A. 橡膠如何進行硫化
硫化又稱交聯、熟化。在橡膠中加入硫化劑和促進劑等交聯助劑,在一定的溫度、壓力條件下,使線型大分子轉變為三維網狀結構的過程。由於最早是採用硫磺實現天然橡膠的交聯的,故稱硫化。「硫化」因最初的天然橡膠製品用硫磺作交聯劑進行交聯而得名。
橡膠硫化圖
根據硫化歷程分析,可分四個階段,即焦燒階段、熱硫化階段、平坦硫化階段和過硫化階段。
影響硫化過程的主要因素是硫磺用量、硫化溫度及硫化時間。①硫磺用量。其用量越大,硫化速度越快,可以達到的硫化程度也越高。硫磺在橡膠中的溶解度是有限的,過量的硫磺會由膠料表面析出,俗稱「噴硫」。為了減少噴硫現象,要求在盡可能低的溫度下,或者至少在硫磺的熔點以下加硫。根據橡膠製品的使用要求,硫磺在軟質橡膠中的用量一般不超過3%,在半硬質膠中用量一般為20%左右,在硬質膠中的用量可高達40%以上。②硫化溫度。若溫度高10℃,硫化時間約縮短一半。由於橡膠是不良導熱體,製品的硫化進程由於其各部位溫度的差異而不同。為了保證比較均勻的硫化程度,厚橡膠製品一般採用逐步升溫、低溫長時間硫化。③硫化時間。這是硫化工藝的重要環節。時間過短,硫化程度不足(亦稱欠硫)。時間過長,硫化程度過高(俗稱過硫)。只有適宜的硫化程度(俗稱正硫化),才能保證最佳的綜合性能。
按硫化條件可分為冷硫化、室溫硫化和熱硫化三類。冷硫化可用於薄膜製品的硫化,製品在含有2%~5%氯化硫的二硫化碳溶液中浸漬,然後洗凈、乾燥即可。室溫硫化時,硫化過程在室溫和常壓下進行,如使用室溫硫化膠漿(混煉膠溶液)進行自行車內胎接頭、修補等。熱硫化是橡膠製品硫化的主要方法。根據硫化介質及硫化方式的不同,熱硫化又可分為直接硫化、間接硫化和混氣硫化三種方法。①直接硫化,將製品直接置入熱水或蒸汽介質中硫化。②間接硫化,製品置於熱空氣中硫化,此法一般用於某些外觀要求嚴格的製品,如膠鞋等。③混氣硫化,先採用空氣硫化,而後再改用直接蒸汽硫化。此法既可以克服蒸汽硫化影響製品外觀的缺點,也可以克服由於熱空氣傳熱慢,而硫化時間長和易老化的缺點。[1]
上述硫化方法均屬於間歇生產,有些長度不限的橡膠製品可以連續硫化,如壓出製品的鹽浴硫化、沸騰床硫化、微波或高頻硫化、膠帶及膠板的鼓式硫化機硫化等。除硫磺硫化外,橡膠製品還可採用無硫硫化、高能射線硫化等,但其應用面均有限。
B. 橡膠密封件表面產生「噴霜」的主要原因是什麼
噴霜又名噴出,是指未硫化膠或硫化膠內部所含的配合物(固體或液體)遷移表面而析出的現象。噴霜是膠料生產中常見的質量問題。
原因
造成出現噴霜的原因有以下幾點。
1、過量配合:各種助劑在橡膠中的溶解度不同,助劑在橡膠中的溶解度越小,越易出現由過量配合(即橡膠中助劑的含量超過其在橡膠中的溶解度)而引起的噴霜。過量配合而噴霜時,往往會帶動其它組分一起噴出(這種現象稱為被動噴霜),盡管這些被動噴霜物在橡膠中遠未達到飽和狀態;
2、溫度變化:助劑在橡膠中的溶解度隨溫度變化而變化,一般情況下,溫度高時溶解度大,溫度降低時溶解度減校由於橡膠製品通常在室溫下使用,一旦外界溫度低於室溫,配方中一些助劑的含量接近其溶解度而析出,產生噴霜。例如夏季生產的膠鞋出廠檢驗時合格,貯存到冬季卻發現噴霜;
3、欠硫:助劑在橡膠中的溶解狀況受硫化條件影響。以NR為例,在正硫化條件下,交聯密度最大,游離硫減小,噴硫幾率降低,其它助劑穿梭於絡的機會也降低,因而噴霜幾率降低;反之,在欠硫狀態下,網路交聯密度相對較小,噴霜幾率相應增大;
4、老化:老化意味著硫化膠絡結構的局部因鍵斷裂而受損,從而消弱了網路結構吸附和固鎖配合助劑的能力,助劑向表面遷移導致噴霜;
5、受力不均:橡膠受到外力作用時,往往導致應力集中而使表面破裂,使原來呈過飽和狀態的配合助劑微粒加速析出,在裂紋表面形成噴霜,並向周邊延擴;
6、混煉不均:混煉不均導致配合劑在橡膠中分散不均,局部會出現配合助劑超過溶解度而產生噴霜。
配合劑從橡膠製品中噴出的現象,是橡膠製品生產中經常碰到的問題。最近有一本書在談到這個問題的時候,將硫化體系配合劑的噴出、噴蠟、噴油、噴粉、發白等都統稱為噴霜,這是非常不科學的,有時還可能將人引入岐途。如硫化配合的噴出、噴粉、氧化發白、以及由噴油或低沸點,物質蒸發引起的發白,從外觀上看都是硫化橡膠表面有一層白色的粉未,如將幾種發白的現象都誤判為硫化配合劑的噴出(即噴霜)。雖反復對硫化體系進行修改,發白的現象卻可能得到解決。因為上述四種的發白現象中,表面白色的粉未並不都是硫化配合劑,且其發白的條件和方式亦不相同。
本文主張根據橡膠製品表面狀況的變化及產生的原因,噴出物的成份分析,將配合劑從製品中噴出的現象分為:噴霜(專指硫化體系配合劑的噴出,以下同)、噴蠟、噴油、噴粉氧化發白、發蘭和虹色噴霜等。詳細的分類可以使我們可以從多個角度了解配合劑從橡膠製品中噴出的現象,以便對配合劑的噴出提出對症下葯的解決方法。本文的闡述如有不當之處,請同行們予以指正。
一、噴霜
在各種橡膠雜配件和鞋材的生產中,為了提高生產效率,降低生產成本,橡膠配方中往往都加入了較多的硫黃、促進劑,如果各種配合劑配合不當或生產上稍不注意,就會出現噴霜現象。
1、噴霜產生的原因
(1)加入的硫黃、促進劑(某一種或總量的用量過高)。
(2)混煉時加入硫黃、促進劑的膠料溫度高,混煉不均勻,造成硫黃、促進劑局部濃度過高。
(3)硫化時間不足或欠硫。
(4)整體配方配合不合理。
(5)因防老劑用量過高(多為對苯二胺類),防老劑的噴出帶動殘留的硫黃和促進劑噴出。
2、解決噴霜問題的辨證思維
所謂解決噴霜問題的辨證思維,就是先找出膠料和硫化橡膠噴霜的原因,根據不同的原因給出不同的解決方法。
