厚层橡胶制品正硫化时间的研究
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Ｖ０１．３８Ｎｏ．６：３２—３４
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：工艺与设备：
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厚层橡胶制品正硫化时间的研究
陈国栋１，
满敬国２，
董吉飞３
（１．哈金森工业橡胶制品（苏州）有限公司，江苏苏州２１５１２２；２．江阴市中能轨道器材科技有限公司，江苏江阴２１４４２１；
３．海克斯波聚合材料有限公司，山东青岛２６６４３２）
摘要：
实验选用天然橡胶为主体材料，对在不同硫化时间下的厚层橡胶制品进行了不同层面的
解剖，并对解剖面进行了拉伸强度测试，从而确认厚层橡胶制品各层正硫化时间与制品厚度的对应荚
系。
关键词：正硫化时间；厚层橡胶制品；解剖中图分类号：ＴＱ
３３０．１＋３
文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７１－８２３２（２０１１）０６－００３２－０３
在硫化过程中，由于交联键的生成，橡胶的
０前言
各项力学性能都随之发生变化。因此，可以说所有的力学性能的测试方法都能用作测定正硫化时间的方法。在实际应用中，通常是根据产品的性能要求，采用其中一项或几项性能测试
作为正硫化时间的测定方法。
硫化是橡胶制品加工中主要的工艺过程之一，也是橡胶制品生产中的最后一道工序。在这个工序中，橡胶要经历一系列复杂的化学变化，由塑性的混炼胶变为高弹性的硫化橡胶，从而获得更完善的力学性能和化学性能，提高和拓宽了橡胶材料的使用价值和应用范围。因此，硫化对橡胶及其制品的生产和使用具有十分重要的意义。
在硫化三要素中，硫化压力和硫化温度是相对容易控制的因素，在橡胶产品的硫化过程
中，可以根据设备、配方以及所硫化的产品来确
本试验就是采用拉伸强度测试方法，通过
对厚层橡胶制品不同厚度试样的拉伸强度的测
试，来确定硫化时间的长短对厚层橡胶制品不同厚度橡胶层的拉伸强度的影响，从而确定正硫化时间与制品厚度的对应关系，为橡胶制品生产厂家和相关科研课题小组提供参考。
１
实验
定相对容易控制的硫化压力和硫化温度。而对于产品正硫化时间的确认，已发表了很多的论著和研究方法。对于薄层橡胶制品来说，大部分生产厂家可以根据硫化仪给出的硫化曲线，选取Ｔ∞＋Ｘｍｉｎ的方法来确定其硫化时间。而对于厚层橡胶制品，由于橡胶是热的不良导体，
１．１主要原材料及生产厂家
Ｎ０３
ＲＳＳ（泰国），Ｎ５５０（上海卡博特），芳
烃油（中国太阳石油集团公司），其他原材料为
常见市售商品。１．２实验配方
Ｎ０３
所以，单纯依靠硫化仪测定的‰来确定硫化时
间是非常困难的。在实际生产过程中，大部分生产厂家靠切割不同硫化时间内硫化出来的产品，依据断面的硫化程度来确定正硫化时间。而这样做的弊端是无法确认最靠近加热源或硫化模板的最外层橡胶是否已经过硫。
ＲＳＳ：１００；硬脂酸：２；氧化锌：５；防老
剂：３；加工助剂：２；炭黑Ｎ５５０：５０；石蜡：ｌ；芳烃
油：１５；硫化剂：３．５；总计：１８１．５（质量份）。
１．３主要仪器和设备
ｘ（Ｍ）－３５密炼机（益阳橡胶塑料机械集团有限公司）；Ｘ（Ｓ）Ｋ．１６０开炼机（无锡市第一
万方数据
第３８卷第６期陈国栋，等．厚层橡胶制品正硫化时间的研究
