。

1.光屏蔽剂：能在聚合物与光辐射源之间起到屏蔽作用的物质。

功能：在有害的光辐射源到达聚合物表面之前将其吸收，限制其穿透到聚合物体内。 光屏蔽剂包括外部涂层如油漆，聚合物内渗出的防护性膜，以及各种助剂，主要是颜料，它分散于整个聚合物之中。

炭黑和其它一些颜料虽然通过分在光屏蔽剂类，但它们也能吸收有害的光辐射。严格地说，只有颜料的外部涂层才能算是光屏蔽剂，而在聚合物内部的颜料主要是靠吸收光发挥防护作用。

2.紫外光吸收剂

功能：在于吸收并消散能引发聚合物降解的紫外线辐射。 它能有选择地强烈吸收紫外线，并把被吸收的能量转变成热能或次级辐射(萤光)消散出去，它本身不会因吸收紫外线而发生化学变化。因而使材料避免与紫外线直接作用，从而免于遭受紫外线的破坏，起了保护材料的作用。紫外光吸收剂按其结构不同可分为如下几种： 邻羟基二苯甲酮类、水杨酸酯类、邻羟基苯并三唑类 a.邻羟基二苯甲酮类

在羰基的邻位必须含有一个羟基，羰基和羟基之间形成羟基螯合环，这类化合物具有羟类吸收紫外线的特征。化合物当受光照吸收能量后就发生螯合环开环，当它将所吸收的能量以其它无害能量转移时，如转化为热能，螯合环又闭环。所以如果形成的氢键越稳定，则开环所需的能量越多，因此传递给高分子材料的能量就越少，光稳定效果越佳。

如果在羰基邻位不含羟基，该化合物虽然也有吸收紫外线的能力，但它受光照后会引起自身分解，故不适宜作紫外线吸收剂。

这类紫外线吸收剂常用的品种有：UV-

9、UV-

24、UV-

531、DOBP等。 b.水杨酸酯类

常称为先驱型紫外线吸收剂。这类化合物含有酚基芳酯的结构，它本身起初并不能吸收紫外线，但经光照后其分子内部发生重排，生成二苯甲酮结构，从而强烈的吸收紫外线。

这类紫外线吸收剂的生产工艺比二苯酮类简单，且原料易得，价廉，与高分子材料的相容性好，无味低毒。适合用于PVC、聚烯烃、聚氨酯、聚酯、纤维素酯和合成橡胶及油漆中。 这类紫外线吸收剂常用品种有：TBS、OPS、BAD、Salol等。 c.邻羟基苯并三唑类

在这类化合物中，羟基和三唑环之间形成氢键，可将激发能量转移。

这类紫外光吸收剂用量少(添加量0.01-0.1phr)，而效果非常优良，有宽广的吸收范围，能强烈地吸收300-385mμ的紫外光，几乎不吸收可见光，而且它们热稳定性高，挥发性小，常用的品种有：UV-P，UV-327，UV-326等。其中UV-327和UV-326是最主要的品种，它们广泛用于聚烯烃、聚碳酸酯、聚酯、ABS以及涂料中，但目前价格较贵。 3.紫外光猝灭剂

这类化合物的稳定作用主要不在于吸收紫外线，而是通过分子间的作用把能量转移掉。即能够在瞬间把受到紫外光照射后处于激发态分子的激发能转移，使分子再回到稳定的基态，因而避免了高聚物的光氧老化。这种猝灭作用可有两种形式进行。 a.激发态分子将能量转移给一个非反应性的猝灭剂分子。

b.激发态分子与猝灭剂形成激发态的络合物，该络合物再经过其他光物理过程如发射萤光、内部转变等将能量消散。 目前用得最广泛的猝灭剂是二价镍的络合物或盐，如硫代烷基酚镍络合物、二硫代氨基甲酸镍盐、磷酸单酯镍络合物、硫代酚氧基肟的镍络合物等。这些镍络合物多是带有绿色或浅绿色，常用的品种有：AM-101，2002，NBC，UV-1084等。这类光稳定剂特别适用于纤维和薄膜制品，很少用于厚制品。

上述各类光稳定剂都有各自不同的作用机理，在实际应用中，常常是两种或几种不同作用原理的光稳定剂合并使用。可以取长补短，得到增效光稳定剂。如将几种紫外线吸收剂符合使用其效果比单一时有很大提高;有紫外线吸收剂长于猝灭剂并用，光稳定效果显著提高，因为紫外线吸收剂不可能把有害的紫外线全部吸收掉，这时猝灭剂可消除这部份未被吸收的紫外线对材料的破坏。

第四篇：化工原理教学大纲 - 青岛科技大学

课程编号：0101101

化 工 原 理Ⅰ

Principles of Chemical Engineering

总学时：48 总学分：3 课程性质：技术基础课

开设学期及周学时分配：第4学期，每周3学时

适用专业及层次：化学工程与工艺、轻化工程、生物工程、生物技术、制药工程、药物制剂专业本科

相关课程：高等数学、物理化学、分离工程、传递过程原理等

教材：夏青、陈常贵编著，化工原理(上册)，天津大学出版社，2005年 推荐参考书：

[1] 谭天恩、丁惠华等编著，化工原理，化学工业出版社，2000年 [2] 赵汝溥、管国锋编著，化工原理，化学工业出版社，1999年 [3] 陈敏恒、丛德滋等编著，化工原理，化学工业出版社，2001年 [4] 赵文、王晓红等编著，化工原理，石油大学出版社，2001年

一、课程目的与要求

本门课程的目的是为学生今后学习相关的专业课程打好工程技术理论基础，并使他们受到必要的基本工程技能训练。

本门课程的任务是使学生初步掌握化工过程的基本原理，以三种传递原理为主线，以物料衡算、能量衡算、平衡关系、传递速率等基本概念为理论依据，使学生掌握典型单元操作通用的学习方法和分析问题的思路，培养理论联系实际的观点，进行典型单元操作设备的设计、操作及选型的计算，并进行基本实验技能和设计能力的训练，以增强学生解决工程实际问题的能力。

化工原理属于工程学科，要求通过本门课程的学习，培养学生工程技术观点及独立分析和解决实际工程问题的能力。

二、课程主要内容及学时分配 0绪论(1学时)

化工单元操作的历史梗概;本课程的性质及物料衡算与热量衡算等化工原理研究方法。 1流体流动(15学时) 1.1 流体的物理性质

1.2 流体静力学方程式(2学时)

密度、压力、流体静力学基本方程式、静力学方程的应用(液柱压差计、液封、液 1 面测量)。

1.3 流体流动基本方程(3学时)

流量与流速、定态流动与非定态流动、连续性方程、柏努利方程、柏努利方程的应用。

1.4 流体流动现象(2学时)

牛顿粘性定律、粘度、非牛顿型流体、流动型态和雷诺准数、管内层流与湍流的比较、边界层概念。

1.5 管内流动阻力损失(4学时)

阻力计算通式、圆形直管内层流流动阻力损失、因次分析法、圆形直管内湍流流动损失、非圆形管内流动阻力、局部阻力。 1.6 管路计算(2学时)

管路计算的类型和基本方法(设计型和操作型)、试差法、复杂管路计算(分支、并联)。

1.7 流量测量(2学时)

测速管、孔板流量计、转子流量计。

2 流体输送机械(7学时) 2.1 离心泵(5学时)

离心泵工作原理及主要构件、基本方程式、主要性能参数、特性曲线、安装高度、工作点及流量调节、组合操作、类型与选用。 2.2 其他类型泵(1学时)

往复泵、计量泵、隔膜泵、齿轮泵、旋涡泵。 2.3 气体输送机械(1学时)

离心式通风机、鼓风机、压缩机、旋转鼓风机、往复压缩机、真空泵。

3 非均相物系的分离和固体流态化(5学时) 3.1颗粒及颗粒床层的特性(1学时)

颗粒、颗粒床层的特性、流体通过床层的压降 3.2 沉降分离(2学时)

重力沉降、离心沉降 3.3 过滤(1学时)

过滤基本概念、基本方程式、恒压过滤、恒速过滤及过滤设备 3.4 固体流态化(1学时)

流态化的基本概念、流化床的主要特征及操作特性 4 传热(16学时)

2 4.1 概述

4.2 热传导(2学时)

付立叶定律、导热系数、平壁和圆筒壁的定态热传导。 4.3 对流传热(4学时)

对流传热分析、传热边界层、对流传热系数的影响因数、因此分析在对流传热中的应用、流体作强制对流和自然对流时的对流传热系数、蒸汽冷凝和液体沸腾时的对流传热系数。

4.4 传热过程计算(4学时)