第一種情況的出現,主要是對各種橡膠(包括硫化橡膠)和各種硫化配合劑的相容性認識不足。首先,應該注意到各種橡膠和硫化配合劑的極性不同,同一種促進劑在不同橡膠中的溶解度不同;不同的促進劑在同一種橡膠中的溶解度也有很大的差異。例如:TMTD、TMTM在BR、IIR、EPDM中的溶解度很小,用量稍大即可能出現噴霜;但在NBR中(特別是高丙烯腈含量的NBR)即使用量大一點,也不會出現噴霜的危險。取代基為乙基的EZ、TETD在BR、IIR、EPDM中的用量可以比TMTD和TMTM大一點。而取代基為二丁基的BZ用量再大一點也不會出現噴霜的危險。其次,還沒有引起人們足夠注意的是,目前資料給出的硫黃、促進劑在橡膠中的溶解度基本上是指生膠,溫度也不是在常溫。硫化橡膠的組成和結構以及分子鏈的活動性與生膠存在很大的差異。表1是摘自鄧本誠等編的《橡膠並用與橡塑共混技術——性能、工藝與配方》一書。由表1的數字可以看出,硫化配合劑在生膠中的溶解度與實際硫化橡膠中的硫化配合劑噴出的用量存在極大的差異。因此,硫化配合劑在生膠中的溶解度只是硫化橡膠噴霜的影響因素之一,而不是全部。因為橡膠和橡膠配方的千差萬別,尚不能測定所有硫化橡膠中各種硫化配合劑的確切溶解度。只有通過試驗確定硫化配合劑的合理用量和配合。再其次是在活性劑和其他配合劑存在下(包括不同促進劑的組合),硫化配合劑和橡膠的反應性,易於與橡膠反應的促進劑則不會噴出。第四點是殘留的硫化配合劑在硫化橡膠中的存在形態(下一段會涉及)。
第二種情況並不是硫化體系中某種配合劑濃度過高或總體濃度過高造成的,而是因為局部濃度過高造成的。這種情況下多是混煉膠停放時已發白,連續的生產過程中也會出現硫化橡膠發白。這種情況的解決辦法是降低混煉膠的溫度後才開始加人硫黃、促進劑,並混煉均勻;或加料時要均勻地加入,不要一次性倒進去。有條件的可在混煉膠停放再進行翻煉。不必對配方進行修改。
在較高的硫黃、促進劑配合的情況下,欠硫時使硫化橡膠中殘留的游離硫黃、促進劑以及促進劑的產物較多。某些促進劑的分應產物分子量變小,極性增加,可能成為誘導噴霜的主要原因。充分硫化的硫化橡膠中,硫黃和促進劑與橡膠反應形成交聯鍵和懸掛物,游離極性物質減少,噴霜的危險性大大減少。
整體配方的合理配合解決硫化橡膠噴霜的問題,目前尚未看到詳細的研究報告和專題綜述。我想這個問題至少可以包括以下幾個方面:一是硫化活性劑的作用,如氧化鋅、硬脂酸和硬脂酸鋅等,可以加快硫黃和促進劑與橡膠的反應,減少游離硫黃和促進劑的量。二是適當的促進劑組合,使其能互相活化,特別注意選擇與橡膠反應性強的促進劑為主促進劑。填充補強劑的酸鹼性也是影響硫化速度的重要因素,特別是酸性填料要加入適當的活化劑。三是增溶作用,當配方中加入某些增塑劑(如古馬隆樹脂、酚醛樹脂等)或均勻劑(烷烴和芳烴樹脂的混合物或芳烴和烷烴的共聚樹脂)時,這些樹脂分子量較大,不易在橡膠里發生遷移現象,具樹脂分子鏈上帶有一些極性和非極性的基團,與橡膠有很好的相容性,也與極性的促進劑或促進劑分解產物有很好的相容性,起到了增溶的作用。四是加入某些表面活性劑或具有絡合作用的配合劑,改變了殘留促進劑及其分解產物在橡膠里的存在狀態,使得這些殘留物不易噴出硫化硫化橡膠表面。五是加人的補強填充劑對小分子具有吸附作用,如炭黑、陶土等。某些填充劑對小分子的遷移具有阻隔作用,遲緩了這小分子的遷移速度,使其在相當長的時間內不會噴出硫化橡膠表面。如陶土、滑石粉等片狀填料即具有這種阻隔作用。
其他配合劑配合不當引起的噴霜,只要適當減少該種配合劑的量即可。如前面提到的胺類促進劑用量多的配合不當。
二、噴蠟
噴蠟是泛指如硬脂酸、石蠟、聚乙二醇(PEG)等以蠟狀方式噴出硫化橡膠表面。硬脂酸、石蠟用量過多往往容易噴出硫化橡膠表面已為大家所熟知,而PEG的噴出仍是困擾不少廠家的大問題。比較多的鞋材廠使用的補強劑主要是白炭黑,根據試驗必須加入白炭黑量的10%~12%的PEG作為活化劑,才能獲得與填充炭黑的膠料相同的硫化速度。因此,常見以白炭黑為主要填料的鞋材出現噴蠟現象,特別是以BR為主要生膠印透明鞋材更為嚴重。但如PEG的用量減少又會出現硫化不熟而噴霜的問題。如果將PEG用量降至白炭黑用量的5%~6%,並注意硬脂酸和石蠟的用量,噴蠟的現象便會得到解決。為解決硫化速度的問題,可以加人適量的胺類活化劑或適量的Si-69偶聯劑。亦可適當增加氧化鋅(或透明氧化鋅)的用量,調整促進劑的組合,如加入少量的促進劑D或次磺醯胺類促進劑。
三、噴粉
噴粉亦稱作噴白,其主要的噴出物是加入的輕質碳酸鈣和偏鹼性的沉澱白炭黑(pH值大約為6.5~7,而正常的沉澱白炭黑pH值應為4~5)。這類填料含水量較高,在潮濕的天氣時含水量會更大。在較高的硫化溫度時,這些填料會隨著水份的蒸發而溶出硫化橡膠的表面,或隨後會沿著水份蒸發而形成的毛細管通道出表面,水份蒸發以後便留下白色的粉未。要解決噴粉的問題,首先是不要使用偏鹼性的沉澱白炭黑,在潮濕的天氣要注意填料的防潮。如果是使用密煉機混煉的話,提高混煉膠的排膠溫度,可以使大部份的水在混煉時蒸發掉;如果是使用開煉機混煉的話,受潮的填料最好烘乾以後再使用。要鑒別硫化橡膠表面究竟是噴霜還是噴粉,第一步是檢視配方,看哪種噴出的可能性更大,第二是用火燒,如果表面的粉未會熔化或燒焦便是噴霜;如果火燒後表面的粉未的形態和顏色沒有變化,便是噴粉了。
四、發白或露白
填充大量白色填料的合成橡膠硫化橡膠,在臭氧、紫外光或光氧的老化作用下,表面會出現白色並易脫落的粉末,這情況稱為發白或露白。這種情況在塑料和塗料行業稱為粉化。這是因為覆蓋在白色填料表面的橡膠分子因氧化斷鏈,而失去了對粉料的覆蓋作用,使粉料顯露了出來。為防止這種發白現象的過早發生,可以在膠料中加入適量的防老劑、石蠟和紫外線吸收劑,鈦白粉亦可遮擋和吸收光線,遲緩發白現象的產生。但在光氧老化的初期亦可能出現噴霜現象,並且可轉化為紅色噴霜。
五、油和低沸點揮發物的噴出
