硫化及硫化工艺
第13章 硫化工艺
2、了解常用硫化介质及特点
3、了解热硫化方法
4、掌握硫化条件的选取和确定
§13.1 正硫化及其测定方法
一．正硫化及正硫化时间
二．正硫化的测定方法
（一）物理-化学法 （二）物理性能测定法 （三）专用仪器法
一．正硫化及正硫化时间
正硫化：又称最宜硫化，指橡胶的主要性能达到 或接近最佳值的硫化状态。 正硫化时间：橡胶达到正硫化状态所需要的时间。 正硫化是一个范围，而不是一个点。 理论正硫化时间：扭矩最高点对应的时间； 工艺正硫化时间：扭矩达到M90对应的时间； 工程正硫化时间：生产上主要的性能指标达到最 佳值所需要的正硫化时间。对薄的橡胶制品（厚 度少于6mm），工程正硫化时间等于由硫化仪测 得的工艺正硫化时间，而厚度大于6mm时，胶料 的导热性差及骨架材料的复杂性使硫化时间的确 定变得复杂,一般取最小和最大硫化效应的时间 范围作为工程正硫化时间.
4T 4T + 2S +M H+ H + 2S ++ M
8
二．正硫化的测定方法
门尼值
（三）专用仪器法
门尼粘度计法：早期使用的 仪器。取T5为门尼焦烧时间， T35 为门尼硫化时间，则正硫 化时间为：
正硫化时间＝T5＋10（T35－T5）
转矩
△30 T5
△5
T35 硫化时间
硫化仪法 适用于薄制品
第13章 硫化工艺
硫化是橡胶加工的最后一个工艺，也是 最重要的工艺。 硫化温度、压力和时间是硫化的三要素。 硫化工艺的任务就是合理地选取和确定 正确的工艺条件。
一、本章主要内容
(一)正硫化及预测方法. (二)硫化条件的选取和确定. (三)硫化介质 (四)硫化方法
硫化工艺课程
硫化工艺课程二.什么是硫化：1.在加热或辐射的条件下，胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应，由线型结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子，并使胶料的物理机械性能及其它性能随之发生根本的变化，这一过程称为硫化。
2.硫化交联反应是在一定的温度、时间、压力的条件下完成的，这些条件称为硫化条件。
3.橡胶的硫化历程可分四个历程：焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段、过硫阶段。
3.1.焦烧阶段：是热硫化开始前起延迟作用的时间。
它的时间长短决定与配方、促进剂的影响。
胶料有热积累的特性，所以胶料的实际焦烧时间包括橡胶在混炼、热炼、存放中消耗的焦烧时间＋胶料在模具加热中保持流动的时间。
3.2.热硫化阶段：是指在热硫化反应中的交联阶段，逐渐产生网构，使得胶料弹性，拉伸强度急剧上升，热硫化时间的长短决定于胶料配方。
3.3. 平坦硫化阶段：硫化交联反应已经完成。
随后发生交联键重新排列、裂解等反应，因此胶料强度曲线出现了平坦区，它的时间长短决定于胶料配方。
因为这一阶段硫化胶保持最佳阶段，所以作为选定产品的硫化时间的范围。
3.4.过硫阶段：相当于硫化反应中网状结构形成的后期，交联键发生重排，以及交联键和链段热降解的反应。
因此胶料的拉伸性能显著下降。
4.硫化的三要素4.1.温度：温度的作用，开始时，可以软化胶料，促进胶料流动。
提高硫化反应，促进硫化交联，同时对活性剂、促进剂、硫化剂等进行活化。
天然胶最适意的硫化温度是145～155℃。
最好在155℃以下。
丁睛橡胶的最适意的硫化温度是165～170℃。
天然胶硫化温度超出硫化温度范围，有可能发生硫化返原现象，也可能产生热撕裂，影响胶料流动，和粘合性，易出现缺胶，接头不良、尺寸超差、飞边过厚。
硫化温度低，硫化速度慢，生产效率低。