总传热速率方程、热量衡算、总传热系数、平均温度差、传热面积、传热单元数法。 4.5 对流传热系数关联式(2学时)

影响对流传热系数的因素、流体有相变、无相变时的对流传热系数 4.6 辐射传热(2学时)

基本概念、物体的辐射能力、物体间的辐射传热、对流和辐射的联合传热。 4.7 换热器(2学时)

换热器类型、换热器传热过程的强化途径、列管换热器的设计和选用。 5 蒸发(4学时) 5.1 蒸发设备(1学时)

蒸发器结构、辅助设备及选型 5.2 单效蒸发(2学时)

溶液沸点和温度差损失、单效蒸发计算、蒸发器的生产能力和生产强度 5.3 多效蒸发(1学时)

多效蒸发的操作流程、计算、与单效蒸发的比较及提高经济性的手段 三 教学重点与难点 1 流体流动 本章重点：

(1)静力学基本方程的意义及应用

(2)连续性方程、柏努力方程的物理意义、适用条件、应用柏努力方程解题的要点和注意事项。

(3)雷诺准数的意义及流动型态的判断

(4)管路系统总能量损失的测量及计算(包括相关数据的获得) 本章难点：

柏努力方程的应用，运用静力学方程解题时等压面的选取为本章难点。 2 流体输送机械 本章重点：

3 (1)离心泵的基本结构、工作原理及离心泵特性曲线的应用

(2)掌握离心泵汽蚀现象的定义和安装高度的计算，了解操作特性、安装及选型。 本章难点：

离心泵基本方程式的推导 3 非均相物系的分离和固体流态化 本章重点：

(1)沉降分离(包括重力沉降和离心沉降)的原理、过程计算和相关典型设备的选型。 (2)过滤操作的原理，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。 (3)固体流态化的基本概念、流化床的主要特征及操作特性。 本章难点：

如何将理论上讨论的颗粒与流体间相对运动问题，运用于实现非均相物系分离、固体流态化技术及固体颗粒的气力输送等工业过程。 4 传热 本章重点：

(1)单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用。 (2)换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算。

(3)对流传热系数的影响因素及因次分析法。 本章难点：

对于传热单元数法的理解和运用;换热器的设计计算 5 蒸发 本章重点：

掌握单效蒸发中关于溶液的沸点和温度差及生产能力和生产强度的计算。 本章难点： 本章无难点 四 主要教学方法

(1)在讲授每一章、每一节时，先用框图、表格、自行总结和提炼的几句话等形式简明扼要地向学生讲清本章、本节、本次课的主要内容，知识体系，教学思路、知识的前后联系，以及重点、难点、注意事项等，让学生在学习具体内容前先有一个整体上轮廓式的了解，做到心中有数，听课有针对性。

(2)关键是突出重点、破解难点。把重点和难点讲清、讲透。

(3)每讲完一节、一章后引导学生及时进行归纳总结、搞清知识点之间的联系，搞清理论在实际生产中的应用，注重理论联系实际，起到举一反

三、触类旁通的作用。 (4)坚持以课堂教学为主，同时结合采用投影、实物模型、电化教学、多媒体CAI课件等

4 教学手段进行辅助教学，以不断提高教学效果。 五 典型作业练习 第一章 流体流动

1. 如图所示，在两个压强不同的密闭容器A，B内充满了密度

为 的液体，两容器的上部与下部分别连接两支规格相同

的液体。试 的U行管水银压差计，连接管内充满密度为

回答：

(1)pM和pN的关系;

(2)判断1-2，2-3，3-4及5-6，6-7，7-8等对应截面上

的压强是否相等;

(3)两压差计读数R与H的关系。

2. 本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC与BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离为11m。AB管段内径为38mm、长为58m;BC支管的内径为32mm、长为12.5m;BD支管的内径为26mm、长为14m，各段长均包括管件及阀门全开时的当量长度。AB与BC管段的摩擦系数均可取为0.03。试计算：(1)当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量为若干，m3/h?(2)当所有的阀门全开时，两支管的排水量各为若干，m3/h?BD支管的管壁粗糙度可取为0.15mm，水的密度为1000kg/m3，粘度为0.001Pa·s。

第一章 流体输送机械

1. 用4B15型的离心泵将常压、20℃的清水送往A、B两槽，其流量均为25m/h，主管段长50m，管内径为100mm，OA与OB段管长均为40m，管内径均为60mm(以上各管段长度包括局部阻力的当量长度，OB段的阀门除外)。假设所有管段内的流动皆进入阻力平方区，且摩擦系数λ=0.02。分支点处局部阻力可忽略。 试求：

(1)泵的压头与有效功率;

(2)支路OB中阀门的局部阻力系数ζ;

(3)若吸入管线长(包括局部阻力当量长度)为4m，泵的允许吸上真空度为5m，试确定泵的安装高度。

3第二章 机械分离及固体流态化

1. 在0.04m的过滤面积上以1×10m/s的速率进行恒速过滤试验。测得过滤100s时，过滤压力为3×10Pa;过滤600s时，过滤压力为9×10Pa。滤饼为不可压缩。今欲用框内尺寸为635×635×60mm的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压力达到6×10Pa时改为恒压操作。每获得1m滤液所生成的滤饼体积为0.02m。试求框内充满滤饼所需的时间。 第三章 传热

1. 有一套管换热器，长为6m内管内径为38mm。环隙间用110℃的饱和水蒸气加热管内湍流的空气(Re>104)。空气由25℃被加热到60℃。若将内管改为f25×2.5mm，而长度仍为6m，试计算能否完成传热任务。若欲维持气体出口温度，定性分析可采取的措施(计算时可作合理简化)。

2. 有一单程列管式换热器，内装有f25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。要求将质量流量为8000kg/h的常压空气于管程由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸气在壳方冷凝加热。若蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/m2·K，忽略管壁及两侧污垢热阻和热损失。已知空气在平均温度下的物性常数为Cp =1kJ/kg·K，l=2.85×10-2W/m·K，m=1.98×10-5Pa·s，Pr=0.7。试求： (1)空气在管内的对流传热系数;

(2)换热器的总传热系数(以管子外表面为基准); (3)通过计算说明该换热器能否满足需要; (4)计算说明管壁温度接近哪一侧的流体温度。

3. 有一列管换热器由f25×2.5mm的120 根钢管组成。110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝以加热在管内作湍流流动的某液体，且冷凝水在饱和温度下排出。已知液体平均比热为4.187 kJ/kg·℃，由15℃加热到90℃。管内对流传热系数为ai=800W/m2·℃，蒸气冷凝的对流传热系数ao=1.1×104W/m2·℃，忽略污垢热阻、壁阻和热损失，每小时收集冷凝水2100kg，在饱和温度下蒸气冷凝潜热g=2232kJ/kg，试求： (1)每小时可处理的液体量; (2)管程单程时的列管有效长度;

(3)其它条件均保持不变，将120根钢管改为两管程，列管有效长度为多少。 第四章 蒸发(无计算要求) 六 课程考核方式

本课程的理论课采用期末闭卷笔试的方式考核。

3

3

4

4

42

-43 6

第五篇：青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿（3）

§1.11 胶粉和再生胶 一.胶粉

胶粉是指废旧橡胶制品经粉碎加工处理得到的粉末状橡胶材料。

(一)胶粉的发展现状

胶粉的使用历史比较长，从1940年，人们就利用粒径为0.5~1.0mm的胶粉来制造胶鞋大底，随后胶粉在减震垫、沥青跑道和一些性能要求不高的制品中得到广泛应用。到1970年，出现了100~250µm(60~150目)的精细胶粉，从而胶粉可应用于汽车轮胎。 随着国外大量使用胶粉，生产废胶粉技术日趋成熟，国内研究废胶粉的生产与应用也逐渐走上正轨。80年代，我国胶粉开始商品化，并在橡胶行业应用，90年代进入活跃期。截止到2001年，我国的胶粉生产厂家有40余家，年产量约5万吨。1999年珠海经济特区精业绩点技术研究所和青岛绿叶橡胶有限公司研制成功了液氮冷冻法JY型微细胶粉生产线，为我国制造微细胶粉提供了成套生产设备。 胶粉产业目前存在的主要问题：

(1)市场定位太死;(2)胶粉生产设备投资大，生产成本高;(3)缺乏政府的对大力支持。

(二)分类

按不同的方法可有不同的分类: 按制备方法分类：常温胶粉、冷冻胶粉和超微细胶粉;