噴油可由如下三方面原因造成,一是增塑劑與橡膠的相溶性差,用量稍多即會噴出,如DOA、DOS在高丙烯腈含量的丁腈橡膠中。少量的硅油亦會從橡膠中噴出,最近還發現某些供應商的Si-69偶聯劑也會噴出。另一個原因是增塑劑(或軟化劑)中含有低沸點成份(如白礦油),這部份油在脫模後即會蒸發出來,然後在硫化橡膠表面冷凝;另一種低沸點的成分,可能是高溫硫化時所產生的分解物。第三種情況是硫化溫度過高或硫化過程中失壓而造成,這種情況在開模時即可看到,光面的膠片尤其明顯。
油和低沸點物噴出(或蒸發)的結果,可能還會造成噴霜的現象,這是溶於油中的促進劑被一齊帶出、或硫黃升華的結果。這時會出現兩種情況:如果被剛出模的膠片覆蓋的底片是熱的話,則未被覆蓋的底片邊緣發白;如果被覆蓋的底片是冷的話,則被覆蓋部分發白。這是低沸點蒸發物冷凝造成。
六、虹色噴霜和發蘭
橡膠製品經高溫和光照後,表面會出現黃色、紅色和蘭色或黃銅色,這種現象通常稱為虹色噴霜。以炭黑補強的硫化橡膠有時也會出現蘭色光,被稱為發蘭。
硫化橡膠表面出現彩色的現象,其色調取決天彩色光源的光譜組成以及物體表面對各種可見光波長的反射比例。表2列出了光的波長范圍與光的顏色關系,當波長在兩個相鄰顏色的過渡區域變動時,可以看到一系列的中間色,例如紅、橙兩色的中間色有紅光橙、橙光紅等等。
有機物結構中的>C=C<、>c=o、-N=N-、-NO2基團能被紫外或可見光波長范圍內的輻射所激發,從面在可見光范圍內產生吸收帶,這些原子團被稱為發色團。而當一個發色團的共軛體系中含有象-NH2、-OH、-OR、-SH、-Cl、-Br、-I等給電子基團時,這些基團稱之為助色團。橡膠和配合劑中的炭黑、促進劑、防老劑、增塑劑等可能含有以上的帶些基團,或在受熱和光照後生成其中的某些基團。硫化橡膠表面的虹色噴霜,與其表面物質的化學組成和結構有關。
有人曾經對EPDM硫化橡膠的虹色噴霜現象進行了分析研究,未經光照的EPDM樣品是黑色的,沒有任何噴霜的痕跡,即不發白也不出現彩色的虹色噴霜現象該樣品經陽光照射後則有明顯的顏色變化,其顏色接近於黃銅色。對兩個樣品進行了表面清洗——紅外光譜分析、熱解吸——氣相氣譜/質譜分析和表面的次級離子質譜分析。研究結果表明:受過陽光照射的樣品表面含有更多的未反應的硫化促進劑殘留物,該殘留物含有硫、氧、氮。虹色噴霜可能是由於橡膠中的增塑劑(或軟化劑)載著那些化學物質緩慢地向製品表面遷移(或是自行遷移),在光和熱的作用下,發生氧化反應引起的顏色變化。進一步的研究發現,這種虹色噴霜與促進劑的種類及用量有關(光噴霜後變色)。
由表3可知,在三元乙丙橡膠中,不同的促進劑及不同的用量,是噴霜及變色程度不一樣,不同的促進劑的顏色變化也不一樣。因此,任何防止促進劑、防老劑等極性物質噴出,以及能防止噴出物光氧化作用的措施,都可以避免虹色噴霜現象的發生。如選用合適的促進劑種類和防老劑種類及用量,合理的促進劑和活性劑配合(提高硫化反應的速度和反應程度),加入造量的石蠟(或微晶蠟)以隔絕氧和臭氧的作用,加入紫外光吸收劑、光的屏障劑等,以減弱或消除光對氧化反應的激發作用等等。減少或不用某些可以引起變色的增塑劑,如古馬隆樹脂、高芳油、松焦油等。加大硫化橡膠的硫化程度,以減少殘留的促進劑量。對於三元乙丙橡膠最好選用二烯含量高的牌號,因其硫化速度較快,促進劑消耗量大,使殘留物向製品表面遷移減少,為易發生虹色噴霧;高乙烯含量的EPDM會產生結晶,對軟化劑的吸收作用有限,過量的軟化劑會與促進劑的殘留物一起滲出表面。引進虹色噴霜的發生。
黑色的硫化橡膠發蘭,有時是由於反射蘭光的噴出物引起的,但是在很多情況下是由於炭黑引起的,特別是填充了較大量的導電炭黑和小粒徑的炭黑(如N220、N330)時。如果改用粒徑較大的炭黑(如N550、N660、N774等),硫化橡膠發蘭光的現象就可以消除。如果必須選用導電炭黑和小粒徑炭黑的情況下,摻用部分粒徑較大的沉澱白炭黑(消光劑)或陶土、鈦白粉(遮蓋作用)等,亦可使蘭光消除或減弱。
C. 橡膠硫化後表面泛白是什麼原因
橡膠製品硫化後表面出現白色如霜的物質,這在專業上叫做「噴霜」。噴霜有多種原因造成,有的是因為配合劑或配合劑互相之間反應產物超過其在特定的橡膠中的溶解度而過飽和噴出,例如硫磺、促進劑、防老劑、硬脂酸、硬脂酸鋅等的過飽和噴出;有的則是因為製品表面被臭氧所破壞,致使配合劑或配合劑間相互反應之產物與橡膠脫離所導致。解決方法應具體分析,但適當減少硫化劑的用量是最主要的考慮因素。
D. 什麼是橡膠硫化工藝是什麼
硫化誘導期(焦燒時間)內,交聯尚未開始,膠料有很好的流動性。這一階段決定了 膠料的焦燒性及加工安全性。這一階段的終點,膠料開始交聯並喪失流動性。硫化誘導期的長短除與生膠本身性質有關,主要取決於所用助劑,如用遲延性促進劑可以得到較長的焦燒時間,且有較高的加工安全性。預硫期,硫化誘導期以後便是以一定速度進行交聯的預硫化階段。預硫化期的交聯程度低,即使到後期硫化膠的扯斷強度,彈性也不能到達預想水平,但撕裂和動態裂口的性能卻比相應的正硫化好。到達正硫化階段後,硫化膠的各項物理性能分別達到或接近最佳點,或達到性能的綜全平衡。
正硫化,正硫化階段(硫化平坦區)之後,即為過硫階段,有兩種情況:天然膠出現「返原」現象(定伸強度下降),大部分合成膠(除丁基膠外)定伸強度繼續增加。過硫,對任何橡膠來說,硫化時不只是產生交聯,還由於熱及其它因素的作用產生產聯鏈和分子鏈的斷裂。這一現象貫穿整個硫化過程。在過硫階段,如果交聯仍占優勢,橡膠就發硬,定伸強度繼續上升,反之,橡膠發軟,即出現返原。硫化工藝主要是用來改善橡膠製品性能橡膠在未硫化之前,分子之間沒有產生交聯,因此缺乏良好的物理機械性能,實用價值不大。當橡膠加入硫化劑以後,經熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產生交聯,形成三維網狀結構,從而使其性能大大改善,尤其是橡膠的定伸應力、彈性、硬度、拉伸強度等一系列物理機械性能都會大大提高。
E. 橡膠底吐霧
橡膠底吐霧,既吐霜所致,技術支持來自橡膠技術李秀權!