4.2.压力胶料在硫化过程中，由于胶料中含有水分蒸发以及所包含的空气释出，导致产生内压，这种内压使胶料产生气孔，为了防止这种现象产生，硫化时，就必须施加大于胶料可能发生内压的硫化压力。
硫化工艺技术
硫化工艺技术硫化工艺技术是一种常用的制造工艺，用于改善材料的性能和增加其使用寿命。
硫化是指在一定条件下，通过硫黄与材料反应，形成硫化物，并在材料中形成交联结构的过程。
硫化工艺技术广泛应用于橡胶、塑料和纤维等材料的生产中，下面我们来介绍一下硫化工艺技术的基本原理。
首先，硫化工艺技术的目的是通过交联结构的形成，增加材料的强度、耐磨性和耐老化性能。
硫化是通过硫黄与材料中的双键反应形成硫化物，从而将材料的分子间锁定在一起，形成交联结构。
硫黄在硫化过程中充当交联剂的角色，它能够与材料中的双键发生反应，将分子间的链断裂，并形成新的交联结构。
其次，硫化工艺技术的关键是控制硫化反应的温度和时间。
硫化反应需要一定的温度和时间才能完成。
温度过高或时间过长会导致硫化反应过度，使材料变硬、脆化甚至破裂。
温度过低或时间过短则无法完成硫化反应，材料性能改善效果不明显。
因此，在硫化工艺技术中，需要根据不同材料的特性和要求，合理选择硫化温度和时间，以达到最佳硫化效果。
此外，硫化工艺技术还需要使用一定的硫化助剂和适当的硫化条件。
硫化助剂有助于加快硫化反应速度，提高硫化效果。
常用的硫化助剂有活性剂、抗老化剂和加成剂等。
硫化条件主要包括硫化温度、硫化时间和硫化环境等，不同材料对硫化条件的要求也有所不同。
最后，硫化工艺技术在实际应用中还需要注意一些问题。
首先是硫化过程中产生的气体和有害物质的处理问题。
硫化反应会产生一些有害气体和污染物，需要通过适当的处理措施将其排出和处理，以保护环境和人体健康。
其次是硫化后材料的贮存和使用问题。
硫化后的材料需要避免日光直射和潮湿环境，以防止硫化物的分解和材料的老化。
总之，硫化工艺技术是一种重要的制造工艺，通过硫化反应能够改善材料的性能和增加其使用寿命。
在应用硫化工艺技术时，需要合理选择硫化条件、使用适当的硫化助剂，并注意硫化过程中产生的气体和有害物质的处理问题。
通过科学的硫化工艺技术，可以使材料的性能得到有效提升，推动工业的发展。
【考研化学】第十章 硫化
★混气硫化：在硫化的第一阶段以热空气为介 质．在第二阶段再通入蒸汽作介质。胶鞋硫化 采用该方法。
（3）过热水
优点：既能保持较高的温度，又能赋予较 大的压力，因此常用于高压硫化场合。
缺点：热含量小，导热效率低，且温度不 易掌握均匀。 典型的用途是轮胎硫化时，将过热水充注 于水胎中，以保持内温。
（4）热水
二、欠硫阶段（预硫）
含义：焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。 交联程度逐渐增加，橡胶的物理机械性能逐 渐上升。制品轻微欠硫时，强度、弹性、伸长率 未达到预期的水平，但抗撕裂性、耐磨性等却优 于正硫化胶料。
欠料的配方。
三、正硫阶段
含义：橡胶的交联反应达到一定的程度，此 时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其 综合性能最佳。 正硫化温度
正硫化时间取决于制品性能要求和断面厚薄， 需考虑到“后硫化”。
抗张强度最高值略前的时间
正硫化时间=
强伸积（抗张强度×伸长率） 最高值的时间
四、过硫阶段
含义：正硫化以后继续硫化便进入过硫阶段。 氧化及热断链反应占主导地位，胶料性能下降。 硫化返原；断链多于交联
非返原性：交联继续占优势
过硫阶段胶料的性能变化情况反映了硫化平 坦期的长短。超促进剂，交联键能低，硫化温度 高，则平坦期短。
（1）饱和蒸汽
优点：热含量大、导热效率高、成本低、 压力和温度易调节。 缺点：加热温度要受到压力的牵制；对硫 化容器内壁有较大腐蚀作用。
