輸送帶在生產(chǎn)過(guò)程(guò chéng)橡膠是主要原料,橡膠在實(shí)際使用過(guò)長(zhǎng)中需要先進(jìn)行硫化,下面介紹橡膠在實(shí)際應(yīng)用中硫化的意義
硫(化學(xué)符號(hào):S)化是指橡膠的線(xiàn)性大分子鏈通過(guò)化學(xué)構(gòu)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化過(guò)程(guò chéng)。進(jìn)而膠料的物理性能及其他性能都發(fā)生根本變化。橡膠分子鏈在硫化前后的狀態(tài)
橡膠硫(化學(xué)符號(hào):S)化時(shí)橡膠制品制造工藝的最后一個(gè)流程,也是橡膠制品加工中最主要的物理-化學(xué)過(guò)程。這一過(guò)程使未硫化膠料轉(zhuǎn)變成為硫化膠,從而賦予(entrust to)橡膠各種寶貴的物理性能,使橡膠成為廣泛(extensive)應(yīng)用的工程材料,在許多重要部門(mén)和現(xiàn)代尖端科技,如交通、能源(解釋:向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì))、航天航空及宇宙開(kāi)發(fā)的各個(gè)方面都發(fā)揮了重要的作用。
硫(化學(xué)符號(hào):S)化反應(yīng)是美國(guó)人Charles Goodyear 于1839年發(fā)現(xiàn)的。他將硫黃與橡膠(Rubber)混合加熱制得性能較好的材料。這一發(fā)現(xiàn)是橡膠史上最重要的里程碑。英國(guó)人Hancock最早把這一辦法用于工業(yè)生產(chǎn),他的朋友Brockeden 最早把這一方法用于工業(yè)生產(chǎn),他的朋友Brockeden把這一過(guò)程使高聚物大分子交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),它嚴(yán)格限制了分子鏈的互動(dòng)滑動(dòng)除了硫黃外,人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多化學(xué)物質(zhì),例如過(guò)氧化(oxidation)物、金屬氧化物、醌肟類(lèi)化合物、胺類(lèi)化合物。。。都可使橡膠硫化,有些橡膠不用硫化劑,用γ射線(xiàn)輻射也能硫化。但是,無(wú)論交聯(lián)劑品種或硫化方法如何變化,硫黃在橡膠工業(yè)用交聯(lián)劑中仍占統(tǒng)治地位,硫化仍然是橡膠工業(yè)最重要的環(huán)節(jié),因此硫化就成為交聯(lián)的代表性用語(yǔ)。
硫化過(guò)程使交聯(lián)過(guò)程,或稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化過(guò)程,是20世紀(jì)50年代和60年代的普遍看法。60年代末期和70年代初期熱塑性橡膠(thermoplastic rubber,簡(jiǎn)稱(chēng)TPR)的出現(xiàn)和發(fā)展,使橡膠交聯(lián)過(guò)程有多相變化特征概念得以充實(shí)和加寬。隨著合成橡膠的發(fā)展并通過(guò)(tōng guò)對(duì)各種合成膠結(jié)構(gòu)、硫化過(guò)程及硫化膠結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn),硫化膠的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的,其中有化學(xué)交聯(lián)鍵交聯(lián),也有分子間作用力所形成的組合,如結(jié)晶區(qū)和氫鍵,或其他形式的化學(xué)鍵如離子鍵的交聯(lián)。這些形式縮蒂合的硫化膠結(jié)構(gòu)形成三維網(wǎng)狀。例如氯丁橡膠、羧基橡膠等在硫化過(guò)程中,由于極性基團(tuán)的原因,形成離子鍵的特殊結(jié)構(gòu)分子網(wǎng),如圖2-2所示。
熱塑性彈性體的嵌段共聚物,它所形成的三維網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)是分子鏈一些硬鏈段靠分子間作用力結(jié)合在一起,如圖2-3所示。熱塑性彈體通過(guò)各種分子間作用力如氫鍵、結(jié)晶、聚集相(及硬嵌段)等約束成分蒂合的網(wǎng)絡(luò)都是物理交聯(lián)鍵,而其他化學(xué)形式的交聯(lián)如通過(guò)配合離子鍵或可逆共價(jià)鍵或接枝所形成的熱塑性彈性體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與硫(化學(xué)符號(hào):S)化形成的化學(xué)交聯(lián)概念(Idea)不同,它們是可逆的,又稱(chēng) ;熱消除 ;交聯(lián)鍵(heat-fugitive cross links)。在高溫下,熱塑性彈性體表現(xiàn)為塑性,交聯(lián)鍵消失。在100度以下,又具有硫化膠的綜合性能。由此看來(lái),原來(lái)硫化的概念是描述線(xiàn)性分子的橡膠(Rubber)通過(guò)化學(xué)共價(jià)鍵的交聯(lián)轉(zhuǎn)化為三維網(wǎng)絡(luò)的含義,現(xiàn)在應(yīng)擴(kuò)展。但是,現(xiàn)代的硫化概念仍然是線(xiàn)形的橡膠分子鏈通過(guò)化學(xué)交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀機(jī)構(gòu)個(gè)過(guò)程。
