橡胶工艺学课程习题及答案.docx

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橡胶工艺学课程习题及答案

橡胶工艺学课程习题及答案

一．名词解释∶

1．橡胶橡胶是一种有机高分子材料，能够在大的变形下迅速恢复其形变，表现出高弹性；能够被改性，有粘弹性。

2．格林强度

3．冷流性生胶或未硫化胶在停放过程中因为自身重量而产生流动的现象。

4．活性剂配入橡胶后能增加促进剂活性，能减少促进剂用量或降低硫化反应温度，缩短硫化时间的物质

5．促进剂的迟效性

6．焦烧加有硫化剂的混炼胶在加工或停放过程中产生的早期硫化现象。

焦烧现象本质是硫化，胶料局部交联

7．工艺正硫化时间胶料从加入模具中受热开始到转矩达到M90所需要的时间。

8．硫化返原又称返硫，是胶料处于过硫化状态，胶料的性能不断下降的现象。

9．硫化效应硫化强度与硫化时间的乘积，用E表示。

10．防老剂的对抗效应防老剂（抗氧剂）并用后产生的防护效能低于参加并用的各抗氧剂单独使用的防护效能之和

11．防老剂的协同效应防老剂（抗氧剂）并用后的防护效能大于各抗氧剂单独使用的效能之和，是一种正效应。

12．软质炭黑粒径在40nm以上，补强性低的炭黑

13．硬质炭黑粒径在40nm以下补强性高的炭黑

14．结合橡胶也称为炭黑凝胶（bound-rubber），是指炭黑混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那部分橡胶。

15．炭黑的二次结构又称为附聚体，凝聚体或次生结构，它是炭黑聚集体间以范德华力相互聚集形成的空间网状结构，不牢固，在与橡胶混炼是易被碾压粉碎成为聚集体。

16．增塑剂增塑剂又称为软化剂，是指能够降低橡胶分子链间的作用力，改善加工工艺性能，并能提高胶料的物理机械性能，降低成本的一类低分子量化合物。

17．塑炼塑炼是指通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方式，使橡胶由强韧的高弹性状态转变为柔软的塑性状态的过程

18．压延效应压延后胶片出现性能上的各项异性现象

19.抗氧指数又称塑性保持率，是指生胶在140℃×30min前后华莱士塑性值的比值，其大小反映生胶抗热氧化断链的能力。

二．填空∶

1．碳链橡胶中，不饱和橡胶有__NR__、__SBR__、___BR__、__IR__，

饱和橡胶有__EPM_、__EPDM_、__IIR_、_FPM_、_ACM_；

杂链橡胶有____PU_____、_____T_____；元素有机橡胶包括___MVQ__等。

2．通用合成橡胶包括__SBR___、__BR__、__IR__、__CR__、__EPR__、____IIR____和_NBR_。

3．天然橡胶中包含的非橡胶成分有____蛋白质____、____丙酮抽出物_____、_____少量灰分____、____水分____和_______。

4．目前所有弹性体中，弹性最好的橡胶是________，比重最小的橡胶是_______，耐磷酸酯油类的橡胶是_______，气密性最好的橡胶是_______，气透性最好的橡胶是_______，耐压减振性好的橡胶是_______，广泛用作胶粘剂的橡胶是_______，具有生理惰性的橡胶是_______，滞后损失、生热大的橡胶是________，抗湿滑性差的橡胶是_______，耐高低温性最好的橡胶是________，耐磨性最好的橡胶是______。

5．NBR根据丙烯腈的含量可分为____极高CAN含量____、__高CAN含量__、____中高CAN含量____、___中CAN含量___和__低CAN含量__五类。

6．根据废橡胶的来源，再生胶可分为__________、___________和__________。

7．促进剂按结构可分为___噻唑类___、___二硫代磷酸盐类___、___秋兰姆类___、____二硫代氨基甲酸盐类___、___黄原酸盐类___、__次磺酰胺类___、__硫脲类__、___醛胺类___和____________九类；按PH值可分为___酸性___、___中性___和___碱性___三类；按硫化速度可分为___慢速促进剂___、___中速促进剂__、___准速促进剂___、___超速促进剂__和___超超速促进剂___五类。