1.不同膠種對噴霜的影響;
天然橡膠和丁苯橡膠、順丁橡膠的分子結構有很大差異,因此它們對硫黃等硫化配合劑的溶解度也有不同,有資料記載:在同等可塑度的天然橡膠膠料和80:20並用比例的天然橡膠和順丁橡膠的並用膠料,噴霜時間並用膠料為純天然膠料的l/6,懸殊之大的原因,我們認為是二者對硫黃等配合劑的溶解度不相同,而硫黃等配合劑在並用膠料中溶解的速度快得多,因而遷移也快得多,所以噴霜時問也就短得多。
2.塑煉過程中分子結構的變化對噴霜的影響:
塑料中由於各種因素的作用,使橡膠的分子結構由原來直鏈大分子結構轉為短鏈分子結構,由於這種鏈的破壞作用,致使橡膠大分子斷鏈後生成很多自由基,這種自由基與空氣中的氧起反應生成過氧化自由基,然後再與橡膠內的氫或其它物質中的氫原子反應生成氫過氧化自由基,這樣就會失去活性,當然也能生成橡膠氧橋過氧化物。經過化學反應的歷程以後的橡膠彈性會減小,塑性增大,溶解度增大,噴霜現象相對會減少,如果,塑壤到一定程度就不會發生噴霜了。試驗證明,可塑度達到0.4左右,噴霜時間約為4~5小時,而可塑度增至0.6以上噴霜時問就會增長到 8小時以上。
3.防老劑品種與噴霜的關系
防老劑品種繁多,特性各異,其抗老化機理不一,這種配合劑有不步品種用量稍大就會出現噴霜現象,如防老劑A、防老劑D、防老劑MB和防老劑4010,如單用則應嚴格控制用量,否則會致使膠料噴霜,而防老劑sP— C的單用則不易噴霜。r防老劑A與D均屬胺類防老劑,以其結掏來看有一個比較活化的氫原子,活性較橡膠分子中氫原子活潑得多,它會從防老劑分子中脫離開來進而與橡膠分子反應,使橡膠分子產生活性的自由基,呈游離狀態,這樣就致使橡膠分子裂解,因而,這種防老劑用量過大,很容易引起噴霜,而酚類防老劑sP—c就不容易噴霜。甚至連酚類和苯並眯唑婁的並用也由於能發揮各自的優良特性,而且,二者會互補而起到協同防老化作用,使膠料既抗氧老化又不易噴霜。
4.關於硫黃與噴硫:
硫黃是資源豐富、價格低廉的常用硫化劑,在橡膠中具有一定的溶解度,因此,只要用量適當是不會引起噴硫的,但是,往往由於用量超過一定的數值,而又沒有採取相應的措施,造成硫化膠中的結台硫黃偏低,游離硫黃量偏高,往往會從膠料裡面、慢慢遷移到表面卜來,即產生噴硫。硫黃在正常狀態下存在的形態是穩定的冠狀S 環結構,使之裂解須高能量,如加熱至159℃才可達到裂解的目的,穩定的s。經加熱裂解後形成具有雙基的活性硫黃,它能繼續與S。反應生成長鏈,具有彈性。很明顯S。是不可能和橡膠直接反應生成網結構的,而必須使s。裂解之後才有可能,這樣穩定的S 環被破壞產生的活性硫黃能在橡膠大分於的u一次甲基位置上結合,少量的活性硫黃在雙鍵上加成,形成帶硫的交聯鍵,在純硫狀態下很難形成交聯硫,而有促進劑存在的條件下就不同了,可以降低開環能量開環溫度可以從159℃降低至40℃。同時引發橡膠分子的極化,加快交聯反應速度,提高交聯密度、增加穩定的單硫鍵、增多結合磺黃,減少游離硫,因而減少了噴硫的可能性,此種情況下形成一個單硫鍵所需的硫黃原子數由原來40~50個減少到僅需1.6個即可。這就說明配方工作青正常情況下應採用適當的低量的硫黃,同時,選擇適當的促進劑及其用量才可以防止噴硫現象的發生,否則由於單硫鍵形成速度太慢,交聯密度過低、游離硫過多,必然會出現噴硫現象。
5.硬脂酸與噴霜的關系:
硬脂酸是硫黃作為硫化劑時常用的活性劑、橡膠用硬脂酸一般酸值為88~28mgKOH/g,PH值為4~7,硬脂酸在硫化中可以起酸性活化作用,與金屬氧化物生成可溶性鹽,如硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等,增加金屬氧化物的活化能力,是膠料中的氫離子和硬脂酸根的來源,參與游離基反應,對硫化促進劑起活化作用,使硫化劑與橡膠的反應得以速進行,當然,也可作增塑劑和軟化劑用,但作為活性劑其用量為0.5~2份,不宜過多,但應注意混煉時切忌硬脂酸與氧化鋅混在一起加入,否則、由於鋅鹽形成團塊,妨礙分散,容易產生膠料噴霜。
F. 什麼是"噴硫現象"及其原因和解決方法
橡膠底吐霧,既吐霜所致技術支持自橡膠技術李秀權
1.同膠種噴霜影響;
橡膠丁苯橡膠、順丁橡膠結構差異硫黃等硫化配合劑溶解度同資料記載:同等塑度橡膠膠料80:20並用比例橡膠順丁橡膠並用膠料噴霜間並用膠料純膠料l/6懸殊原我認二者硫黃等配合劑溶解度相同硫黃等配合劑並用膠料溶解速度快遷移快所噴霜問短
2.塑煉程結構變化噴霜影響:
塑料由於各種素作用使橡膠結構由原直鏈結構轉短鏈結構由於種鏈破壞作用致使橡膠斷鏈自由基種自由基與空氣氧起反應氧化自由基再與橡膠內氫或其物質氫原反應氫氧化自由基失性能橡膠氧橋氧化物經化反應歷程橡膠彈性減塑性增溶解度增噴霜現象相減少塑壤定程度發噴霜試驗證明塑度達0.4左右噴霜間約4~5塑度增至0.6噴霜問增 8
3.防劑品種與噴霜關系
防劑品種繁特性各異其抗化機理種配合劑步品種用量稍現噴霜現象防劑A、防劑D、防劑MB防劑4010單用則應嚴格控制用量否則致使膠料噴霜防劑sP— C單用則易噴霜r防劑A與D均屬胺類防劑其結掏看比較化氫原性較橡膠氫原潑防劑脫離進與橡膠反應使橡膠產性自由基呈游離狀態致使橡膠裂解種防劑用量容易引起噴霜酚類防劑sP—c容易噴霜甚至連酚類苯並眯唑婁並用由於能發揮各自優良特性且二者互補起協同防化作用使膠料既抗氧化易噴霜
4.關於硫黃與噴硫:
硫黃資源豐富、價格低廉用硫化劑橡膠具定溶解度要用量適引起噴硫往往由於用量超定數值沒採取相應措施造硫化膠結台硫黃偏低游離硫黃量偏高往往膠料面、慢慢遷移表面卜即產噴硫硫黃狀態存形態穩定冠狀S 環結構使裂解須高能量加熱至159℃才達裂解目穩定s經加熱裂解形具雙基性硫黃能繼續與S反應鏈具彈性明顯S能橡膠直接反應網結構必須使s裂解才能穩定S 環破壞產性硫黃能橡膠於u甲基位置結合少量性硫黃雙鍵加形帶硫交聯鍵純硫狀態難形交聯硫促進劑存條件同降低環能量環溫度159℃降低至40℃同引發橡膠極化加快交聯反應速度提高交聯密度、增加穩定單硫鍵、增結合磺黃減少游離硫減少噴硫能性種情況形單硫鍵所需硫黃原數由原40~50減少僅需1.6即說明配工作青情況應採用適低量硫黃同選擇適促進劑及其用量才防止噴硫現象發否則由於單硫鍵形速度太慢交聯密度低、游離硫必現噴硫現象
5.硬脂酸與噴霜關系:
硬脂酸硫黃作硫化劑用性劑、橡膠用硬脂酸般酸值88~28mgKOH/gPH值4~7硬脂酸硫化起酸性化作用與金屬氧化物溶性鹽硬脂酸鋅、硬脂酸鈣等增加金屬氧化物化能力膠料氫離硬脂酸根源參與游離基反應硫化促進劑起化作用使硫化劑與橡膠反應速進行作增塑劑軟化劑用作性劑其用量0.5~2份宜應注意混煉切忌硬脂酸與氧化鋅混起加入否則、由於鋅鹽形團塊妨礙散容易產膠料噴霜
G. 如何避免橡膠製品出現噴流問題
硫磺在橡膠中很溶解,其溶解度還會隨著溫度的升高而降低,但因此也會帶來另一個問題:當溫度降低時硫磺在膠料中的溶解度也會降低、多出的硫磺析出表面,造成噴硫。橡膠發生噴硫之後不僅會影響製品外觀,還會導致膠料表面黏附力下降、製品耐老化性能變差。那麼在實際生產中,如何操作可以避免橡膠製品噴硫、改善橡膠製品使用性能呢HYL9Y8Y1J-SXC?