按原料来源可分为：载重胎胶粉、乘用车胎胶粉以及胶鞋胶粉等; 按活化与否可分为：活化胶粉及未活化胶粉; 按粒径大大小可分为超细胶粉和一般胶粉。 表1-2 胶粉的分类

粉碎方法 类别 粒度 主要设备 µm 目数

常温粉碎 粗胶粉 1400~500 12~30 砂轮机、粗碎机、回转破碎机

细胶粉 500~300 30~47 细碎机、回转破碎机 低温粉碎

超微细粉碎 微细胶粉 超微细胶粉 300~75 75以下 47~200 200以上 冷冻粉碎装置 磨盘式胶体碾磨机

(三)胶粉的性能 用常温法制得的胶粉，由于是利用剪切力进行粉碎，所以胶粉粒子表面有无数的凹凸呈毛刺状态，而用低温冷冻粉碎的胶粉主要是冲击力的作用，胶粉表面比较光滑。 胶粉的性能主要取决于原料废橡胶的品种和制备方法。

冷冻粉碎胶粉与常温粉碎胶粉相比，由于平均粒度较小，热老化和氧化现象小，故性能略高于常温粉碎法制得的胶粉。但相同粒度的同一种类轮胎的这两种胶粉和生胶配合，其硫化胶的物理机械性能相近。常温粉碎胶粉由于表面有很多凹凸，表面积较大，对胶粉的表面处理和活化有利。

(四)胶粉的化学改性 胶粉的接枝化(相关报道)：

(1)Pessouk报道：用γ射线辐照胶粉接枝乙烯基单体：如丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈等; (2)高能电子辐射处理胶粉表面：将高能电子辐照胶粉表面，使胶粉表面产生羧基、羟基和醛基等含氧基团;

(3)Rajalingam采用电子束辐射、等离子体和电晕三种方法处理胶粉，胶粉表面氧原子的含量：电子束>等离子体>电晕

(五)胶粉对胶料力学性能的影响 1.胶粉的粒度

在通用橡胶中掺用10~40份情况下，胶料的拉伸强度、扯断伸长率和磨耗等性能，均随胶粉粒径的减小越接近未添加胶粉的胶料水平。而耐疲劳或抗裂口增长等动态性能均较未加胶粉的胶料有不同程度的提高。 2.胶粉的用量

在胶粉中添加10份有一定细度的胶粉，对胶料的力学性能影响不大，能较大提高耐疲劳性能，胶料的收缩率可明显降低。但随着胶粉用量的增加，胶料的物理机械性能会相应降低。

(六)胶粉的应用

胶粉一般主要在低档制品中大量掺用。

在建材中应用：铺设运动场地、铺设轨道床基、减震减噪音等场合; 在沥青中高温下加胶粉混匀用于铺路面和屋顶防水层; 在胎面胶中掺用胶粉可提高轮胎的行驶里程。 二.再生胶

再生胶是由废旧橡胶制品和硫化胶的边角废料、经粉碎、脱硫等加工处理制得的具有塑性和粘性的材料。

使用再生胶的主要目的是：降低成本，获得良好的加工性能。

(一)再生胶的特性和应用

再生胶因为是硫化胶裂解而成的，再生胶一般具有以下几方面的特性：

(1)拉伸强度、伸长率、弹性、耐磨性等都比新胶硫化胶低，好的再生胶拉伸强度也只有8~10MPa。

(2)硫化速度快。因再生胶中已有结合硫，并含有交联的小网状碎片，所以硫化平坦性好。 (3)具有较好的耐老化性。 (4)良好的工艺性能。 应用：(再生胶逐步淘汰)

在轮胎工业中，再生胶主要用于制造垫带，另外也可用于外胎中的钢丝胶、三角胶条以及小型轮胎、力车胎中等。

在工业用橡胶制品中也有应用，如胶管、胶板等橡胶制品中。

(二)再生胶的种类

1.按照再生胶的制造方法来分类：

油法、水油法、动态再生法、常温再生法、低温再生法、低温相转移催化脱硫法、微波再生法、辐射再生法等。 2.依据废橡胶来源分类：

胎类再生胶、鞋类再生胶、杂品类再生胶

(三)硫化胶再生原理

再生过程主要是脱硫，硫化胶的再生过程非常复杂，其主要影响因素有机械作用、热氧化—解聚作用及再生剂(软化剂和活性剂)的作用。 1. 机械作用;

2. 热氧化—解聚作用; 3. 软化剂的作用; 4. 再生活性剂

(四)再生胶的制造方法 第二章 橡胶的硫化体系

硫化是橡胶制品加工的主要工艺过程之一，也是橡胶制品生产中的最后一个加工工序。在这个工序中，橡胶要经历一系列复杂的化学变化，由塑性的混炼胶变为高弹性的交联橡胶，从而获得更完善的物理机械性能和化学性能，提高和拓宽了橡胶材料的使用价值和应用范围。因此，硫化对橡胶及其制品的制造和应用具有十分重要的意义。 本章要求：

1.掌握硫化概念、硫化参数(焦烧、诱导期、正硫化、硫化返原)、喷霜等专业术语。

2.掌握硫化历程、各种硫化剂、促进剂的特性;

3.掌握硫化体系与硫化胶结构与性能的关系、硫化条件的选取与确定。

4.了解各种硫化体系的硫化机理、硫化工艺及方法。 本章主要参考书：

橡胶化学(王梦蛟译)、橡胶化学与物理、橡胶工业手册(

2、3分册) §1 绪论

一.硫化发展概况

1839年，美国人Charles Goodyear发现橡胶和硫黄一起加热可得到硫化胶;

1844年，Goodyear又发现无机金属氧化物(如CaO、MgO、PbO)与硫黄并用能够加速橡胶的硫化，缩短硫化时间;

1906年，使用了有机促进剂苯胺。Oenslager发现在硫化性能最差的野生橡胶中添加苯胺后，可使其性能接近最好的巴拉塔胶。

NR+S+PbO+苯胺——→硫化速度大大加快，且改善硫化胶性能;

1906-1914年，确定了橡胶硫化理论，认为硫化主要是在分子间生成了硫化物; 1920年，Bayer发现碱性物有促进硫化作用; NR+S+ZnO+苯胺——→

1921年，NR+S+ZnO+硬脂酸+苯胺——→

同年又发现了噻唑类、秋兰姆类促进剂，并逐渐认识到促进剂的作用，用于橡胶的硫化中。在此之后又陆续发现了各种硫化促进剂。 硫黄并非是唯一的硫化剂。

1846年，Parkes发现SCl的溶液或蒸汽在室温下也能硫化橡胶，称为“冷硫化法”; 1915年，发现了过氧化物硫化; 1918年，发现了硒、碲等元素的硫化; 1930年，发现了低硫硫化方法;

1940年，相继发现了树脂硫化和醌肟硫化; 1943年，发现了硫黄给予体硫化;

二战以后又出现了新型硫化体系，如50年代发现辐射硫化;70年代脲烷硫化体系;80年代提出了平衡硫化体系。 二.硫化的定义

线性的高分子在物理或化学作用下，形成三维网状体型结构的过程。实际上就是把塑性的胶料转变成具有高弹性橡胶的过程。 三.硫化历程及硫化参数

(一)硫化历程

硫化历程是橡胶大分子链发生化学交联反应的过程，包括橡胶分子与硫化剂及其他配合剂之间发生的一系列化学反应以及在形成网状结构时伴随发生的各种副反应。可分为三个阶段： 1.诱导阶段 硫化剂、活性剂、促进剂之间的反应，生成活性中间化合物，然后进一步引发橡胶分子链，产生可交联的自由基或离子。

2.交联反应阶段 可交联的自由基或离子与橡胶分子链之间产生连锁反应，生成交联键。 3.网构形成阶段 交联键的重排、短化，主链改性、裂解。

(二)硫化历程图

图2-1 硫化历程图

根据硫化历程分析，可将硫化曲线分成四个阶段，即焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段和过硫化阶段。 1.焦烧阶段 2.热硫化阶段 3.平坦硫化阶段 4.过硫化阶段

胶料硫化在过硫化阶段，可能出现三种形式：

(三)硫化参数

1.T10：胶料从加热开始至转矩上升到最大转矩的10%所需要的时间。 M10=ML+(MH-ML)×10% 2.诱导期(焦烧期)：从胶料放入模具至出现轻微硫化的整个过程所需要的时间叫硫化诱导期，又称为焦烧时间。