（2）热空气
优点： 加热温度不受压力影响，比较干燥， 不含水分，产品表面光滑，外观漂亮，而且不 受罐壁腐蚀的影响。 缺点： 含热量低，导热效率很低，硫化时 间长，同时含有大量氧气，在高温高压下易使 制品氧化。
1.中间化合物的生成
硫化工艺过程控制
硫化工艺过程控制1. 硫化工艺概述硫化是一种常见的化学工艺，用于制造硫化橡胶、硫化塑料等材料。
硫化过程控制是确保硫化反应达到所需质量和性能的关键因素。
本文将介绍硫化工艺的基本原理和常见的过程控制方法。
2. 硫化反应的原理硫化反应是将天然橡胶或合成橡胶中的不饱和键与硫化剂发生反应，形成交联结构的过程。
硫化剂在反应中起着催化剂的作用，加速反应速度。
硫化反应过程中主要涉及以下几个方面的控制：•反应温度：反应温度不同会导致反应速度和交联结构的形成不同。
•反应时间：反应时间决定了反应程度和硫化物的生成。
•硫化剂浓度：硫化剂浓度的调控可以控制反应速度和交联密度。
3. 硫化工艺的过程控制方法3.1 温度控制硫化反应温度是影响硫化速率和硫化物结构的重要因素。
温度过低会导致反应速度慢，交联结构不完全；温度过高会导致反应过度，交联结构过强。
要控制硫化反应温度，可以采用以下方法：•传统控制方法：传统控制方法是通过控制加热器的功率或控制炉内的加热介质温度来实现温度控制。
•PID控制方法：PID控制方法是通过传感器测量温度，根据反馈信号进行控制，使温度稳定在设定值附近。
3.2 时间控制硫化反应时间是控制硫化程度的重要因素。
过长的反应时间会导致硫化过度，而过短的反应时间会导致交联结构不完全。
要控制硫化反应时间，可以采用以下方法：•手动控制方法：通过观察反应过程中硫化物的形成情况来控制硫化反应时间。
•自动控制方法：使用计时器或自动控制系统来控制硫化反应时间。
3.3 硫化剂浓度控制硫化剂浓度是影响硫化反应速度和交联结构的重要因素。
浓度过高会导致反应速度过快，交联结构过强；浓度过低会导致反应速度慢，交联结构不完全。
要控制硫化剂浓度，可以采用以下方法：•手动控制方法：通过调整硫化剂的投入量来控制硫化剂浓度。
•自动控制方法：使用流量控制器和比例控制器来控制硫化剂的投入量，从而实现硫化剂浓度的控制。
4. 硫化工艺的优化为了提高硫化工艺的效率和产品质量，可以采取以下优化措施：•优化硫化剂选择：选择适合特定反应条件的硫化剂，可以提高反应速率和交联结构的形成。
硫化工艺过程范文
硫化工艺过程范文硫化是一种化学工艺过程，用于将硫与其他物质反应，从而形成硫化物。
这种工艺具有广泛的应用领域，例如橡胶、化学、能源等行业。
硫化橡胶是其中一种最常见的应用。
硫化作为橡胶制品的重要步骤，通过交联橡胶分子链，提高其耐热性、耐磨性和强度，从而使橡胶具有更好的物理性能。
硫化过程可以在橡胶原料中添加硫化剂，然后进行加热处理。
在加热过程中，硫化剂会与橡胶中的双键反应，形成硫化键，使橡胶分子链交联成网状结构。
硫化过程的关键参数包括温度、时间和硫化剂的种类和用量。
温度是影响硫化速率和硫化程度的重要因素。
在温度较低时，硫化反应速率较慢，所需时间较长。
而在温度较高时，硫化反应速率加快，但过高的温度可能导致橡胶材料的烧损。
因此，要根据具体材料和设备的要求选择适当的硫化温度。
硫化时间是指硫化过程持续的时间。
根据硫化剂的类型和含量，硫化时间可以从几分钟到几小时不等。
过短的硫化时间可能导致硫化不完全，从而影响橡胶制品的性能。
而过长的硫化时间则可能导致橡胶过硬或老化。
因此，要根据具体材料和硫化剂的要求确定适当的硫化时间。
硫化剂的种类和用量也对硫化过程的效果有重要影响。
硫化剂可以分为加热硫化剂和光照硫化剂两类。
加热硫化剂在加热过程中释放出硫，在硫化反应中起到催化作用。
常见的加热硫化剂有硫醇、硫代硫酸酯等。