再生膠與原膠相比硫化平坦性好、焦燒安全性高,加入適量的再生膠還可以與膠料中的硫磺反應、降低整個膠料中硫化體系濃度,從而減少噴硫問題的發生;再生膠價格低但成分比原膠要復雜,本身還含有一定量的硫化劑,因此在橡膠製品中一般以降低橡膠製品成本為主,再適當改進橡膠製品硫化工藝;要想從根本上消除噴硫,最好使用不溶性硫磺。
H. 橡膠噴霜怎麼辦
配方設計,可以私信聯系!
2 橡膠噴霜的形式
橡膠有未硫化橡膠(以下稱膠料)和硫化橡膠(以下稱製品)之分,橡膠噴霜就包括膠料表面噴霜和製品表面噴霜。噴霜(bloom)是液體或固體配合劑由橡膠內部遷移到橡膠表面的現象 可見橡膠內部配合劑析出,就形成了噴霜。對橡膠噴霜的形式歸納起來,大體分為三種。即噴粉、噴蠟、噴油(也稱滲出)。
噴粉是硫化劑、促進劑、活性劑、防老劑、填充劑等粉狀配合劑析出在橡膠表面,而形成一層粉狀物。噴蠟是石蠟、地蠟等蠟狀物析出在橡膠表面,而形成一層蠟膜。噴油是軟化劑、增粘劑、潤滑劑、增塑劑等液態配合劑析出在橡膠表面,而形成一層油狀物。
在實踐中,橡膠表面噴霜的形式有時是以一種形式出現,有時卻是以兩種或三種形式同時出現。
3 橡膠噴霜的原因
橡膠噴霜是由於橡膠內部配合劑達到過飽和狀態後,橡膠近表層的配合劑首先析出,再由內層向表層遷移析出,當配合劑在橡膠中降低到其飽和狀態時,析出過程才告結束。使配合劑達到過飽和狀態,導致橡膠噴霜的主要原因有:膠料配方設計不當,工藝操作不妥,原材料質量波動,貯存條件差,製品欠硫、製品老化等。
3.1 配方設計不當
配方設計不當主要指配合劑在橡膠中的用量超過其最大使用量。在一定條件下(主要是溫度,其次是壓力)一般配合劑在橡膠中都有一定的溶解度,達到配合劑溶解度的配合量稱為配合劑的最大使用量。配方設計時,配合劑用量超過其最大使用量,配合劑就不能完全溶解在橡膠中,使得配合劑在橡膠中達到過飽和狀態,由於配合劑在橡膠中最終要達到飽和狀態,在趨於飽和狀態過程中,超量使用的、不能溶解的配合劑便要析出,而在橡膠表面形成噴霜。,
通常情況下,配方設計不當容易造成噴霜的配合劑有硫化劑:硫黃。促進劑:二硫化二苯並噻唑(DM)、二硫化四甲基秋蘭姆(T MTD)、2一硫醇基苯並噻唑(M)、一硫化四甲基秋蘭姆(TMTM)、乙撐硫脲(NA 22)等。防老劑:N-苯基-β-萘胺(D)、N, N'一二苯基對苯二胺與苯基分萘胺混合物(H ) . N-環己基-N'一苯基對苯二胺(4010), N, N'二(β-萘基)對苯二胺(DNP)、2一硫醇基苯並咪唑( MB)、石蠟等。增塑劑:機油、酯類油等。活性劑:氧化鋅、硬脂酸等。填充劑:輕鈣、碳酸鎂等。防焦劑:N-環己基硫代鄰苯二甲酞亞胺(CTP)等。還有一些其它配合劑。
3.2 工藝操作不當
膠料生產時,首先配合劑稱量要准確,以免造成多配,使得配合劑的用量超過其在橡膠中的最大用量,並造成噴霜。其次,要按工藝操作充分壓合,以免造成搗膠不均,配合劑分散不勻,使得配合劑在膠料中局部濃度過大,達到過飽和狀態,而造成噴霜。再者,加入硫黃時,膠溫、輥溫不要過高,由於硫黃在橡膠中的溶解度隨溫度升高而增大,硫黃溶解度增大,其在橡膠中的溶解速度加快,就容易引起分布不均,使得硫黃在膠料中局部含量多,局部含量少。待膠料冷卻後,硫黃在膠料中的溶解度下降,膠料中局部含量過多的硫黃,便達到過飽和狀態,就造成噴霜,此種噴霜也稱噴硫。
3.3 原材料質量波動
橡膠工業原材料包括兩大類,即生膠和配合劑。不同的配合劑在同一種生膠中有著不同的溶解度,同一種配合劑在不同的生膠中也有著不同的溶解度,就是在同一類生膠中,由於其共聚組分比不同、門尼粘度不同、產廠污染非污染之分而形成的不同規格中同一配合劑的溶解度也不同,即使產品樣本上數據幾乎相同的生膠,因生家所採取的工藝不同、合成單體的差異、製造批量的不同,而使同一配合劑的溶解度也不同。
生膠質量發生波動就會引起生膠極性、結晶性、分子結構、分子量分布、門尼粘度,灰分、揮發分、物理性能等發生變化。由於配合劑在生膠中的溶解度主要取決於生膠和配合劑的結構與性能,那麼生膠質量發生波動就會影響配合劑的溶解度。如果造成配合劑溶解度下降,便會發生噴霜現象。
橡膠用配合劑大都屬於工業品,純度不高其成分與我們通常所說的化學葯品有很大不同。硫化促進劑和防老化劑等化學成分不管怎樣說還是比較清楚的,而其它配合劑卻是很粗製的。例如,橡膠用硬脂酸是一種混合脂肪酸,不是純粹的硬脂酸,它只相當於十六烷酸(軟脂酸)和油酸的混合物。氧化鋅、氧化鎂和炭黑等其它物質在製造中混入很多雜質。輕鈣、陶土等物質因產地材質不同、製法不同、工藝不同、批量不同而有很大差別。配合劑質量發生波動就會引起其純度、水分、灰分、pH值、物理性能等發生變化,這些因素影響著其在橡膠中的溶解度。如果溶解度下降,配合劑便會發生噴霜。
3.4 儲存條件差
配合劑在橡膠中的溶解度是在一定條件下測定或計算的。配合劑在橡膠中的溶解度除與配合劑和生膠兩者的化學結構、極性、結晶性、分子量大小及分布、溶解度或溶解度參數等有關外,還與貯存時的溫度、壓力、濕度、時間有關。
配合劑在橡膠中的溶解度一般都是隨著溫度的升降而升降。因此,橡膠在儲存和使用時的溫度高於標准溫度,配合劑的用量就可能達到最大用量;而在低於標准溫度時就不能用到最大用量,否則橡膠表面就會出現噴霜。
表1列出了常用配合劑硫黃在100克不同生膠中的溶解量(克)。從中看出:硫黃在不同的生膠中有著不同的溶解度,但都隨著溫度的升降而升降。
可見,溫度對配合劑的溶解度影響很大,直接影響著橡膠表面噴霜。
橡膠儲存時所受的壓力、周圍空氣的濕度以及時間對配合劑的溶解度也有影響,一般情況下影響不大。但是,如果壓力較大,受壓部位橡膠中的配合劑就會形成晶核,析出於橡膠表面,形成噴霜;如果空氣的濕度過大,橡膠中極性大的配合劑對生膠(非極性)的作用減弱,配合劑溶解度下降,從而導致噴霜;儲存時間越長,橡膠表面噴霜越明顯,由於儲存環境中空氣的溫度和濕度隨著季節的變化而不同,並且差別較大,極易造成配合劑的溶解度發生變化,從而導致噴霜。
製品的欠硫
配合劑在橡膠中的溶解度隨著製品硫化程度的深淺而不同。一般在製品達到正硫化時配合劑則達到最大溶解度。這是因為在硫化交聯過程中化學鍵(C-Sx-C、C-S-C、C-C、C-O-C等)的形成,加強了配合劑與生膠分子之間以及配合劑之間的化學結合或物理結合過程,這有利於配合劑在橡膠中的溶解;其次配合劑參與化學鍵形成的反應或其它副反應,減少了配合劑的含量,降低了配合劑的濃度。所以,製品欠硫就會導致配合劑的溶解度下降使橡膠表面出現噴霜。