8．促进剂N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的英文缩写___CZ___，结构式为__________P54_____________，呈______性，________速级，___________效性促进剂；二硫化二苯并噻唑的英文缩写为_____DM______，结构式为___P54___，呈___酸性___性，__准___速级促进剂；四甲基二硫化秋兰姆的英文缩写为__TMTD__，结构式为__P55___，呈_____性，___速级促进剂。

9．硫化的本质是________化学交联_______。

10．平衡硫化体系具有优良的____耐热老化_____性能和____耐疲劳_____性能。

11．交联效率参数E越大，交联效率越_______。

12．NR热氧老化后表观表现为____变软发粘_____，BR热氧老化后表现为___变硬发脆___。

13．链终止型防老剂根据其作用方式可分为_加工反应型__、_防老剂与橡胶单体共聚型_和_高分子量防老剂_三类;胺类和酚类防老剂属于__加工反应型_。

14．当防老剂并用时，可产生___对抗____、____加和___和协同效应，根据产生协同效应的机理不同，又可分为___杂协同效应___和___均协同效应__两类。

15．填料的活性越高，橡胶的耐疲劳老化性越_______。

16．非迁移性防老剂与一般防老剂相比，主要是具有____________性、_______性和_______性。

17．炉法炭黑的表面粗糙度比槽法炭黑___小____，其表面含氧基团比槽法炭黑___少___，呈__碱__性，会使胶料的焦烧时间_____。

18．炭黑的结构度越高，形成的包容橡胶越___多____，胶料的粘度越__高__，压出性能____越好___，混炼的吃粉速度___慢____，在胶料中的分散性越___日益____。

19．炭黑的粒径越小，混炼的吃粉速度越___慢____，在胶料中的分散性越____难___；炭黑的粒径越___小____，粒径分布越_______，对橡胶的补强性越高。

20．根据制法不同，白炭黑分为___气相法____白炭黑和___沉淀法____白炭黑；测定表明，白炭黑表面只有___硅氧烷基和羟____基存在。

21．吸留橡胶生成量的多少与炭黑的___结构____有关，而混炼时结合橡胶生成量的多少与炭黑的___比表面积____有关。

22．胶料中填充炭黑会使其电阻率下降,炭黑的粒径越__小__、结构度越__高___、表面挥发分__大___、炭黑用量__大___,电阻率越低。

23．生胶塑炼前的准备工作包括___选胶____、____烘胶___和___切胶____处理过程。

24．当橡胶的门尼粘度为_______时可不用塑炼。

25．低温机械塑炼过程中，橡胶的分子量分布逐渐变__窄__（窄或宽）。

26．氧在橡胶的机械塑炼过程中起着_使生成的大分子自由基稳定_和_引起大分子氧化裂解_的双重作用，其中在低温下，氧和橡胶分子的化学活泼性均较低，氧主要起______稳定______作用，而在高温下氧起______裂解______作用。

27．根据增塑机理不同，可以将化学塑解剂分为三种类型__自由基受体型___、____引发型____和____混合型___；在低温塑炼时使用的苯醌和偶氮苯属于_____自由基受体型_____增塑剂，又叫_____链终止_____塑解剂，在高温下使用的过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈属于___引发____型化学塑解剂。

28．密炼机塑炼NR时，其排胶温度一般控制在____50-60℃_____范围，快速密炼机塑炼，排胶温度可能达到__140℃___，SBR用密炼机塑炼时，排胶温度应控制在__130℃___以下，否则产生__凝胶___，反而使可塑度降低。

29．开炼机混炼时应最后添加的配合剂是__硫化剂____，目的是_______。

30．开炼机混炼时前后辊温度应保持___5-10度____温差，NR易包__热__辊，多数合成橡胶易包__冷__辊，因合成橡胶混炼时生热量比NR多，故混炼时的两辊温度均应比NR___低___。