橡膠(Rubber)經(jīng)硫化(交聯(lián))使原結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,這必然導(dǎo)致在物理及化學(xué)性質(zhì)方面的變化。橡膠在硫化過(guò)程中物理力學(xué)性能的變化如圖2-4所示。
橡膠的硫化過(guò)程,是硫化膠結(jié)構(gòu)連續(xù)變化的過(guò)程。如天然橡膠的交聯(lián)鍵數(shù)量在一定的硫化時(shí)間內(nèi)逐漸地增加,而達(dá)到一個(gè)極限值后又有所下降(descend),此外,硫化的過(guò)程中所生成的交聯(lián)鍵類(lèi)型以及交聯(lián)鍵的分布都依賴(lài)硫化過(guò)程有所變化。
由圖2-4可知,不同結(jié)構(gòu)的橡膠,在硫(化學(xué)符號(hào):S)化過(guò)程(guò chéng)中物理力學(xué)性能的變化雖然有不同的趨向(tend to),但大部分性能的變化卻基本一致,即隨硫化時(shí)間的增加,除了扯斷伸長(zhǎng)率和永久變形是下降(descend)外,其余指標(biāo)均是提高的,因?yàn)?,未硫化的生膠是線(xiàn)性化結(jié)構(gòu),其分子鏈具有運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性,而表現(xiàn)出可塑性大,伸長(zhǎng)率高,并具有可溶性。耐熱輸送帶是由多層橡膠棉帆布(滌棉布)或者聚酯帆布上下覆有耐高溫或耐熱橡膠、經(jīng)高溫硫化粘合在一起,適合輸送175℃以下熱焦碳、水泥、熔渣和熱鑄件等。經(jīng)硫化后,在分子鏈之間形成交聯(lián)鍵而成為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因而在分子間除次價(jià)力外,在分子鏈彼此結(jié)合處還有主價(jià)力發(fā)生作用,并且交聯(lián)鍵的存在,使分子鏈間不能產(chǎn)生相對(duì)滑移,但鏈段運(yùn)動(dòng)依然存在。所以硫化膠比生膠的拉伸強(qiáng)度大、定伸應(yīng)力高、扯斷伸長(zhǎng)率小而彈性大,并失去可溶性而只產(chǎn)生有限溶脹。
此外,硫化膠的耐溫范圍(fàn wéi)大大變寬。耐熱輸送帶是由多層橡膠棉帆布(滌棉布)或者聚酯帆布上下覆有耐高溫或耐熱橡膠、經(jīng)高溫硫化粘合在一起,適合輸送175℃以下熱焦碳、水泥、熔渣和熱鑄件等。輸送帶廠家在農(nóng)業(yè)、工礦企業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)中廣泛用于輸送各種固體塊狀和粉料狀物料或成件物品,輸送帶能連續(xù)化、高效率、大傾角運(yùn)輸,輸送帶操作安全,輸送帶使用簡(jiǎn)便,維修容易,運(yùn)費(fèi)低廉,并能縮短運(yùn)輸距離,降低工程造價(jià),節(jié)省人力物力。以天然橡膠(Rubber)為例,其生膠僅在5~35℃范圍內(nèi)保持彈性,而硫化膠可在-40~130℃的廣泛(extensive)溫度范圍內(nèi)保持彈性。因?yàn)榻宦?lián)限制了分子鏈的運(yùn)動(dòng),使低溫下不易結(jié)晶變硬,而高溫下又不產(chǎn)生塑性流動(dòng)的結(jié)果。
還有,硫化過(guò)程中,由于交聯(lián)作用,使橡膠分子結(jié)構(gòu)中的雙鍵或活性官能團(tuán)的數(shù)量涿漸最大化減少。另一方面,交聯(lián)鍵的不斷形成使橡膠分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)減弱,低分子物質(zhì)的擴(kuò)散作用受到阻礙。因此,橡膠的化學(xué)穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒(méi)有變動(dòng))性、耐熱氧老化性得到提高,同時(shí),像膠的耐氣透性及密度也有所提高。
硫化體系簡(jiǎn)介
自1839年發(fā)現(xiàn)了硫(化學(xué)符號(hào):S)磺硫化橡膠以來(lái),橡膠工業(yè)得到飛躍發(fā)展。下面列舉幾個(gè)橡膠硫磺硫化的歷史進(jìn)展:
年份 硫化系統(tǒng) 硫化時(shí)間 溫度 發(fā)明者
1939年 硫黃 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(化學(xué)式:C6H6) 胺+硬脂酸 20~40min 140℃ Bayer
1921年 S+ZnO+促進(jìn)劑D+硬脂酸 約10min 140℃
1925年 S+ZnO+M+硬脂酸 約10min 140℃
1930年 S+ZnO+DM+硬脂酸 約10min 140℃
由于硫黃廉價(jià)易得,資源豐富(plump),硫化膠性能好,仍是最佳的硫化劑。經(jīng)過(guò)100多年的研究及發(fā)展,已形成幾個(gè)基本的不同層次的硫黃硫化體系,組成層次表示如下:
硫(化學(xué)符號(hào):S)黃 大量硫黃 大量硫黃2~3份 Semi EV體系
EV體系
EC體系(1979)
100g膠 促進(jìn)劑0.6~11份
1839年 1920年CV體系 1950年
CV代表普通硫(化學(xué)符號(hào):S)黃硫化體系;Semi EV代表半有效硫黃硫化體系;EV代表有效硫化體系;EC代表平衡硫化體系。以上四個(gè)不同的硫黃硫化體系在不同橡膠制品中得到了廣泛的應(yīng)用。公司歡迎各界客戶(hù)光臨。
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