橡膠老化
橡膠老化大都導致硫化膠完整的均衡的網狀結構發生破壞,從而也破壞了橡膠體系內各種配合劑與生膠分子以及配合劑之間的化學的或物理的結合,降低了配合劑在橡膠體系內的溶解度。因此,那些局部處於過飽和狀態的配合劑便會從橡膠中游離析出,形成噴霜。
橡膠老化引起的噴霜與其它類型的噴霜不同。它不是容易發生在溫度低、濕度大的冬天和秋天,而是發生在溫度高的夏天和陽光暴曬的環境中。
4 橡膠噴霜的危害
橡膠表面噴霜不僅嚴重地影響了產品的外觀質量,而且在一定程度上也影響著橡膠製品的使用性能及壽命,也影響著膠料的工藝性能及物理機械性能。
噴霜首先使橡膠的外觀質量和裝飾性能受到影響。噴粉後,橡膠表面會乏白、泛黃、泛灰,有時還會出現亮點。噴油後,橡膠表面會泛黃、泛蘭或有熒光或失光。噴蠟後,橡膠表面會失光、泛白。
其次,噴霜會使膠料在壓延時降低表面粘性,給下工序的貼合,成型帶來困難,容易造成廢次品;使膠料在擠出後,影響半成品的外觀質量,降低膠料與骨架層的粘著性能,使製品質量下降,壽命縮短。
噴霜還會造成膠料焦燒和製品老化。如果在膠料表面噴霜的成份中主要是硫化劑或促進劑,那麼膠料表面的硫化劑或促進劑的含量就非常高,在膠料儲存或生產過程中,由於熱積累的增大,很容易發生焦燒。若在硫化時就會形成硫化程度不均,表面硫化程度高,而內部則低,使得膠料物理機械性能下降。如果在製品表面噴霜成份主要是硫化齊J_硫黃,則會加速製品老化。因為硫黃在空氣的氧化作用下能生成二氧化硫,二氧化硫和空氣中的水分作用又會生成亞硫酸和硫酸,腐蝕製品表面膠層,並由表及裡。這樣就加快了製品老化,縮短了使用壽命。
噴霜對橡膠確有「百害」,但也有「一利」。有些製品表面往往需要噴出石蠟,形成一層蠟狀膜,隔離空氣的接觸,避免製品表層發生氧化,起到防止老化的作用。有些膠料表面要求噴出一定的粉、油、蠟、防止膠片相互粘連,起到隔離劑的作用,減少隔離劑的使用,有利工人操作和身體健康,減少灰塵飛揚,有利環境保護。/
噴霜的防止措施
橡膠表面噴霜,其成分往往是復雜的,很少是單一的。在噴霜的復雜成分中總有主次之分,因為配合劑在橡膠中相互影響,只要一種配合劑噴出,就會破壞整個配合劑在橡膠中的均勻程度,並產生濃度梯度,這樣就容易使其它配合劑伴隨著前一種配合劑的噴出而噴出。所以為了防止噴霜,必須首先分析噴霜中的主要成分,再根據造成噴霜的原因,最終採取措施,加以防止。
5 .1 調整配方
噴霜主要取決於橡膠的配方設計。配方設計時配合劑用量若超過其在橡膠中的最大用量,就會導致橡膠表面出現噴霜
5.1 .1 限制配合劑用量
配方設計時,配合劑的用量必須限制在橡膠儲存和使用時的條件(包括溫度、壓力、介質、濕度等)所允許的最大用量內。為此,可以參照表2、表3,選用溶解度參數與配方生膠接近的配合劑;或者採用幾種配合劑並用。這樣既達到了同樣的效果,又避免了配合劑的噴霜。
改進生膠種類
同一配合劑在不同的生膠中有著不同的溶解度,不同的生膠其溶解度參數也不同。為此在橡膠性能滿足使用要求的情況下,可以通過選用或並用溶解度大的生膠;選用與配合劑溶解度參數相近的生膠;選用或並用所需性能較好的生膠,減少配合劑的用量等措施來避免配合劑的噴霜。
改進工藝
提高配合劑的分散性通過降低煉膠溫度,延長煉膠時間,增加薄通次數、開刀次數,或在配方中添加分散劑(均勻劑)來提高配合劑在橡膠中的分散性,使其均勻分散。/
5 .2 .2 提高製品的硫化程度
通過延長硫化時間,提高硫化溫度等來提高硫化程度,避免製品欠硫而造成噴霜。
改善儲存條件
改善儲存條件,避免橡膠噴霜,應該採取以下措施。降低儲存溫度,嚴禁陽光照射;降低空氣濕度,使儲存環境乾燥、通風;縮短庫存周期,避免長時間存放;避免橡膠相互擠壓、碰擦,做到單放或架放。
噴霜的鑒別和處理方法
噴霜是由各種各樣原因引起的。對於已經發生噴霜的橡膠,只有分析出引起噴霜的原因,才能有效地加以處理。
製品欠硫造成的噴霜容易鑒別,因為這種噴霜往往是局部的、偶然的。對此只要採取改進硫化工藝或強化配方硫化體系就可以解決。
儲存條件不當造成的噴霜也容易鑒別,只要對儲存溫度、時間、濕度等進行不同的對比試驗,就可以鑒別出來。對此,只要採取適當的儲存條件就可以避免。
原材料質量波動造成的噴霜也好鑒別,因為這種噴霜通常是偶然的、成批的,對此,只要對原材料的不同批次、不同產地進行對比試驗,就可以鑒別出來。這樣,只要更調原材料的批次、產地就可以解決。
工藝操作不當造成的噴霜也好鑒別,因為這種噴霜是偶然的、局部的。對此,只要對配合劑准確稱量,避免錯配、多配、少配、漏配等,操作時嚴格按工藝進行,避免膠料混煉不均、輥溫過高,就可以解決。
3橡膠老化造成的噴霜可以根據其容易發生在氣溫高的夏天和陽光暴曬的環境中這一特點來鑒別。配合劑超量使用造成的噴霜比較難於鑒別,對此只能採用一一排除法。以上兩種噴霜都是大批量的,後果也比較嚴重,相對地也很難處理。一般採用擦凈噴霜物,用溶劑浸泡4到6小時後,取出陰干,包裝入袋。但是要從根本上解決就必須改進膠料配方。
結語
橡膠表面噴霜,不但影響製品的外觀質量和使用壽命,而且也影響膠料半成品的加工性能和工藝性能,同時給企業也造成一定的經濟損失,對企業的聲譽帶來難以估量的損害。因此,配方設計人員,工藝制訂人員在設計配方、制訂工藝時要充分考慮生膠特性、配合劑性能和用量,工廠的加工條件、儲存環境,製品的存放周期、使用條件等等;生產操作人員一定要按照工藝規程進行操作;采購人員要按照配方設計中所要求的材料產地、標准進行組織,使橡膠各種性能達到或接近配方設計時的水平,以便避免橡膠噴霜等質量問題的發生。
I. 三元乙丙橡膠產品表面噴霜烘完後表面成了一個個白點怎麼回事,怎麼解決
橡膠噴霜的形式
橡膠有未硫化橡膠(以下稱膠料)和硫化橡膠(以下稱製品)之分,橡膠噴霜就包括膠料表面噴霜和製品表面噴霜。噴霜(bloom)是液體或固體配合劑由橡膠內部遷移到橡膠表面的現象[1]。可見橡膠內部配合劑析出,就形成了噴霜。對橡膠噴霜的形式歸納起來,大體分為三種。即噴粉、噴蠟、噴油(也稱滲出)。
