橡胶硫化反应过程

 

　　硫化历程

 

　　根据硫化历程分析，可分四个阶段，即焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段和过硫化阶段。

 

　　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。

 

　　橡胶硫化过程中的性能变化

 

　　(一)物理性能变化

 

　　硫化过程中，橡胶的物理机械性能变化很显著，所以在生产工艺中，常常以物性的变化来量度硫化程度。橡胶的物性一般是指强度(抗张强度、定伸强度以及撕裂强度等)、扯断时的伸长率、硬度、弹性、永久变形、溶胀程度等。不同结构的橡胶，在硫化过程中物理机械性能的变化虽然有不同的趋向，但大部分性能的变化基本一致。天然橡胶在硫化过程中，可塑性明显下降，强度和硬度显著增大，而伸长率、溶胀程度则相应减小。这些现象都是线形大分子转变为网状结构的特征。对于带有侧乙烯基结构的橡胶，如丁苯橡胶，丁腈橡胶等，在硫化过程中也有类似的变化，只不过是在较长的时间内，各种性能的变化较为平坦，曲线出现的极大或极小值不甚明显。

 

　　1、可溶性硫化过程会使橡胶溶于溶剂的能力逐渐降低，而只能溶胀;硫化到一定时间后，溶胀性出现最小值，继续硫化又有使溶胀性逐渐增大的趋向。

 

　　2、热稳定性 硫化提高了橡胶的热稳定性，即橡胶的物理机械性能随温度变化的程度减小，例如未硫化天然橡胶低于10℃时，长期贮存会产生结晶硬化;温度超过70℃，塑性显著地增大;超过100℃，则处于粘流状态;200℃便开始发生分解。但硫化后，扩大了高弹性的温度范围，脆性温度可降低到-20~-40℃以下，且不出现生胶的塑性流动状态。因此硫化大大地提高天然橡胶的使用温度范为。

 

　　3、密度和气透性 在一定的硫化时间范围内，随着交联密度的增大，橡胶密度有所提高，而气透性则随交联密度的增大而下降。这是由于大分子链段的热运动受到一定限制引起的。

 

　　(二)化学性能变化

 

　　硫化过程中，由于交联作用，使橡胶大分子结构中的活性官能团或双键逐渐减小，从而增加了化学稳定性。另一方面，由于生成网状结构，使橡胶大分子链段的运动减弱，低分子物质的扩散作用受到严重阻碍，结果提高了橡胶对化学物质作用的稳定性。

 

　　虽然橡胶具有很多优良性能，但生胶本身仍存在着很多缺点，单纯使用生胶不能制得满足各种使用要求的橡胶制品。各种橡胶必须加入适量的有关配合剂，才能制成有实用价值的橡胶制品。这除了是工艺上的需要外，还因加入配合剂后可改善橡胶的性能，使之满足相应的使用要求，降低橡胶制品的成本。

 

　　常用硫化剂介绍

 

　　橡胶配合剂的材料种类很多，在橡胶中的作用也很复杂。根据配合剂在橡胶中的主要作用，又可分为硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、补强剂、填充剂、着色剂以及特殊用途的配合剂。硫化剂是配合剂中比较重要的一种，现就市场上常用硫化剂做一重点介绍。

 

　　硫化剂 能在一定条件下使橡胶发生硫化的物质统称为硫化剂，所谓硫化是使橡胶线性分子结构通过硫化剂的"架桥"而变成立体网状机构，从而使橡胶的机械物理性能得到明显的改善。

 

　　1、硫磺:黄色固体物质，广泛应用于天然橡胶及部分合成橡胶中。常用的硫磺有硫磺粉、升华硫磺(又称硫磺华)和沉淀硫磺三种。硫磺不溶于水，稍溶于乙醇和乙醚，溶于二硫化碳和四氯化碳。它的特点是硫化橡皮耐热性低、强度高、对铜线有腐蚀作用，适用于天然橡胶和某些合成橡胶。在电线电缆橡皮配方中，硫磺用量大约在0.2份到5份之间，但由于促进剂的加入，可使硫磺用量相应减少。

 