诱导期反应了胶料的加工安全性。诱导期短，加工安全性差;诱导期太长，会降低生产效率。 3.焦烧：胶料在存放和加工过程中出现的早期硫化现象。

4.工艺正硫化时间：胶料从加热开始，至转矩上升到最大转矩的90%时所需要的时间。 M90=ML+(MH-ML)×90% 5.理论正硫化时间：交联密度达到最大程度时所需要的时间。

6.硫化返原：如果胶料再继续硫化就会使交联结构产生降解，性能下降，这种现象就称为硫化返原。

四.理想的硫化曲线

较为理想的橡胶硫化曲线应满足下列条件：

(1)

硫化诱导期要足够长，充分保证生产加工的安全性; (2)

硫化速度要快，提高生产效率，降低能耗;

(3)

硫化平坦期要长(以保证硫化加工中的安全性，减少过硫危险，以及保证制品各部位硫化均匀一致)。

五.橡胶在硫化过程中结构及性能的变化

(一)结构的变化

线性的大分子硫化后不同程度地形成空间网状结构，如图2-2所示。

图2-2 硫化前后橡胶分子结构示意图

(二)性能的变化

拉伸强度、定伸应力、弹性等性能达到峰值后，随硫化时间再延长，其值出现下降; 伸长率、永久变形等性能随硫化时间延长而渐减，当达到最低值后再继续硫化又缓慢上升; 耐热性、耐磨性、抗溶胀性等都随硫化时间的增加而有所改善，并在最佳硫化阶段为最好。 §2 橡胶的无促进剂的硫黄硫化 一.硫黄的品种及用量

(一)品种

硫黄一般有结晶性和非结晶性两种，常用的一般为结晶性硫黄。 1.粉末硫黄 硫黄在橡胶中的溶解度随温度升高而增大，但温度降低时，硫黄会从橡胶中结晶析出，形成“喷霜”现象。

喷霜：硫黄在胶料中的配合量超过了它的溶解度达到过饱和，就从胶料内部析出到表面上，形成一层白霜，这种现象叫喷霜。

喷霜的不利影响：(1)破坏了硫黄在胶料中分散的均匀性;(2)使胶料表面粘着性下降，给加工带来困难。

避免喷霜应采取的措施：(1)应在尽可能低的温度下加入硫黄;(2)使用不溶性硫黄;(3)使用合理的加料顺序;(4)减少硫黄用量，增大促进剂用量。 2.不溶性硫黄 3.胶体硫黄 4.沉降硫黄

(二)硫黄的用量

硫黄在胶料中的用量应根据具体橡胶制品的性质而定。橡胶制品根据其性质特征可分为三类： 软质橡胶(如轮胎、胶管、胶带、胶鞋等);硫黄用量一般为0.2~5.0份。 半硬质橡胶(如胶辊、纺织皮辊等);硫黄用量一般为8~10份。 硬质橡胶(如蓄电池壳、绝缘胶板等);硫黄用量一般为25~40份。 二.硫黄的裂解和活性

硫在自然界中主要以菱形硫(Sα-硫)和单斜晶硫(Sβ-硫)的形式存在，前者作为硫化剂使用。硫的元素形式为S8，一个分子中有8个硫，形成一种叠环，这种环状的硫黄分子的稳定性较高，不易反应，为使硫易于反应，必须使硫环裂解，硫环获得能量后分解，裂解的方式可能是均裂成自由基，也可能是异裂成离子。

硫环裂解后，如果是离子型，则将以离子型机理与橡胶分子链反应;如果是游离基型，则以游离基型机理与橡胶分子链反应。 三.不饱和橡胶分子链的反应活性 (1)大分子链上双键数目多 (2)α-H活泼，易发生取代反应。 (3)取代基对双键有影响 四.硫黄与橡胶的化学反应

以自由基反应为例说明在无促进剂的情况下，橡胶与硫黄的反应。

橡胶与硫黄的反应，一般认为在最初的反应中形成橡胶硫醇，然后转化为多硫交联键。 1.硫环裂解生成双基活性硫。

2.双基活性硫与橡胶大分子反应生成橡胶硫醇，硫化反应一般是在双键的α-亚甲基上进行。

3.橡胶硫醇与其它橡胶大分子交联或本身形成分子内环化物。

4.双基活性硫直接与橡胶大分子产生加成反应。

5.双基活性硫与橡胶大分子不产生橡胶硫醇也可以进行交联反应。

6.多硫交联键的移位

NR在硫化过程中，当生成多硫交联键后，由于分子链上双键位置等的移动，也有可能改变交联位置，如：

7.硫化过程中交联键断裂产生共轭三烯(多硫交联键断裂夺取α-亚甲基上的H原子，生成共轭三烯)

五.硫黄硫化胶的结构与性能 1.结构

硫黄硫化橡胶时，硫黄在橡胶大分子间形成单S键、双硫键或多硫键，同时还生成大分子内部的单硫键或多硫键，但以多硫交联键最多。 2.性能

多硫交联键不稳定，易分解重排，所以硫化胶的耐热性较差。 §3 橡胶的促进剂硫黄硫化

未来促进剂的发展方向是“一剂多能”，即兼备硫化剂、活性剂、促进剂、防焦功能及对环境无污染的特点。

促进剂：就是指能降低硫化温度、缩短硫化时间、减少硫黄用量，又能改善硫化胶的物理性能的物质。

活性剂：一般不直接参与硫黄与橡胶的反应，但对硫化胶中化学交联键的生成速度和数量有重要影响的物质(如氧化锌、硬质酸等)。 一.

促进剂的分类

常用促进剂的分类方法有以下几种： 1.

按促进剂的结构分类

按促进剂的化学结构可分为八大类，即噻唑类(M、DM)、次磺酰胺类(CZ、NOBS、DZ)、 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。 2.

按PH值分类

按照促进剂的呈酸、碱或中性将促进剂分为酸性、碱性和中性促进剂。 酸性促进剂：噻唑类、秋兰姆类、二硫代氨基甲酸盐类、黄原酸盐类。 中性促进剂：次磺酰胺类、硫脲类 碱性促进剂：胍类、醛胺类 3.

按促进速度分类

国际上习惯以促进剂M对NR的硫化速度为准超速，作为标准来比较促进剂的硫化速度。比

M快的属于超速或超超速级，比M慢的属于慢速或中速级。

慢速级促进剂： H、NA-22 中速级促进剂： D 准速级促进剂： M、DM、CZ、DZ、NOBS 超速级促进剂： TMTD、TMTM 超超速级促进剂：ZDMC、ZDC 4.

按A、B、N(酸碱性)+数字

1、

2、

3、

4、5(速级)分类： 5.

肯伯曼分类法

根据促进剂的促进原理可分为：

下列符号表示与碳键合的三个原子的种类，可作为从促进剂的化学结构推测促进效能的大致标准。

NSS、NNN、NNS、SSO、NSO、SSS 二.

常用促进剂的结构与特点

1.噻唑类

作用特性：1)属于酸性、准速级促进剂，硫化速度快;M焦烧时间短，易焦烧;DM比M好，焦烧时间长，生产安全性好。

2)硫化曲线平坦性好，过硫性小，硫化胶具有良好的耐老化性能，应用范围广。 配合特点：1)被炭黑吸附不明显，宜和酸性炭黑配合，槽黑可以单独使用，炉黑要防焦烧。

2)无污染，可以用作浅色橡胶制品。 3)有苦味，不宜用于食品工业。

4)DM、M对CR有延迟硫化和抗焦烧作用，可作为CR的防焦剂，也可用作NR的塑解剂。 2.次磺酰胺类

作用特性: 次磺酰胺类促进剂是一种酸、碱自我并用型促进剂，其特点如下： 1)焦烧时间长，硫化速度快，硫化曲线平坦，硫化胶综合性能好;

2)宜与炉法炭黑配合，有充分的安全性，利于压出、压延及模压胶料的充分流动性; 3)适用于合成橡胶的高温快速硫化和厚制品的硫化; 4)与酸性促进剂(TT)并用，形成活化的次磺酰胺硫化体系,可以减少促进剂的用量。 一般说来，次磺酰胺类促进剂诱导期的长短与和胺基相连基团的大小、数量有关，基团越大，数量越多，诱导期越长，防焦效果越好。如DZ>NOBS>CZ。 3.秋兰姆类 一般结构式为：

作用特点：1)属超速级酸性促进剂，硫化速度快，焦烧时间短，应用时应特别注意焦烧倾向。一般不单独使用，而与噻唑类、次磺酰胺类并用;