噴粉是硫化劑、促進劑、活性劑、防老劑、填充劑等粉狀配合劑析出在橡膠表面,而形成一層粉狀物。噴蠟是石蠟、地蠟等蠟狀物析出在橡膠表面,而形成一層蠟膜。噴油是軟化劑、增粘劑、潤滑劑、增塑劑等液態配合劑析出在橡膠表面,而形成一層油狀物。
在實踐中,橡膠表面噴霜的形式有時是以一種形式出現,有時卻是以兩種或三種形式同時出現。
3 橡膠噴霜的原因
橡膠噴霜是由於橡膠內部配合劑達到過飽和狀態後,橡膠近表層的配合劑首先析出,再由內層向表層遷移析出,當配合劑在橡膠中降低到其飽和狀態時,析出過程才告結束。使配合劑達到過飽和狀態,導致橡膠噴霜的主要原因有:膠料配方設計不當,工藝操作不妥,原材料質量波動,貯存條件
差,製品欠硫、製品老化等。
3.1 配方設計不當
配方設計不當主要指配合劑在橡膠中的用量超過其最大使用量。在一定條件下(主要是溫度,其次是壓力)一般配合劑在橡膠中都有一定的溶解度,達到配合劑溶解度的配合量稱為配合劑的最大使用量。配方設計時,配合劑用量超過其最大使用量,配合劑就不能完全溶解在橡膠中,使得配合劑在橡膠中達到過飽和狀態,由於配合劑在橡膠中最終要達到飽和狀態,在趨於飽和狀態過程中,超量使用的、不能溶解的配合劑便要析出,而在橡膠表面形成噴霜。
通常情況下,配方設計不當容易造成噴霜的配合劑有硫化劑:硫黃。促進劑:二硫化二苯並噻唑(DM)、二硫化四甲基秋蘭姆(T MTD)、2一硫醇基苯並噻唑(M)、一硫化四甲基秋蘭姆(TMTM)、乙撐硫脲(NA 22)等。防老劑:N-苯基-β-萘胺(D)、N, N'一二苯基對苯二胺與苯基分萘胺混合物(H ) . N-環己基-N'一苯基對苯二胺(4010) , N, N'二(β-萘基)對苯二胺(DNP)、2一硫醇基苯並咪唑( MB)、石蠟等。增塑劑:機油、酯類油等。活性劑:氧化鋅、硬脂酸等。填充劑:輕鈣、碳酸鎂
等。防焦劑:N-環己基硫代鄰苯二甲酞亞胺(CTP)等。還有一些其它配合劑。
3.2 工藝操作不當
膠料生產時,首先配合劑稱量要准確,以免造成多配,使得配合劑的用量超過其在橡膠中的最大用量,並造成噴霜。其次,要按工藝操作充分壓合,以免造成搗膠不均,配合劑分散不勻,使得配合劑在膠料中局部濃度過大,達到過飽和狀態,而造成噴霜。再者,加入硫黃時,膠溫、輥溫不要過高,由於硫黃在橡膠中的溶解度隨溫度升高而增大[2],硫黃溶解度增大,其在橡膠中的溶解速度加快,就容易引起分布不均,使得硫黃在膠料中局部含量多,局部含量少。待膠料冷卻後,硫黃在膠料中的溶解度下降,膠料中局部含量過多的硫黃,便達到過飽和狀態,就造成噴霜,此種噴霜也稱噴硫。
3.3 原材料質量波動
橡膠工業原材料包括兩大類,即生膠和配合劑。不同的配合劑在同一種生膠中有著不同的溶解度,同一種配合劑在不同的生膠中也有著不同的溶解度,就是在同一類生膠中,由於其共聚組分比不同、門尼粘度不同、污染非污染之分而形成的不同規格中同一配合劑的溶解度也不同,即使產品樣本上數據幾乎相同的生膠,因生產廠家所採取的工藝不同、合成單體的差異、製造批量的不同,而使同一配合劑的溶解度也不同。
生膠質量發生波動就會引起生膠極性、結晶性、分子結構、分子量分布、門尼粘度,灰分、揮發分、物理性能等發生變化。由於配合劑在生膠中的溶解度主要取決於生膠和配合劑的結構與性能,那麼生膠質量發生波動就會影響配合劑的溶解度。如果造成配合劑溶解度下降,便會發生噴霜現象。
橡膠用配合劑大都屬於工業品,純度不高其成分與我們通常所說的化學葯品有很大不同。硫化促進劑和防老化劑等化學成分不管怎樣說還是比較清楚的,而其它配合劑卻是很粗製的[3]。例如,橡膠用硬脂酸是一種混合脂肪酸,不是純粹的硬脂酸,它只相當於十六烷酸(軟脂酸)和油酸的混合物。氧化鋅、氧化鎂和炭黑等其它物質在製造中混入很多雜質。輕鈣、陶土等物質因產地材質不同、製法不同、工藝不同、批量不同而有很大差別。配合劑質量發生波動就會引起其純度、水分、灰分、pH值、物理性能等發生變化,這些因素影響著其在橡膠中的溶解度。如果溶解度下降,配合劑便會發生噴霜。
3.4 儲存條件差
配合劑在橡膠中的溶解度是在一定條件下測定或計算的。配合劑在橡膠中的溶解度除與配合劑和生膠兩者的化學結構、極性、結晶性、分子量大小及分布、溶解度或溶解度參數等有關外,還與貯存時的溫度、壓力、濕度、時間有關。
配合劑在橡膠中的溶解度一般都是隨著溫度的升降而升降[4]。因此,橡膠在儲存和使用時的溫度高於標准溫度,配合劑的用量就可能達到最大用量;而在低於標准溫度時就不能用到最大用量,否則橡膠表面就會出現噴霜。
表1列出了常用配合劑硫黃在100克不同生膠中的溶解量(克)。從中看出:硫黃在不同的生膠中有著不同的溶解度,但都隨著溫度的升降而升降。
可見,溫度對配合劑的溶解度影響很大,直接影響著橡膠表面噴霜。
橡膠儲存時所受的壓力、周圍空氣的濕度以及時間對配合劑的溶解度也有影響,一般情況下影響不大[6]。但是,如果壓力較大,受壓部位橡膠中的配合劑就會形成晶核,析出於橡膠表面,形成噴霜;如果空氣的濕度過大,橡膠中極性大的配合劑對生膠(非極性)的作用減弱,配合劑溶解度下降,從而導致噴霜;儲存時間越長,橡膠表面噴霜越明顯,由於儲存環境中空氣的溫度和濕度隨著季節的
變化而不同,並且差別較大,極易造成配合劑的溶解度發生變化,從而導致噴霜。
3.5 製品的欠硫
配合劑在橡膠中的溶解度隨著製品硫化程度的深淺而不同。一般在製品達到正硫化時配合劑則達到最大溶解度。這是因為在硫化交聯過程中化學鍵(C-Sx-C、C-S-C、C-C、C-O-C等)的形成,加強了配合劑與生膠分子之間以及配合劑之間的化學結合或物理結合過程,這有利於配合劑在橡膠中的溶解;其次配合劑參與化學鍵形成的反應或其它副反應,減少了配合劑的含量,降低了配合劑的濃度。所以,製品欠硫就會導致配合劑的溶解度下降使橡膠表面出現噴霜。
3.6 橡膠老化
橡膠老化大都導致硫化膠完整的均衡的網狀結構發生破壞,從而也破壞了橡膠體系內各種配合劑與生膠分子以及配合劑之間的化學的或物理的結合,降低了配合劑在橡膠體系內的溶解度。因此,那些局部處於過飽和狀態的配合劑便會從橡膠中游離析出,形成噴霜。
橡膠老化引起的噴霜與其它類型的噴霜不同。它不是容易發生在溫度低、濕度大的冬天和秋天,而是發生在溫度高的夏天和陽光暴曬的環境中。
4 橡膠噴霜的危害