光照硫化剂则通过光能诱导硫化反应。
常见的光照硫化剂有过氧化物、硝酸等。
硫化剂的用量也需要根据具体需要进行调整，以达到理想的硫化效果。
除了硫化橡胶，硫化还可以用于化学反应中。
例如，有机合成中的硫化反应常用于构建C-S键。
此类反应在有机合成中具有重要的应用，能够构建多种有机分子结构，如硫醚、硫醇等。
相应的硫化剂和反应条件也各有差异，需要根据具体反应目标进行选择。
在能源行业中，硫化过程也有重要的应用。
例如，燃料电池中的阳极催化剂通常采用硫化过程进行改性。
在这个过程中，阳极催化剂通常与硫反应，形成具有更好催化性能的硫化物。
橡胶硫化—硫化工艺条件(橡胶加工课件)
一 硫化历程—硫化概念、原理与正硫化
二 硫化工艺条件—硫化三要素
三 硫化方法—工艺与设备 四 硫化质量分析—问题与对策
1.硫化工艺条件—温度
❖ 硫化工艺条件即硫化三要素—温度,时间和压力; ❖ 硫化温度是硫化反应的最基本条件。 ❖ 硫化温度高，硫化速度快，生产效率高；反之生产效率低 ❖ 硫化温度:电(硫化介质)间接加热，硫化介质直接加热或红
外、辐射能加热等。 硫化介质是传递热能的物质，如饱和蒸汽、过热水、热空气、
熔融盐、固体微粒等。
1.硫化工艺条件—温度
❖ 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。
方程可计算出130℃和150℃时的等效硫化时间（ K＝2 ）。
程度或胶料在一定温度下的硫化速度
t 100
I K 10
3.硫化工艺条件—硫化时间
例1：某制品正硫化条件为148℃×10min，K＝2，问硫化温 度改为153℃、158℃、138℃时其等效硫化时间应分别是 多少?
3.硫化工艺条件—硫化时间
例2 某胶料的硫化温度系数为2.17，当140℃时正硫化时 间为68min，求135℃下的硫化时间。
❖ 硫化温度选择应根据制品的类型、胶种、硫化体系及其他方
面综合考虑。
不同胶种的硫化温度
不同硫化体系的硫化温度
2.硫化工艺条件—压力
❖ 硫化压力:机械压力,硫化介质,包覆层(钢丝,包布,铅)提供; 有些制品常压。 ❖ 硫化压力作用:
(1) 防止气泡； (2)提高致密性； (3)流动，充模，花纹清晰； (4)提高附着力。 ❖ 硫化压力应根据胶料配方、可塑性及产品结构等决定。
鼓式硫化机硫化工艺
鼓式硫化机硫化工艺鼓式硫化机硫化工艺是一种广泛应用于橡胶制品生产中的硫化技术。
与其他硫化机械相比，鼓式硫化机具有硫化效率高、操作简便、硫化品质稳定等优点。
下面将详细介绍鼓式硫化机硫化工艺的原理、特点以及操作流程。
一、鼓式硫化机硫化工艺的原理鼓式硫化机硫化工艺的原理和其他硫化机械的硫化原理基本相同，都是将橡胶制品放入硫化室中，在高温高压的条件下与硫化剂反应，从而使橡胶分子产生交联，形成硬度高、强度大的橡胶制品。
不同之处在于，鼓式硫化机采用了旋转硫化方式。
具体来说，它将橡胶制品放入一个旋转的鼓式硫化室中，通过转动鼓体，使橡胶制品在整个硫化过程中不断地翻转，从而实现了均匀的硫化与加热，提高了硫化效率。
二、鼓式硫化机硫化工艺的特点1、硫化效率高：由于旋转硫化方式的采用，鼓式硫化机可以实现快速而均匀的硫化与加热。
因此，它的硫化效率比其他硫化机械更高，节省了时间和成本。
2、操作简便：鼓式硫化机采用了自动化控制系统，操作非常简便，无需专业技能。
3、硫化品质稳定：由于硫化室的旋转设计，鼓式硫化机可以保证橡胶制品在硫化过程中均匀加热，从而实现硫化品质的稳定。
4、适用范围广：鼓式硫化机可适用于不同形状的橡胶制品的硫化，如轮胎、密封圈、管子等。
三、鼓式硫化机硫化工艺的操作流程1、将橡胶制品放入硫化室中。
2、设置硫化温度、时间、压力等参数，启动自动化控制系统。
3、启动鼓体，使硫化室内的橡胶制品开始旋转。