2)秋兰姆类促进剂中的硫原子数大于或等于2时，可以作硫化剂使用，用于无硫硫化时制作耐热胶种。硫化胶的耐热氧老化性能好。 4.二硫代氨基甲酸盐类 一般通式如下：

作用特点：属超超速级酸性促进剂，硫化速度比秋兰姆类还要快，诱导期极短，适用于室温硫化和胶乳制品的硫化，也可用于低不饱和度橡胶如IIR、EPDM的硫化。 5.胍类

作用特点: 1) 碱性促进剂中用量最大的一种，硫化起步慢，操作安全性好，硫化速度也慢。 2) 适用于厚制品(如胶辊)的硫化，产品易老化龟裂，且有变色污染性。

3) 一般不单独使用，常与M、DM、CZ等并用，既可以活化硫化体系又克服了自身的缺点，只在硬质橡胶制品中单独使用。 6.硫脲类 结构通式为：

作用特点 促进剂的促进效能低，抗焦烧性能差，除了CR、CO、CPE用于促进和交联外，其它二烯类橡胶很少使用。其中NA—22是CR常用的促进剂。 7.醛胺类

是醛和胺的缩聚物，主要品种是六亚甲基四胺，简称促进剂H，是一种弱碱性促进剂，促进速度慢，无焦烧危险。一般与其它促进剂如噻唑类等并用。其它醛胺类促进剂还有乙醛胺，也称AA或AC，也是一种慢速促进剂。 8.黄原酸盐类 作用特性 是一种酸性超超速级促进剂，硫化速度比二硫代氨基甲酸盐还要快，除低温胶浆和胶乳工业使用外，一般都不采用。其代表产品为异丙基黄原酸锌(ZIX)。 三.促进剂的并用

1.

A/B型并用体系 称为互为活化型，活化噻唑类硫化体系，并用后促进效果比单独使用A型或B型都好。常用的A/B体系一般采用噻唑类作主促进剂，胍类(D)或醛胺类(H)作副促进剂。采用A/B并用体系制备相同机械强度的硫化胶时，优点是促进剂用量少、促进剂的活性高，硫化温度低、硫化时间短，硫化胶的性能(抗张、定伸、耐磨性)好。克服单独使用D时老化性能差、制品龟裂的缺点。

2.

N/A、N/B并用型 活化次磺酰胺硫化体系，它是采用秋兰姆(TMTD)、胍类(D)为第二促进剂来提高次磺酰胺的硫化活性，加快硫化速度。并用后体系的焦烧时间比单用次磺酰胺短，但比DM/D体系焦烧时间仍长得多，且成本低，缺点是硫化平坦性差。 3.A/A并用型：称为相互抑制型。主要作用是降低体系的促进活性。其中主促进剂一般为超速或超超速级，焦烧时间短;另一A型能起抑制作用，改善焦烧性能。但在硫化温度下，仍可充分发挥快速硫化作用。如ZDC单用时，焦烧时间为3.5分钟，若用ZDC与M并用，焦烧时间可延长到8.5分钟。与A/B并用体系相比，A/A并用体系的硫化胶的抗张强度低，伸长率高，多适用于快速硫化体系。 四.机促进剂的硫黄硫化作用机理

根据反应特点，起决定性作用的主要反应可以分为四个主要阶段： 1.

主要反应阶段

(1)硫黄硫化体系各组分间相互作用生成活性中间化合物，包括生成络合物，主要的中间化合物是事实上的硫化剂。

(2)活性中间化合物与橡胶相互作用，在橡胶分子链上生成活性的促进剂—硫黄侧挂基团。 (3)橡胶分子链的侧挂基团与其它橡胶分子相互作用，形成交联键。 (4)交联键的继续反应。

这几个阶段可用硫化流程图来表示。

2.

具体反应

(1)a.在没有活性剂时，促进剂与硫黄反应生成促—Sx—H和促—Sx—促的促进剂有机多硫化物。

如以X代表各种常用促进剂的主要基团，则促进剂可表示为：XSH、XSSX、XSNR2

b.有活性剂时，促进剂与活性剂生成促—M—促化合物，以及又与硫黄生成促—Sx—M—Sy—促的多硫中间化合物，其中M代表金属。

ZnO一般不溶于非极性的橡胶中，而大多数促进剂具有极性，在橡胶中溶解性也不好，但当他们相互作用生成ZMBT或ZDMC时，则溶解性会得到改善。

但当ZMBT等与橡胶中天然存在的碱性物质的氮(如天然橡胶中含有蛋白质，其分解产物如胆碱中含氮)，或与添加进去的胺类碱性物质的氮反应生成络合物时，则具有极好的相容性。 碱性物质的氮作为配合基可与在ZMBT生成络合物：

活化剂硬脂酸也可以通过氧的配合基与在ZMBT生成络合物：

这些络合物不仅溶解性极好，而且活性要比原来的促进剂高很多倍，能够使硫环裂解生成过硫醇盐。

ZDMC与S8的反应可用同时表示：

过硫醇盐是一种活性硫化剂(强硫化剂)。

(2)活性中间化合物与橡胶反应生成活性多硫侧挂基团。

这种侧挂基团上的硫黄有—S—、—S2—和—Sx—几种形式，而且他们对橡胶的老化性能也产生一定的影响。达到正硫化时，单硫侧挂基团较多，多硫侧挂基团较少。 (3)生成橡胶分子间交联键的反应 a.在没有活性剂时交联键的生成

此时橡胶分子的多硫侧挂基团与其它橡胶分子相作用形成交联键，在没有ZnO时，多硫侧挂基团在弱键处断裂分解成游离基后与其它橡胶分子相互作用，最后生成交联键。

b.在有活性剂时交联键的形成

在有活性剂ZnO和硬脂酸存在时，硫化胶的交联密度增加，这是因为可溶性锌离子的存在，与多硫侧挂基团生成了络合物。这种螯合作用保护了弱键，而在强健处断裂。交联键变短，即交联键中的硫黄原子数减少。

游离基XS—Sy•与橡胶分子在发生反应又生成新的侧挂基团，又能进一步断链与RH反应生成新的交联键，使交联密度提高。

(4)交联结构的继续变化(如短化、重排、环化、主链改性等)

在硫化过程中，所得最初的交联键多是较长的多硫交联键，但这些多硫交联键将继续变化，变成较短的一硫和二硫交联键。在多硫交联键短化的过程中，还有热解破坏作用等其它变化。(P110)

五.硫载体硫化机理

硫载体又称硫给予体，是指分子结构中含硫的有机或无机化合物，在硫化过程中能析出活性硫，参与交联过程，所以又称无硫硫化。

硫载体的主要品种有秋兰姆、含硫的吗啡啉衍生物、多硫聚合物、烷基苯酚硫化物。常用的是秋兰姆类中的TMTD、TETD、TRA等和吗啡啉类衍生物中的DTDM、MDB等。化学结构和含硫量能影响硫化特性。 六.氧化锌和硬脂酸的作用

氧化锌和硬脂酸在硫黄硫化体系中组成了活化体系，主要功能为： 1.活化硫化体系

2.提高硫化胶的交联密度 3.提高硫化胶的耐老化性能

七.防焦剂的作用

目前使用的防焦剂的品种主要是硫氮类。1970年，美国孟山都公司开发N—环己基硫代邻苯二甲酰亚胺(PVI或称CTP)以来，由于其防焦效果明显，卫生安全性好等，从而使PVI成为应用最多的防焦剂。其优点是不影响硫化胶的结构和性能，硫化诱导期的长短与用量呈线性关系，生产容易控制。虽然价格较高，但用量较小，还是比较经济的。

其它防焦剂还有有机酸如水杨酸、邻苯二甲酸酐(PA)和亚硝基化合物如NDPA等。§4 各种硫黄硫化体系

一.普通硫黄硫化体系(CV)

普通硫黄硫化体系(Conventional Vulcanization简称CV)，是指二烯类橡胶的通常硫黄用量范围的硫化体系。

对普通硫黄硫化体系(CV)，对NR，一般促进剂的用量为0.5~0.6份，硫黄用量为2.5份。 普通硫黄硫化体系得到的硫化胶网络中70%以上是多硫交联键(—Sx—)，具有较高的主链改性。

特点：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。 二.有效硫化体系(EV) 一般采取的配合方式有两种：

1.高促、低硫配合：提高促进剂用量(3~5份)，降低硫黄用量(0.3~0.5份)。

促进剂用量/硫黄用量=3~5/0.3~0.5≥6 2.无硫配合：即硫载体配合。如采用TMTD或DTDM(1.5~2份)。

特点：1. 硫化胶网络中单S键和双S键的含量占90%以上;硫化胶具有较高的抗热氧老化性能;