橡膠表面噴霜不僅嚴重地影響了產品的外觀質量,而且在一定程度上也影響著橡膠製品的使用性能及壽命,也影響著膠料的工藝性能及物理機械性能。
噴霜首先使橡膠的外觀質量和裝飾性能受到影響。噴粉後,橡膠表面會乏白、泛黃、泛灰,有時還會出現亮點。噴油後,橡膠表面會泛黃、泛蘭或有熒光或失光。噴蠟後,橡膠表面會失光、泛白。
其次,噴霜會使膠料在壓延時降低表面粘性,給下工序的貼合,成型帶來困難,容易造成廢次品;使膠料在擠出後,影響半成品的外觀質量,降低膠料與骨架層的粘著性能,使製品質量下降,壽命縮短。
噴霜還會造成膠料焦燒和製品老化。如果在膠料表面噴霜的成份中主要是硫化劑或促進劑,那麼膠料表面的硫化劑或促進劑的含量就非常高,在膠料儲存或生產過程中,由於熱積累的增大,很容易發生焦燒。若在硫化時就會形成硫化程度不均,表面硫化程度高,而內部則低,使得膠料物理機械性能下降。如果在製品表面噴霜成份主要是硫化齊J_硫黃,則會加速製品老化。因為硫黃在空氣的氧化作用下能生成二氧化硫,二氧化硫和空氣中的水分作用又會生成亞硫酸和硫酸,腐蝕製品表面膠層,並由表及裡。這樣就加快了製品老化,縮短了使用壽命。
噴霜對橡膠確有「百害」,但也有「一利」。有些製品表面往往需要噴出石蠟,形成一層蠟狀膜,隔離空氣的接觸,避免製品表層發生氧化,起到防止老化的作用。有些膠料表面要求噴出一定的粉、油、蠟、防止膠片相互粘連,起到隔離劑的作用,減少隔離劑的使用,有利工人操作和身體健康,減少灰塵飛揚,有利環境保護。
5 噴霜的防止措施
橡膠表面噴霜,其成分往往是復雜的,很少是單一的。在噴霜的復雜成分中總有主次之分,因為配合劑在橡膠中相互影響,只要一種配合劑噴出,就會破壞整個配合劑在橡膠中的均勻程度,並產生濃度梯度,這樣就容易使其它配合劑伴隨著前一種配合劑的噴出而噴出。所以為了防止噴霜,必須首先分析噴霜中的主要成分,再根據造成噴霜的原因,最終採取措施,加以防止。
5 .1 調整配方
噴霜主要取決於橡膠的配方設計。配方設計時配合劑用量若超過其在橡膠中的最大用量,就會導致橡膠表面出現噴霜。
5 .1 .1 限制配合劑用量
配方設計時,配合劑的用量必須限制在橡膠儲存和使用時的條件(包括溫度、壓力、介質、濕度等)所允許的最大用量內。為此,可以參照表2、表3,選用溶解度參數與配方生膠接近的配合劑;或者採用幾種配合劑並用。這樣既達到了同樣的效果,又避免了配合劑的噴霜。
5 .1 .2改進生膠種類
同一配合劑在不同的生膠中有著不同的溶解度,不同的生膠其溶解度參數也不同。為此在橡膠性能滿足使用要求的情況下,可以通過選用或並用溶解度大的生膠;選用與配合劑溶解度參數相近的生膠;選用或並用所需性能較好的生膠,減少配合劑的用量等措施來避免配合劑的噴霜。
5.2 改進工藝
5 .2 .1 提高配合劑的分散性
通過降低煉膠溫度,延長煉膠時間,增加薄通次數、開刀次數,或在配方中添加分散劑(均勻劑)來提高配合劑在橡膠中的分散性,使其均勻分散。
5 .2 .2 提高製品的硫化程度
通過延長硫化時間,提高硫化溫度等來提高硫化程度,避免製品欠硫而造成噴霜。
5.3 改善儲存條件
改善儲存條件,避免橡膠噴霜,應該採取以下措施。降低儲存溫度,嚴禁陽光照射;降低空氣濕度,使儲存環境乾燥、通風;縮短庫存周期,避免長時間存放;避免橡膠相互擠壓、碰擦,做到單放或架放。
6 噴霜的鑒別和處理方法
噴霜是由各種各樣原因引起的。對於已經發生噴霜的橡膠,只有分析出引起噴霜的原因,才能有效地加以處理。
製品欠硫造成的噴霜容易鑒別,因為這種噴霜往往是局部的、偶然的。對此只要採取改進硫化工藝或強化配方硫化體系就可以解決。
儲存條件不當造成的噴霜也容易鑒別,只要對儲存溫度、時間、濕度等進行不同的對比試驗,就可以鑒別出來。對此,只要採取適當的儲存條件就可以避免。
原材料質量波動造成的噴霜也好鑒別,因為這種噴霜通常是偶然的、成批的,對此,只要對原材料的不同批次、不同產地進行對比試驗,就可以鑒別出來。這樣,只要更調原材料的批次、產地就可以解決。
工藝操作不當造成的噴霜也好鑒別,因為這種噴霜是偶然的、局部的。對此,只要對配合劑准確稱量,避免錯配、多配、少配、漏配等,操作時嚴格按工藝進行,避免膠料混煉不均、輥溫過高,就可以解決。
橡膠老化造成的噴霜可以根據其容易發生在氣溫高的夏天和陽光暴曬的環境中這一特點來鑒別。配合劑超量使用造成的噴霜比較難於鑒別,對此只能採用一一排除法。以上兩種噴霜都是大批量的,後果也比較嚴重,相對地也很難處理。一般採用擦凈噴霜物,用溶劑浸泡4到6小時後,取出陰干,包裝入袋。但是要從根本上解決就必須改進膠料配方。
7 結語
橡膠表面噴霜,不但影響製品的外觀質量和使用壽命,而且也影響膠料半成品的加工性能和工藝性能,同時給企業也造成一定的經濟損失,對企業的聲譽帶來難以估量的損害。因此,配方設計人員,工藝制訂人員在設計配方、制訂工藝時要充分考慮生膠特性、配合劑性能和用量,工廠的加工條件、儲存環境,製品的存放周期、使用條件等等;生產操作人員一定要按照工藝規程進行操作;采購人員要按照配方設計中所要求的材料產地、標准進行組織,使橡膠各種性能達到或接近配方設計時的水平,以便避免橡膠噴霜等質量問題的發生。
J. 橡膠 硫化處理後,是什麼結構
橡膠硫化過程中發生了硫的交聯,這個過程是指把一個或更多的硫原子接在聚合物鏈上形成橋狀結構。反應的結果是生成了彈性體,它的性能在很多方面都有了改變,硫化劑可以是硫或者其它相關物質。
影響硫化過程的主要因素是硫磺用量、硫化溫度及硫化時間。
硫磺用量:其用量越大,硫化速度越快,可以達到的硫化程度也越高。硫磺在橡膠中的溶解度是有限的,過量的硫磺會由膠料表面析出,俗稱「噴硫」。為了減少噴硫現象,要求在盡可能低的溫度下,或者至少在硫磺的熔點以下加硫。根據橡膠製品的使用要求,硫磺在軟質橡膠中的用量一般不超過3%,在半硬質膠中用量一般為20%左右,在硬質膠中的用量可高達40%以上。
硫化溫度:若溫度高10℃,硫化時間約縮短一半。由於橡膠是不良導熱體,製品的硫化進程由於其各部位溫度的差異而不同。為了保證比較均勻的硫化程度,厚橡膠製品一般採用逐步升溫、低溫長時間硫化。
硫化時間:這是硫化工藝的重要環節。時間過短,硫化程度不足(亦稱欠硫)。時間過長,硫化程度過高(俗稱過硫)。只有適宜的硫化程度(俗稱正硫化),才能保證最佳的綜合性能。