4、在硫化过程中，可以根据需要对硫化参数进行调整。
5、硫化结束后，停止旋转，将硫化好的橡胶制品取出。
总之，鼓式硫化机硫化工艺是一种高效、稳定的硫化方法，已被广泛应用于橡胶制品生产中。
对于生产厂家而言，选择适当的硫化机械及科学的硫化工艺，都能够有效提高生产效率及质量，促进产品的质量不断提高。
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因子是描述胶料粘性模量和弹性模量关系的基本参数。Tanδ@ML
是指胶料在硫化温度下弹性模量最低时的损耗因子，这时虽然是
在硫化温度下，但胶料还未起硫，从其损耗因子定义式可知只有
粘性模量增加或弹性模量减少才能使损耗因子提高，Tanδ@ML可
以表征混炼胶的加工性能和分散性能，同一配方数值越大其加工
性能越好、胶料的分散性越好。
• 图1 交联密度与硫化胶性能的关系
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
硫化历程与硫化曲线的应用 使用硫化仪记录硫化历程。硫化开始，试样的剪切模量增大。
当记录下来转矩上升到稳定值或最大值时，便得到一条转矩与时 间的关系曲线，即硫化曲线。
曲线的形状与试验温度和胶料特性有关。任何一种橡胶以硫 化时间与一项性能对应作图，可以得到趋势相仿的曲线。
• 抗返原性%= ×100% 6倍正硫化时间的 300%定伸 应力 正硫化点的300%定伸应力 正硫化点的 300 %定伸应力
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
•
另一种方法是采用硫化仪测定硫化胶的抗返原性(有些胶料
硫化时不具有明显的交联饱和度即胶料硫化曲线一直增大，其胶
料不能用此方法测定抗返原性)。测量时以弹性模量S′到达最大
• 硫化仪测定的弹性模量S′和粘性模量S″这两个参数足以计算其 它参数，如损耗因子、复合模量(扭矩)S*及硫化速率等。从 Tanδ曲线可以看出胶料在硫化过程中损耗因子的变化，利用损 耗因子Tanδ值可以预测混炼胶料的加工性和分散性、硫化胶的 生热特性和硫化胶料的抗返原性等。
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
曾对各种混炼胶进行研究发现，同一种混炼胶在 密炼机中排下料后，在开炼机上的不同捣炼次数对压 延和挤出生产是有影响的。不能达到规定的捣炼次数 时对压延和挤出生产工艺有不利的影响。随着胶料捣 炼次数的增加改善了胶料的加工性能和分散性，通过 检测胶料的性能发现Tanδ@ML值增加。
值时开始至下降5%或10%的时间(t-95或t-90)来表示。硫化胶的
硫化平坦线越长，胶料下降5%或10%的时间越长，抗返原性越好。
•
根据我们试验的经验认为，选择180℃做胶料的抗返原性是
比较合理的，在此温度下既可区分出不同材料的硫化抗返原性又
比较节省时间。它可用于研究硫化后稳定剂的性能以及胶料耐热
过硫化阶段会出现3种状态。第1种是曲线继续上升， 第2种 是曲线保持原有水平并持续一个阶段，第3种是曲线下降。
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
硫化曲线大体上标志着胶料的硫化特点及历程中各阶段。 1+2 操作过程中用去和剩余的焦烧时间,3总焦烧时间 4-热硫化时间 6-平坦硫化时间 7一过硫化时间。 A1是操作过程中最大焦烧时间，超过此时间将产生焦烧现象。B2是模型硫化 时问。焦烧是指热硫化作用开始前延迟状态中的时间，其长短主要由胶料配方决 定，其中促进剂的影响最大，而操作过程中的热也是一个影响因素，每批胶料之 间也总存在着差别。热硫化开始，胶料的弹性和抗张性急剧增加，至正硫化为止 为热硫化时间。达到正硫化后，抗张性能可在一个阶段保持优良性能，这一阶段 为平坦硫化时间。抗张性能下降即为过硫化状态，