31．压延时胶料只沿着辊筒的_________流动，没有轴向流动，因此属于_______流动状态。

32．胶片压延工艺可分为___压片_____、____贴合______和____压型_____；纺织物挂胶艺可分为___浸胶浆_____、____帘布贴胶_____和__帆布擦胶_。

33．为减小挠度对压延半成品宽度方向上厚度不均匀的影响,通常采用三种补偿方法,即_凹凸系数法_、_辊筒轴交叉法_和辊筒预弯曲法。

34．压延和压出时胶料均需热炼，热炼包括粗炼和细炼两个阶段，粗炼的目的是_使胶料变软，获得热流动性，细炼的目的是___补充混炼均匀，获得必要的热可塑性____。

35．根据胶料在单螺杆中的运动情况，可将螺杆的工作部分分为喂料__喂料段_、___压缩段___和___挤出段____三段。

三．简答题：

1．简述天然橡胶的化学结构及其特性。

答：

NR链烯烃的特点：

，NR中有双键，能够与自由基、氧、过氧化物、紫外光及自由基抑制剂反应。

NR中有甲基（供电基），使双键的电子云密度增加，α-H的活性大，使NR更易反应（易老化、硫化速度快）。

2．回答问题并解释原因∶

①SBR与NR相比，哪一种更耐热氧老化?

答：

SBR（丁苯橡胶），

②EPDM与IIR相比，哪一种更耐臭氧老化?

答：

EPDM（乙丙橡胶），

③NBR与CR相比，哪一种更耐石油类油类?

答：

NBR（丁腈橡胶），

④CR与BR相比，哪一种更耐臭氧老化?

答：

CR（氯丁橡胶），

⑤BR与NR相比，哪一种冷流性大?

哪一种回弹性大?

答：

BR冷流性、回弹性较大，

3．根据用途选择一种适当的橡胶

①制造水胎或硫化胶囊

②制造内胎（丁基橡胶）

③制造耐230℃在石油介质中连续工作的密封件（氟橡胶）

④具有一定阻燃性、机械强度较高、耐酸碱的运输带覆盖胶（氯丁橡胶）

4．鉴别橡胶∶

①两包生胶标识模糊，已知其中一包是SBR-1502，另一包是BR-DJ9000,试选择一种方法，将其准确地区分开来。

②有两块外观均为黑色的混炼胶，已知其一是掺有少许炭黑的CR，另一块是掺有少许炭黑的BR胶，试至少用两种最简单（不用任何仪器）的方法，将它们分辨开来。

5．试从化学结构上说明IIR（丁基橡胶）为何具有优良的耐老化和耐气透性?

硅橡胶为何耐高温?

答：

对于丁基橡胶，

可以看出分子主链周围有密集的侧甲基，且无极性基团和活性基团。

异戊二烯的数量相当于主链上每100个碳原子才有一个双键（单个存在），可近似看作饱和橡胶，所以它耐老化，透气性好。

对于硅橡胶来说，硅橡胶是分子主链中为—Si—O—无机结构，热稳定性好，因此耐高温。

6．为什么丁苯胶的硫化速度比天然胶慢?

7．什么是再生胶?

橡胶再生过程的实质是什么?

再生胶有何用途?

答：

再生胶的定义：

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。

实质：

橡胶的再生是废胶在增塑剂（软化剂和活化剂）、氧、热和机械剪切的综合作用下，部分分子链和交联点发生断裂的过程。

应用：

（1）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。

（2）在工业用橡胶制品中也有应用，如胶管、胶板等橡胶制品中。

8．硫化剂的作用是什么?

焦烧现象产生的原因有哪些？

如何预防焦烧现象？

答：

硫化的本质是橡胶线型大分子网络化，硫化剂会与橡胶反应生成交联键，使之成为三维网状结构。

焦烧现象产生的原因有

（1）促进剂选用不当（内因）

（2）加工温度过高（3）冷却不充分（4）加工时间过长（5）配合剂分散不均匀。

预防焦烧现象的措施：

（1）使用迟效性促进剂，如次磺酰胺类促进剂

（2）控制加工温度不要过高；冷却充分才折叠停放（3）在保证配合剂分散的情况下，尽可能缩短加工时间（4）使用防焦剂（scorchretarder）如CTP。

9．喷霜产生的原因是什么?