2. 起始动态性能差，用于高温静态制品如密封制品、厚制品、高温快速硫化体系。 三.半有效硫化体系(SEV)

为了改善硫化胶的抗热氧老化和动态疲劳性能，发展了一种促进剂和硫黄的用量介于CV和EV之间的硫化体系，所得到的硫化胶既具有适量的多硫键，又有适量的单、双硫交联键，使其既具有较好的动态性能，又有中等程度的耐热氧老化性能，这样的硫化体系称为半有效硫化体系(SEV)。用于有一定的使用温度要求的动静态制品。一般采取的配合方式有两种： 1.促进剂用量/硫用量=1.0/1.0=1(或稍大于1); 2.硫与硫载体并用，促进剂用量与SEV中一致。 NR的三种硫化体系配合如表2-1所示： 配方成分 C V EV 高促低硫 无硫配合 Semi—EV 高促低硫 硫硫载体并用 S NOBS TMTD DMDT 2.5 0.6

0.5 3.0 1.1 0.6 1.1 1.1 1.5 1.5 1.5 0.6 0.6 四.高温快速硫化体系

随着橡胶工业生产的自动化、联动化，高温快速硫化体系被广泛采用，如注射硫化、电缆的硫化等。所谓高温硫化是指温度在180~240℃下进行的硫化。一般硫化温度每升高10℃，硫化时间大约可缩短一半，生产效率大大提高。 1.高温硫化体系配合的原则：

1).选择耐热胶种 为了减少或消除硫化胶的硫化返原现象，应该选择双键含量低的橡胶。 2).采用有效或半有效硫化体系

高温快速硫化体系多使用单硫和双硫键含量高的有效EV和半有效SEV硫化体系，其硫化胶的耐热氧老化性能好。一般使用高促低硫和硫载体硫化配合，其中后者采用DTDM最好，焦烧时间和硫化特性范围比较宽，容易满足加工要求。TMTD因为焦烧时间短，喷霜严重而使应用受到限制。虽然EV和SEV对高温硫化的效果比CV好，但仍不够理想，仍无法解决高温硫化所产生的硫化返原现象和抗屈挠性能差的缺点，应该寻找更好的方法。 3).硫化的特种配合

为了保持高温下硫化胶的交联密度不变，可以采取增加硫用量、增加促进剂用量或两者同时都增加的方法。但是，增加硫黄用量，会降低硫化效率，并使多硫交联键的含量增加;同时增加硫和促进剂，可使硫化效率保持不变;而保持硫用量不变，增加促进剂用量，可以提高硫化效率，这种方法比较好，已在轮胎工业界得到广泛推广和应用。如果采用DTDM代替硫效果更好，在高温硫化条件下，获得象CV硫化胶一样优异的性能。 2.高温硫化的其它配合特点

高温硫化体系要求硫化速度快，焦烧倾向小，无喷霜现象，所以配合时最好采用耐热胶种及常量硫黄、高促进剂的办法。另外，对防焦、防老系统也都有较高的要求。

为了提高硫化速度，须使用足量的硬脂酸以增加锌盐的溶解度，提高体系的活化功能。 五.平衡硫化体系(EC)

Si69是具有偶联作用的硫化剂，高温下，不均匀裂解成由双[三乙氧基甲硅烷基丙基]二硫化物和双[三乙氧基甲硅烷基丙基]多硫化物组成的混合物。

Si69是作为硫给予体参与橡胶的硫化反应，生成橡胶-橡胶桥键，所形成的交联键的化学结构与促进剂的类型有关，在NR/Si69/CZ(DM)硫化体系中，主要生成二硫和多硫交联键;在NR/Si69/TMTD体系中则生成以单硫交联键为主的网络结构。

因为有促进剂Si69的硫化体系的交联速率常数比相应的硫黄硫化体系的低，所以Si69达到正硫化的速度比硫黄硫化慢，因此在S/Si69/促进剂等摩尔比组合的硫化体系中，因为硫的硫化返原而导致的交联密度的下降可以由Si69生成的新的多硫或双硫交联键补偿，从而使交联密度在硫化过程中保持不变。硫化胶的物性处于稳定状态。在有白炭黑填充的胶料中，Si69除了参与交联反应外，还与白炭黑偶联，产生填料—橡胶键，进一步改善了胶料的物理性能和工艺性能。

各种促进剂在天然橡胶中的抗硫化返原能力的顺序如下： DM>NOBS>TMTD>DZ>CZ>D 平衡硫化体系主要内容： 1.平衡硫化体系主要的硫化剂

2.平衡硫化体系有什么特点?用于何种场合? §5 非硫黄硫化体系

除了硫黄硫化体系外，还有一些非硫体系，既可用于不饱和橡胶又可用于饱和橡胶，其中饱和橡胶必须用非硫黄硫化体系。主要有过氧化物硫化体系、金属氧化物硫化体系、树脂硫化体系等。

一.过氧化物硫化体系 1.应用范围

⑴.应用于不饱和橡胶：如NR、BR、NBR、IR、SBR等。

⑵.应用于饱和橡胶：如EPM只能用过氧化物硫化，EPDM既可用过氧化物硫化也可以用硫黄硫化。

⑶.应用于杂链橡胶：如Q的硫化。 2.过氧化物硫化体系的特点

⑴.硫化胶的网络结构为C—C键，键能高，化学稳定性高，具有优异的抗热氧老化性能。 ⑵.硫化胶就永久变形低，弹性好，动态性能差。 ⑶.加工安全性差，过氧化物价格昂贵。

⑷.在静态密封或高温的静态密封制品中有广泛的应用。 3.常用的过氧化物

常用的过氧化物硫化剂为烷基过氧化物、二酰基过氧化物(过氧化二苯甲酰(BPO))和过氧酯。其中二烷基过氧化物应用广泛。如：过氧化二异丙苯(DCP)：是目前使用最多的一种硫化剂。

2,5-二甲基-2,5-(二叔丁基过氧)己烷：又称为双二戊 4.过氧化物硫化机理

过氧化物的过氧化基团受热易分解产生自由基，自由基引发橡胶分子链产生自由基型的交联反应。

(1)硫化不饱和橡胶：

(2)硫化饱和橡胶(如EPR)：

由于侧甲基的存在，EPR存在着β断裂的可能性，必须加入助硫化剂，如加入适量硫黄、肟类化合物，提高聚合物大自由基的稳定性，提高交联效率。 (3)硫化杂链橡胶(如Q)

有机过氧化物还可以交联EVA、FPM、ANM、PU等，还可以交联塑料。 5.过氧化物硫化配合要点： ⑴.用量：随胶种不同而不同

过氧化物的交联效率：1g分子的有机过氧化物能使多少克橡胶分子产生化学交联。

若1分子的过氧化物能使1g分子的橡胶交联，交联效率为1。

如：SBR的交联效率12.5;BR的交联效率为10.5;EPDM、NBR、NR的交联效率为1;IIR的交联效率为0。

⑵.使用活性剂和助硫化剂提高交联效率

ZnO的作用是提高胶料的耐热性，而不是活化剂。硬脂酸的作用是提高ZnO在橡胶中的溶解度和分散性。HVA-2(N,N’-邻亚苯基-二马来酰亚胺)也是过氧化物的有效活性剂。 加助硫化剂：主要是硫黄，其它还有助交联剂如二乙烯基苯、三烷基三聚氰酸酯、不饱和羧酸盐等。

⑶.加入少量碱性物质，如MgO、三乙醇胺等，提高交联效率，避免使用槽法炭黑和白炭黑等酸性填料(酸性物质使自由基钝化);防老剂一般是胺类和酚类防老剂，也容易使自由基钝化，降低交联效率，应尽量少用。

(4).硫化温度：应该高于过氧化物的分解温度 (5).硫化时间：一般为过氧化物半衰期的6~10倍。

过氧化物半衰期：一定温度下，过氧化物分解到原来浓度的一半时所需要的时间，用t1/2表示。

如DCP在170℃时的半衰期为1min，则其正硫化时间应为6~10min。 配方举例： EPDM 100 (基体) S 0.2 (助硫化剂) SA 0.5 (活化剂) ZnO 5.0 (提高耐热性) HAF 50 (补强剂) DCP 3.0 (硫化剂) MgO 2.0 (提高交联效率) 操作油 10 (软化剂) 二.金属氧化物硫化体系 1.适用的胶种

金属氧化物硫化体系主要用于CR、CIIR、CSM、XNBR、CO、T等橡胶，尤其是CR和CIIR，常用金属氧化物硫化。常用的金属氧化物是氧化锌和氧化镁。 2.金属氧化物硫化机理：