　　2、金属氧化物:金属氧化物主要用于氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯等的硫化剂。常用的有氧化锌、氧化镁、氧化铅、四氧化三铅等。 氧化锌 比重为5.6，是一种白色粉末，无毒、无味。氧化锌在橡胶中应用比较广泛，在通用型氯丁橡胶中常与氧化镁并用作为主硫化剂。在天然橡胶及其他烯烃橡胶中它可作为促进剂的活化剂。除此之外它还兼有补强作用。在耐日光老化的橡皮中起屏蔽紫外线的作用。氧化锌在天然橡胶和丁基橡胶中用量为5～10份，在氯丁橡胶中与氧化镁并用一般用量为5份。氧化镁 氧化镁在氯丁橡胶中作为副硫化剂使用，混炼时能防止氯丁橡胶先期硫化。本品能提高氯丁橡胶的抗拉强度、定伸强度和硬度。能中和卤化橡胶等在硫化期间或在其他氧化条件下所产生的少量硫化氢。对氯磺化聚乙烯橡胶能赋予其良好的物理机械性能，特别是永久变形比较小。但耐水性较差。一般用量为3～7份。氧化镁为白色疏松粉末，比重为3.2，在空气中能逐渐吸收水分和二氧化碳变成碱或碳酸镁而使活性降低，故应严格密封保管。

 

　　3、树脂类硫化剂:树脂类硫化剂主要是一些热固性的烷基酚醛树脂和环氧树脂。用烷基酚醛树脂硫化不饱和碳链橡胶和丁基橡胶可显著提高硫化胶的耐热性。常用的主要品种是苯酚甲醛树脂，如叔丁基苯酚甲醛树脂和叔辛基苯酚甲醛树脂等。环氧树脂对羧基橡胶及氯丁橡胶均有较好的硫化效果，其硫化橡皮耐屈绕性好。

 

　　4、秋兰姆:全名为二硫化四甲基秋兰姆，商品名为TMTD。是电线电缆橡皮中使用比较广的硫化剂，又可作硫化促进剂。纯品熔点为147℃～148℃，比重为1.29，为灰白色粉末。它是天然橡胶的超速促进剂，在100℃时可分解生成自由基，故可进行橡胶交联。 使用秋兰姆作硫化剂可改善橡皮的耐热性和耐老化性能。硫化曲线平坦，不易燃烧。适用于天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶以及一切含有双键的不饱和橡胶。在一般的耐热橡皮中，秋兰姆的用量为2～3份，而在连续硫化橡皮配方中用量为2～5份，作促进剂用时用量为0.3～0.5份。

 

　　5、过氧化物 过氧化物硫化指在橡胶配料中加人的硫化升温时即放出自由基的有机过氧化物(如过氧化拌丙苯等)。过氧化物ur使橡胶高分子链之问产生碳一碳键交联。这类过氧化物可以硫化大部分橡胶(J一基橡胶、氯丁橡胶等除外)，是重要的非硫硫化体系。白于所得硫化胶的强度和耐撕裂性能较差，工业上多用少硅橡胶、乙内橡胶、丁脂橡胶的硫化，还叮用作某些并用橡胶的共硫化。常用的过氧化物硫化剂为二烷基过氧化物、二醜基过氧化物和过氧酯等，能硫化大部分橡胶。选择过氧化物，一般需要从过氧化物的半衰期、挥发性、气味、酸碱性物质对它的影响以及加工的安全性、硫化胶的物理机械性能等多方面考虑。其中二垸基过氧化物获得广泛应用，如过氧化二异丙苯(DCP)适于160X:硫化，价格便宜'是目前使用最多的一种硫化剂;1,1-二叔丁基过氧基-3，3，5-三甲基环己烷(3M)，适于较低温度硫化。氧化物的交联效率是指lmol的有机过氧化物使橡胶制品分子产生化学交联的物质的量(mol)。若lmol的过氧化物能产生lmol的橡胶交联键，交联效率为1。

 

　　过氧化物硫化是过氧化物在热或辐射作用下均裂产生自由基，如烷基过氧化物产生二个烷氧自由基，二酰基过氧化物产生两个酰氧自由基，过氧酯则产生一个烷氧自由基和一个自由基。在橡胶制品热交联过程中，叔烷基和叔氧基可能进一步裂解产生烷基自由基。