为避免喷霜应采取哪些措施?

答：

混炼胶产生喷霜的原因：

配合剂与橡胶的相容性差、配合剂用量过多、加工温度过高，时间过长、停放时降温过快，温度过低、配合剂分散不均匀。

硫化胶产生喷霜的原因：

与橡胶相容性差的防老剂或促进剂用量多了、胶料硫化不熟，欠硫、使用温度过高，贮存温度过低、胶料过硫，产生返原。

减轻喷霜的措施：

低温炼胶、使用不溶性硫黄、用硫载体取代部分硫黄、适当提高混炼胶的停放温度（25～30℃）、采用促进剂或防老剂并用，减少单一品种的用量、胶料中添加能够溶解硫黄的增塑剂如煤焦油、古马隆树脂、使用防喷剂（bloominginhibitor）。

10．CR（氯丁橡胶）适用的硫化剂是什么?

为什么不用硫磺硫化?

答：

过氧化物。

与硫磺硫化的硫化胶相比，过氧化物硫化胶的网络结构中的交联键为C-C键，键能高，热、化学稳定性高，具有优异的抗热氧老化性能，且无硫化返原现象，故而不用硫磺硫化。

11．促进剂DM、TMTD、NOBS、D、DZ、CZ在天然橡胶中的抗硫化返原能力的顺序如何?

答：

DM>NOBS>TMTD>DZ>CZ>D

12．已知有下列交联网络，请你说出与其相对应的硫化体系

①-C-C-②-C-O-C-③-C-S1-C-和-C-S2-C-④-C-S1-C-、-C-S2-C-和-C-SX-C-（其中以多硫交联键为主）⑤-C-S1-C-、-C-S2-C-和-C-SX-C-（其中以单硫键和双硫键为主）

答：

依次是：

过氧化物硫化体系、酚醛树脂硫化体系、有效硫化体系、传统硫化体系、半有效硫化体系

13．什么是传统硫化体系、有效硫化体系和半有效硫化体系?

传统硫磺硫化体系是指二烯类橡胶的通常硫磺用量范围的硫化体系，可制得软质高弹性硫化胶，配合方式：

硫黄和促进剂用量为通常用量。

有效硫化体系是在传统硫化体系的基础上改变了硫∕促进剂的比例，配合得到的硫化胶网络中单键和双键的含量占90%以上，网络具有极少主链改性，硫磺的利用率很高。

半有效硫化体系是一种促进剂和硫磺的用量介于以上两种之间，所得硫化胶即具有适量的多硫键，又有适量的单、双硫交联键，使其具有较好的动态性能，又有中等的耐热氧老化性能的硫化体系。

14．试说明NR中不同硫磺用量和促进剂用量对硫化体系类型、交联结构及硫化胶性能的影响。

答：

NR的普通硫磺硫化体系，促进剂0.5-0.6份，硫磺2.5份，所得硫化胶网络70%以上为多硫交联键，硫化胶具有良好的初始疲劳性能，室温下有优良的动静态性能，但不耐热氧老化。

高促低硫（促进剂3-5份，硫化剂0.3-0.5份）或无硫，为有效硫化体系，交联结构中单、双硫键占90%，硫化橡胶有较高的抗热氧老化性能，但起始动态疲劳性差。

促进剂、硫磺用量介于以上两种之间，为半有效硫化体系，交联结构中多硫键与单双硫键相当，硫化胶有较好的动态性能，又有中等程度的耐热氧老化性能。

促进剂与硫等物质的量，为平衡硫化体系，交联结构有单硫、多硫、双硫，硫化胶有优良的耐热老化性和耐疲劳性。

15．引起橡胶老化的内因、外因有哪些?