金属氧化物硫化CR时，氧化锌能将氯丁橡胶1，2结构中的氯原子置换出来，从而使橡胶分子链产生交联。 具体反应形式为：

氯丁橡胶的金属氧化物硫化有两种机理：

3.配合体系

(1)常用的硫化剂是氧化锌和氧化镁并用，最佳并用比为ZnO：MgO=5:4。单独使用氧化锌，硫化速度快，容易焦烧;单独使用氧化镁，硫化速度慢。

(2)CR中广泛使用的促进剂是亚乙基硫脲(Na-22和ETU)，它能提高GN型CR的生产安全性，并使物性和耐热性得到提高。

(3)如要提高胶料的耐热性，可以提高氧化锌的用量(15~20份);若要制耐水制品，可用氧化铅代替氧化镁和氧化锌，用量高至20份。 配方举例： CR 100 ZnO 5 MgO 4 NA-22 0.5 硫化条件：153℃×15min 三.树脂硫化体系 为了提高二烯类橡胶的耐热性和屈挠性，可以用树脂来硫化。尤其是IIR，用树脂硫化时更能显示出其良好的耐热性，特别适合做胶囊使用。 (1)品种

树脂类硫化剂常用的品种有：烷基酚醛树脂、环氧树脂。

(2)树脂类硫化剂硫化机理 (3)树脂硫化的配合特点

a. 硫化速度慢 树脂硫化时，硫化温度要求高，一般使用活性剂含结晶水的金属氯化物如SnCl2•2H2O，FeCl2•6H2O，ZnCl2•1.5H2O,加速硫化反应，改善胶料性能。

b. 树脂的硫化活性与许多因素有关，如树脂中羟甲基的含量(不小于3%)、树脂的分子量、苯环上取代基等有关。 (4)树脂硫化的硫化胶的特点

硫化胶中形成热稳定性较高的C-C交联键，显著地提高了硫化胶的耐热性和化学稳定性。另外，硫化胶还具有好的耐屈挠性、压缩永久变形小。 四.其它硫化体系 1.醌类衍生物的硫化 2.马来酰亚胺硫化体系 3.通过链增长反应进行的交联 §6 硫化胶结构与性能的关系

一般说来，硫化胶的性能取决于三个方面：橡胶本身的结构、交联的密度和交联键的类型。 一.基本概念

1.交联分子量(MC)：交联点间分子量MC就是两个相邻的交联点间链段的平均分子量。 2.交联密度(1/2MC)：交联密度就是单位体积内的交联点数目，它正比于单位体积内的有效链数目。

3.交联效率(硫化效率)：通常用参数E表示。

4.交联官能度：从一个交联点出发所射出的射线数目。或者说交联剂本身所具有的活性官能团的数目。如液体硅橡胶四乙氧基硅烷(4官能度)、三异氰酸酯(3官能度)。 二.交联密度对硫化胶性能的影响 三.交联键类型对性能的影响 每种交联键的键能如下： 表2-4 交联键类型

交联键类型 硫化体系 键能(kJ/mol) —C—C—

—C—S—C— —C—S2—C—

—C—Sx—C— 过氧化物 辐射交联 EV SEV CV 351.7 351.7 284.7 267.9 小于267.9

1.强伸性能顺序如下：—C—Sx—C—>—C—S2—C—>—C-S-C—>—C—C— 2.动态性能顺序如下：—C—Sx—C—>—C—S2—C—>—C-S-C—

3.耐热性顺序如下： —C—C—>—C-S-C—>—C—S2—C—>—C—Sx—C— §7 硫化工艺

一.正硫化及其测定方法

(一)正硫化及正硫化时间

1.正硫化：橡胶制品性能达到最佳值时的硫化状态。 2.正硫化时间：达到正硫化状态所需要的时间。

3.欠硫：处于正硫化前期，或者说硫化最佳状态之前的状态。 4.过硫：处于正硫化后期，或者说硫化最佳状态之后的状态。

(二)正硫化时间的测定方法 1.物理—化学法

(1)游离硫测定法(理论正硫化时间) (2)溶胀法(理论正硫化时间) 2.物理机械性能测定法

(1)300%定伸应力法(理论正硫化时间) (2)拉伸强度法(工艺正硫化时间) (3)压缩永久变形法(理论正硫化时间) (4)综合取值法 3.专用仪器法

用于测定橡胶硫化特性的测试仪器有各类硫化仪和门尼粘度计。 (1)硫化仪法 (2)门尼粘度仪

门尼焦烧时间t5：随硫化时间增加，胶料门尼值下降到最低点又开始上升，一般由最低点上升至5个门尼值的时间称为门尼焦烧时间。 门尼硫化时间t35：由最低点上升至35个门尼值所需硫化时间称为门尼硫化时间。 正硫化时间= t5+10(t35- t5)

门尼硫化速度(Δt30)：Δt30= t35-t5 二.硫化条件的选取及确定

硫化条件通常指硫化压力、温度和时间——硫化三要素。

(一)硫化压力

橡胶制品硫化时都需要施加压力，其目的是：

(1) 防止胶料产生气泡，提高胶料的致密性;

(2) 使胶料流动，充满模具，以制得花纹清晰的制品;

(3) 提高制品中各层(胶层与布层或金属层、布层与布层)之间的粘着力，改善硫化胶的物理性能(如耐屈挠性能)。

一般来说，硫化压力的选取应根据产品类型、配方、可塑性等因素决定。

原则上应遵循以下规律：可塑性大，压力宜小些;产品厚、层数多、结构复杂压力宜大些;薄制品压宜小些，甚至可用常压。 硫化加压的方式有以下几种：

(1)液压泵通过平板硫化机把压力传递给模具，再由模具传递给胶料; (2)由硫化介质(如蒸汽)直接加压; (3)由压缩空气加压; (4)由注射机注射。

(二)硫化温度和硫化时间

硫化温度是硫化反应的最基本条件。硫化温度的高低，可直接影响硫化速度、产品质量和企业的经济效益。

硫化温度高，硫化速度快，生产效率高;反之生产效率低。 提高硫化温度会导致以下问题：

(1)引起橡胶分子链裂解和硫化返原，导致胶料力学性能下降; (2)使橡胶制品中的纺织物强度降低;

(3)导致胶料焦烧时间缩短，减少了充模时间，造成制品局部缺胶; (4)由于厚制品会增加制品的内外温差，导致硫化不均。

硫化温度的选取应综合考虑橡胶的种类、硫化体系及制品结构等因素。 各种橡胶的最宜硫化温度一般是：

NR<143℃;SBR<180℃;IR、BR、CR<151℃;IIR<170℃;NBR<180℃。 1.等效硫化时间的计算

(1)通过范特霍夫方程计算等效硫化时间

根据范特霍夫方程，硫化温度和硫化时间的关系可用下式表示：

式中 τ1—温度为t1的正硫化时间，min; τ2—温度为t2的正硫化时间，min; K—硫化温度系数。

例：已知某一胶料在140℃时的正硫化时间是20min，利用范特霍夫方程可计算出130℃和150℃时的等效硫化时间。

130℃的等效硫化时间为40min;150℃的等效硫化时间为10min。 (2)利用阿累尼乌斯方程计算等效硫化时间 阿累尼乌斯方程式如下：

ln(τ1/τ2)=E/R((t2- t1)/ t2 t1) 式中 τ1—温度为t1的正硫化时间，min;

τ2—温度为t2的正硫化时间，min; R—气体常数，R=8.3143J/(mol.k); E—硫化反应活化能，KJ/mol。

利用以上公式可求出不同温度下的等效硫化时间。

例如，已知胶料的硫化反应活化能E=92KJ/mol，在140℃时正硫化时间为30min，利用公式计算150℃时等效硫化时间。

已知: τ1=30min;t1=(273+140)=413K;t2=(273+150)=423K;τ2=? log(30/τ2)=(92/(2.303×0.008314)) ×(423-413)/423×413 τ2=15.7min 2.硫化效应的计算 (1)硫化效应的计算

硫化效应等于硫化强度和硫化时间的乘积，即： E=I•t

式中 E—硫化效应;I—硫化强度;t—硫化时间

硫化强度是胶料在一定温度下单位时间内所达到的硫化程度。它与硫化温度系数和硫化温度有关。

I=K(T-100)/10 式中 K—硫化温度系数(由实验测定，或一般取K=2) T—硫化温度

在实际计算中，由于每一种胶料硫化时，在硫化曲线上都有一段平坦范围，因此在改变硫化条件时，一般只要把改变后的硫化效应控制在原来的硫化条件的最小和最大硫化效应的范围内，制品的物理机械性能就可相近。设原来的最大硫化效应为E大，最小硫化效应为E小，改变后的硫化效应为E，则要求： E小

例如;测得某一制品胶料的正硫化时间为130×20min，平坦硫化范围为20~120min，其最大和最小的硫化效应为： E小=2(130-100)/10•20=160 E大=2(130-100)/10•120=960

因此，要求该制品在改变硫化条件后的硫化效应E必须满足下列条件： 160

为了计算各层的硫化效应，首先必须知道各层的温度。各层的温度一般可以用热电偶测得，也可用热传导方法求得。

硫化效应E用积分式表示，也可化为近似式计算，即 E=Δτ((I0+In)/2+I1+I2+……+In-1) 式中 Δτ—测温的间隔时间(一般为5min); I0—硫化开始温度为t0的硫化强度; I1—第一个间隔时间温度t1的硫化强度; In—最后一个间隔时间温度tn的硫化强度。

例：用热电偶测得的某制品硫化时的内层温度数据如表5-1所示，令K=2，求硫化50min时的硫化效应E50?