• 抗撕裂强度、疲劳寿命等性能在开始时随交联键数的增加而提高， 在达到一定交联密度时出现峰值，而后随交联网络的形成而降低。 滞后性能则随着交联密度的增加而降低，是变形能的度量，这种 能量并不贮存或形成于网络结构链中，而是转化为热量。
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
1-抗撕裂强度、疲劳寿命 2-静态模量 3-高速动态模量 4-硬度 5-拉伸强度 6-滞后、永久变形、摩擦系数
老化性能。
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
31 29
27 25 0.085 0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125
能。
损耗因子,Tanδ
图4 胎面胶的生热和损耗因子的关系
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
•
抗返原性是硫化胶抗热老化性能好坏的重要参数之一，一般
有两种测量方法。一种是采用定伸法，即：
2.5
2.0
1.5
1.0
50
60
70
80
90
100
门尼粘度
图3 轮胎胶料的门尼粘度与硫化仪的最低扭矩值的关系
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
•
轮胎不同部件胶料在100℃条件下测定的门尼粘度值与胶料
在180℃下硫化仪测定的ML值的数据，它们具有很好的相关性。
•
可以利用硫化温度下测定的ML值预测胶料的加工性能。损耗
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
•
使用硫化仪测试胶料的硫化曲线，检测迅速及时，通过一条
弹性模量S’曲线即可了解到终炼胶的有关加工性能、硫化特性和
物理性能的诸多特性。一般对终炼胶进行100%硫化仪的检测，试
验条件为：185℃×4′或195℃×2′。并辅以一定比例的门尼粘
度、门尼焦烧、硬度和比重的检测。
硫化及硫化体系-2
刘燕生 2008-10-18
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
• 硫化是使大分子形成网络结构，交联密度对硫化胶性能有着显著 的影响。
• 随着硫化的进行，静态模量的提高大于动态模量的提高。动态模 量是粘性和弹性影响的综合，静态模量则是弹性的单一度量，硫 化可使橡胶由粘性或塑性行为向弹性转移。
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
•
门尼粘度用于表征其胶料的加工性能，它关系到胶料的压延、挤出等
生产过程的控制。硫化仪测出的弹性模量S′的最低扭矩ML值也可以表征胶
料的加工性能，在试验温度下其值越小，胶料的流动性越好。对轮胎不同
部件的胶料性能进行了测试,结果见下图。
最低扭矩,ML
4.0
3.5
3.0
同一配方相同的混炼工艺，添加橡胶分散剂后使 其胶料的Tanδ@ML值大幅增加。
硫化及硫化体系—硫化理论的几个概念
• Tanδ@MH是胶料弹性模量(扭矩)最
生热, ℃
高时的损耗因子，Tanδ@MH虽然是
37
在硫化温度下测得的，但它的大小
Hale Waihona Puke 35与硫化胶生热有很好的相关性。
33
• 图4是对胎冠胶料的测试结果。对其 他胶料也进行了相关的专题研究， 发现它们也具有此规律。为此，可 以使用Tanδ@MH预测胶料的生热性