答：

内因有橡胶分子链结构（双键、a-H）、橡胶内金属离子、橡胶中的配合剂；外因有物理因素（热、光、电、应力、应变、辐射、水）、化学因素（O2、O3、SO2、H2S、酸、碱、金属离子）、生物因素（微生物（细菌、酶）、昆虫（白蚁）

16．为什么IR（异戊橡胶）、NR（天然橡胶）热氧老化后变软，BR（顺丁橡胶）、SBR（丁苯橡胶）和NBR（丁腈橡胶）热氧老化后变硬?

答：

17．不饱和碳链橡胶的吸氧曲线是什么形状的?

曲线可分为几个阶段?

每个阶段各有何特点?

根据下图三种橡胶吸氧动力学曲线判断它们的耐热氧化的顺序。

吸a

氧b

量c

试验时间，小时

答：

不饱和碳链橡胶的吸氧曲线呈S型，可分为三个阶段。

第一阶段吸氧量小，吸氧速度基本恒定，此阶段橡胶性能虽有所下降但不显著，是橡胶的使用期。

第二阶段是自动催化氧化阶段，吸氧速度急剧增大，在此段后期，橡胶已深度氧化变质，丧失使用价值。

第三阶段是氧化反应结束阶段，吸氧速度先变慢后趋于恒速最后降至零，氧化反应结束。

判断顺序：

？

18．橡胶臭氧老化的物理防护方法有几种?

答：

四种，分别是橡胶并用、橡塑共混、表面涂层、加抗臭氧蜡。

19．试分析轮胎的胎侧在使用过程中发生的老化形式，根据所发生的老化形式应选用何种防老剂?

20．炭黑的粒径、结构度、表面活性及表面含氧基团对胶料的混炼、加工工艺性能和焦烧性有何影响?

答：

对于混炼，粒径：

粒径小，吃料慢，难分散，生热高，黏度高；结构：

结构高，吃料慢，易分散，生热高，黏度高；活性：

活性高，生热高，黏度高，对吃料、分散影响不显著。

对于加工工艺（压延、挤出），炭黑粒径小、结构度高、用量大，压延挤出半成品表面光滑，收缩率低，压出速度快。

对于焦烧性，炭黑表面含氧基团多，pH值低，硫化速度慢；炭黑粒径小，结构高，易焦烧，硫化速度快。

21．炭黑聚集体表面有什么基团?

炭黑的PH值与表面基团有什么关系?

答：

炭黑表面上有自由基、氢、含氧基团（羟基、羧基、内酯基、醌基）。

炭黑的PH值与表面的含氧基团有关，含氧基团含量高，PH值低，反之亦然。

22．什么是结合橡胶?

结合橡胶形成的途径有哪些?

哪些因素影响结合橡胶的生成量?

答：

结合橡胶，也称为炭黑凝胶（bound-rubber），是指炭黑混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那部分橡胶。

形成途径有两个，一是化学吸附，二是物理吸附。

影响结合橡胶的因素炭黑的因素，炭黑的比表面积（比表面积增大，结合橡胶增加）、混炼薄通次数、温度（温度升高结合胶量升高）、橡胶性质（不饱和度高，分子量大的橡胶生成的结合胶多）、陈化时间（时间增加，结合胶量增加，约一周后趋于平衡）。

23．干法白炭黑的粒径大小和硬质炭黑相近，为何其补强性较差?

答：

其与干法白炭黑的结构有关。

干法白炭黑内部除三维结构的二氧化硅外，还残存有较多的二维结构，致使分子间排列较为疏松，有很多毛细结构，易吸湿，降低了补强性。

24．什么叫压延效应?

它对制品性能有何影响?

如何消除压延效应?

答：

压延效应是指压延后胶片出现性能上的各项异性的现象。

对性能的影响：

？

消除办法：

提高压延温度和半成品停放温度、减慢压延速度、适当提高胶料可塑度、将胶料调转方向、使用各向同性的填料

25．什么叫贴胶、压力贴胶和擦胶?