表5-1 某制品硫化时内层温度数据

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 测温时间/min 中心层温度/℃ 0 30 5 40 10 50 15 70 20 90 25 110 30 130 35 140 40 140 45 140 50 140 解：Δτ=5min;

I0=0.0078;I1=0.0156;……In=16

E=5×((0.0078+16)/2+0.0156+……)=333.38 如厚制品的硫化效应是处于试片的最大和最小硫化效应之间，说明制品的硫化条件是合适的，否则要重新调整，直至合适为止。 b.等效硫化时间法

等效硫化时间也可用来确定厚制品的正硫化时间，即将制品的硫化效应换算为胶料试片的等效硫化时间τE=E/It 式中 τE—试片的等效硫化时间; E—制品的硫化效应;

It—试片在t温度的硫化强度。

例：外胎的缓冲层，其胶料的硫化温度系数为2，在试验室143℃温度下，测出正硫化时间为24min，平坦范围在20~100min，在实际生产中硫化70min，并测出温度变化。求缓冲层的等效硫化时间，并判断是否正硫化?

三.硫化介质及硫化热效应

(一)硫化介质

硫化介质(加热介质)：能传递热能的物质。

常用的硫化介质有：饱和蒸汽、过热蒸汽、过热水、热空气、热水及其它固体介质等。近年来也采用电流和各种射线(红外线、紫外线、γ

射线等)做硫化热源。目前，越来越多的厂家将微波硫化系统用于模压和传递模压制品、压出制品等的连续硫化。 1.饱和蒸汽

饱和蒸汽室温度大于100℃并带压力的蒸汽。 2.过热蒸汽

过热蒸汽是将饱和蒸汽通过加热器加热而获得。 3.热空气

热空气硫化可在常压和加压情况下进行，前者适应于薄制品硫化;后者是在硫化罐中进行。 4.过热水 5.热水

优点：传热比较均匀，密度较高，制品变形倾向较小。 缺点：导热效率不高。 6.固体介质

常用于压出制品的连续硫化工艺。

优点：导热效果较好，可提供150~250℃的温度，能使硫化在短时间内完成。 7.微粒玻璃珠

玻璃微珠直径为0.13~0.25mm，硫化时玻璃珠与热空气构成有效相对密度为1.5的沸腾床，导热效率较高，又称为沸腾床硫化。 8.有机热介质

硅油以及亚烷基二元醇等耐高温的有机介质，可直接在管路中循环，利用高沸点提供高温，使制品在低压或常压下实现高温硫化。

(二)硫化热效应及热平衡 1.硫化热效应

硫化过程中，生胶与硫黄之间的化学反应是一个放热反应过程。实验证明，生成热随结合硫黄的增加而增高。

在硫化开始阶段，因硫黄的熔融需要吸收热量，会出现温度降低的现象。 2.硫化热平衡

硫化可看成是热交换过程，在供热方面有来自加热介质升温时的热量及胶料的反应生成热;在耗热方面，有胶料的吸热、设备的散热及冷凝水的吸热等。 四.硫化方法

橡胶制品多种多样，硫化方法也很多，可按使用设备的种类、加热介质的种类、硫化工艺方法等来分类。

(一)硫化室温法 硫化在常温常压下进行。 应用：

1、胶粘剂;

2、室温硫化胶浆

(二)冷硫化法

多用于薄膜制品的浸渍硫化。

此法硫化的产品老化性能差，目前很少使用。

(三)热硫化法 1.直接硫化法 (1)热水硫化法

(2)直接蒸汽硫化罐硫化法 (3)热空气硫化 2.间接硫化法 3.加压硫化法 (1)压力机硫化法 (2)罐式硫化机硫化法 (3)个体硫化机硫化法

(四)连续硫化法 1.鼓式硫化机硫化法 2.热空气连续硫化

是一种常压硫化方法，主要用于硫化雨布和胶乳制品。

特点：产品连续通过硫化室进行加热硫化。硫化室分为三段，第一段为预热、升温，第二段为恒温硫化，第三段为降温冷却。 硫化室可用间接蒸汽加热或电热。 3.管道硫化法

4.液体介质连续硫化法 5.红外线硫化法

红外线硫化是用红外线辐射硫化箱进行加热，使制品在红外线发热源之间通过二受到辐射加热。

红外线硫化适用于胶乳制品、雨布、密封条等薄壁制品。 6.沸腾床硫化法

沸腾床的构造原理与液体硫化槽类似，床内贮存的是由固体、气体构成的悬浮系统。 沸腾床硫化的优点：热传递能力高;受热均匀;比液体介质的温度极限和化学惰性高;操作安全;不沾污成品和简化清洁工序等。

沸腾床除用于硫化橡胶制品外，还可用于金属、织物、坯料、模型的预热及原料的干燥等。沸腾床硫化被广泛应用于无芯制品的连续硫化，如海绵条、门窗条、胶绳、胶条及异型压出制品、电线、电缆、纯胶管、薄膜制品等。 7.微波预热热空气硫化法

微波预热热空气硫化法是压出制品先采用微波预热，接着让其进入热空气管道中进行硫化。 微波通常指频率在300~30000MHz之间的电磁波，只需要30~40s就可以使胶料的温度从90℃上升至190℃。

特点：微波预热热空气硫化法可以用于厚制品的硫化。高频微波硫化法也可以用于厚制品的硫化。具有频率高，占地少、制品清洁等优点，适用于各种尺寸和断面构型复杂的制品。可以用于胶带、胶管及电线等的连续硫化。 8.电子束辐照连续硫化

是通过电子束装置发射的高速电子束辐照橡胶半成品，使胶料离子化、活化，并产生交联反应。

优点：可在常温下快速连续地进行硫化;交联程度可通过调整电子束的能量来实现，且操作简便。

电子束辐照硫化可用于多种制品，如轮胎、胶管、电线和防水卷材等。还可采用电子束辐照对胶料进行轻度预硫化，从而保证其成型挺性。

思考题：

1. 生胶和硫化较在分子结构和性能上有何不同?

2. 橡胶的硫化历程分为几个阶段?各阶段的实质和意义是什么? 3. 何谓硫化三要素?对硫化三要素控制不当会造成什么后果?

4. 何谓正硫化和正硫化时间?工艺正硫化与理论正硫化的区别在何处? 5. 正硫化时间的测定方法有哪几种?各有何特点?

6. 某一胶料的硫化温度系数为2，当硫化温度为137℃时，测出其正硫化时间为80min，若将硫化温度提高到143℃，求该胶料达到正硫化所需要的时间?

7. 上述胶料的正硫化时间缩短到60min时，求所选取的硫化温度是多少? 8. 某胶料的硫化温度系数为2，在实验室用试片测定，当硫化温度为143℃时，硫化平坦时间为20~80min，该胶料在140℃下于模型中硫化了70min，问是否达到正硫化? 9. 某外胎缓冲层的硫化温度系数为2，在实验室中测得得正硫化条件为141℃×24min，硫化平坦范围为24~100min。在实际生产中，硫化时间为70min，并测出其温度变化如下： 硫

化

时

间/min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 胶

层

温

度/℃ 30 40 80 100 110 113 120 124 127 131 133 137 138 140 141 试判断其是否达到正硫化?

10.试分别选择硫化轮胎外胎、布面胶鞋、纯胶管及油封的最佳硫化介质、硫化设备和硫化工艺方法。