答：

贴胶即胶片贴合，是指将两层以上的胶片贴合在一起的压延作业，用于制造厚度大、质量高的胶片。

压力贴胶，又称半擦胶，通常用三辊压延机加工，操作方法与贴胶相同，只是胶布表面的的附胶层厚度比贴胶法的稍低，对操作技术要求较高。

擦胶，是利用压延机辊筒速比的搓擦挤压作用增加胶料对织物渗透与结合力的挂胶方法，适用于未经浸渍处理的结构紧密型纺织物。

26．什么叫挤出口型膨胀?

其产生的原因何在?

主要影响因素有哪些？

为了减轻口型膨胀可采用的措施有哪些？

答：

所谓挤出口型膨胀，指压出后胶料断面尺寸大于口型尺寸的现象。

产生的原因：

胶料流过口型时，同时经历粘性流动和弹性变形。

由于入口效应，在流动方向上形成速度梯度（拉伸弹性变形）。

拉伸变形来不及恢复，压出后由于口型壁的挤压力消失，由于橡胶的弹性记忆效应，使胶料沿挤出方向收缩，径向膨胀。

压出膨胀量主要取决于胶料流动时可恢复变形量和松弛时间的长短。

影响因素：

（1）口型结构：

口型形状、口型（板厚度）壁长度；

（2）工艺因素：

机头、口型温度、压出速度等；（3）配方因素：

生胶和配合剂的种类、用量、胶料可塑性等。

减轻口型膨胀的措施：

胶料方面，适当降低含胶率（增加填料用量）、适当降低胶料的黏度（增加增塑剂用量、使用分散剂、润滑剂、塑炼、混炼、热炼）、适当提高胶料温度（热炼）；挤出工艺方面，适当减小挤出速度、适当提高机头和口型的温度；设备方面，适当增加口型板的厚度、增加机头和口型内壁光滑程度、机头和口型尺寸与螺杆尺寸匹配

27．橡胶的硫化过程可分为哪几个阶段?

试以硫化历程来加以说明。

答：

从化学反应角度看，第一阶段：

诱导期，各组分相互作用，生成有侧基的橡胶大分子。

第二阶段：

交联反应，带有侧基的橡胶大分子与橡胶大分子发生交联反应。

第三阶段：

网络熟化阶段，交联键发生短化、重排、裂解，趋于稳定。

从宏观角度看，分为焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段和过硫化阶段。

28．在硫化工艺中常见的质量毛病有哪些?

产生原因是什么?

答：

1、缺胶：

装胶量不足、平板上升太快、磨具排气不佳、模温过高。

2、胶边过厚：

装胶量过大、平板压力不足、模具没有余胶槽3、气泡：

胶料含水率或挥发组分含量高、窝气、模具无排气线或排气线堵塞4、出模制品撕裂：

隔离剂过多或过少、起模太快，受力不均匀、胶料粘合性差、模具棱角、倒角不合理5、表面粗糙：

模具表面粗糙、模具结垢、混炼胶焦烧时间过短6、表面明疤：

胶料流动性差、胶料焦烧、胶片厚度不均匀、模具瞬间掉压、平板上升过快，排气不畅、压力不足

29．理想的橡胶硫化曲线应满足那些条件？

答：

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，无返原。

四．计算题

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

硫化温度系数K为2.0

解：

P421

2．某一产品胶料的正硫化时间为130℃×20min，其中平坦硫化时间围为20～100min，为了提高生产效率，硫化温度改为140℃；

①求本产品在140℃时的硫化平坦期范围的时间；

②求本胶料的最小和最大硫化效应（K=2.0）。

P421-P425

3．已知一胶料正硫化条件为135℃×30min，平坦范围为30～50min，已测出该胶料在实际硫化中的升温情况如下∶

t（min）

0

5

10

15

20

25

30

35

40

T（℃）

70

115

120

125

130

135

135

135

135

试判断该胶料经加热40min时是否达到正硫化?

有无过硫?

4．在橡胶制品硫化时为何要加压?

硫化时间与硫化温度之间有何关系?

当胶料在140℃时正硫化时间为30min，试分别用范特霍夫公式和阿累尼乌斯方程计算在硫化温度为150℃的等效硫化时间。

（设K=2，E=92KJ/mol,R=8.3143J/mol·K）解：

P421、P422