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橡塑机械设备厂）；ＱＬＢ平板硫化机（湖州宏图机械厂）；ＲＴＳＯＫ多功能材料试验机（北京瑞达宇辰仪器有限公司）；ＴＹ－４０２５型橡胶冲片机（江都天源实验机械厂）；ＭＲ—Ｃ３无转子硫化仪（北京瑞达宇辰仪器有限公司）。１．４试样制备１．４．１生胶塑炼条件
（１）用Ｘ（Ｋ）一１６０开炼机对生胶进行塑炼，辊温４０℃一５０℃；
（２）工艺条件
速比：ｌ：ｌ转子转速１６０ｒ／ｍｉｎ，冷却水温度４０
℃。
（３）排胶控制方法：采用时间一功率曲线联合控制法，即分段加料时间控制法，最后排胶采用功率曲线控制法。所谓功率曲线控制法，就是在加油后功率上升到最大值，然后下降并平稳一定时间后进行排胶。
（４）加硫磺压片条件：压片降温（３
（５ｍｍ）。
ｍｍ，３
次）＿÷加硫磺。打三角包（１ｍｍ，５个）＿下片（５）硫化条件：采用ＱＬＢ平板硫化机进行硫化，硫化条件为：１５０℃×１５ＭＰａ（油压），硫
化时间分别为６５化。
ｍｉｎ、７０ｍｉｎ、７５ｍｉｎ、８０ｍｉｎ、
８５ｍｉｎ、９０ｍｉｎ、９５ｍｉｎ、１００
天然橡胶：烘胶（３天）－÷破胶（２ｍｍ，３次）＿薄通（０．２ｍｍ，１７次）一放大辊距（５ｍｍ，
３次）－＋下片
１．４．２混炼工艺条件
（１）加料顺序：生胶及塑解剂＿小料及一半炭黑一另一半炭黑＿促进剂＿清扫＿＋排胶
（２）密炼机上顶栓压力０．５Ｍｐａ，转子转
ｍｉｎ，共进行８组硫
１．４．３试样解剖打磨
厚层橡胶实物解剖示意图如图１所示。
图１厚层橡胶制品剖面图
如图１所示，橡胶制品厚度为４０ｃｍ，中间为金属内芯，即试样第一层紧靠硫化模具，试样中心点位于模具中心，每层试样的厚度为１０ｃｍ左右。在设定的硫化参数下，选择统一的硫化时间进行硫化。硫化完毕后，将工件脱模，至少停放４ｈ后进行实物解剖实验。
又如图１所示，每层的对应部位进行实物取样，在经过解剖、打磨工序后，用哑铃Ｉ型裁刀截取试片（试片厚度在２±０．２ｍｍ，初始标距
为２５．０±０．５ｍｍ）。截取试片后，至少停放４
ｈ
的规定测试，拉伸速率为５００
ｍｍ／ｍｉｎ。
２结果与讨论
２．１天然橡胶的硫化时间与硫化后胶料的拉
伸强度的对应关系
天然橡胶的硫化时间与硫化后胶料的拉伸强度的对应关系如图２所示。
胶料的拉伸强度随交联密度的增大而增加，但是达到最大值后，随交联密度增大而降低。这是由于当交联密度进一步增大时，分子链的定向排列发生困难。通常选择拉伸强度达到最大值或比最大值略低一些的坐标点所对应
后进行拉伸强度实验。
１．５性能测试
硫化胶的拉伸强度按照ＧＢ／Ｔ５２８・１９９８中
万方数据
－３４・
世界橡胶工业
２０１ｌ
硫化时间／ｍｉｎ
图２硫化时间与拉伸强度的关系
的时间为正硫化时间。所以，通过拉伸强度确定的正硫化时间为工艺正硫化时间。
２．２厚层橡胶制品拉伸强度与硫化时间的关
系
通过对厚层橡胶制品的解剖做拉伸试验后，厚层硫化胶各层拉伸强度与硫化时间的关
系如表１和图３所示。
表１各层橡胶拉伸强度与硫化时间的关系
７臆纯获
巯亿时ｆ蟹／ｍｉｎ
√；
ｊ，备层
６５
博
７５
８０８５
她
９５
１００／
拉伸强度／ＭＰａ
第一层２１．３２２．３２３．５２３
２２．８２２．１２１２０．２
第二层２Ｚ＋ｌ２２２２．８２３．６
２２．９２２．Ｉ２１，３
２０．６
第三层２０．８２１．３２１．６２２．２２２．８２２．３２１．９２１第四层２０．５
２１．１
２１。５
２１．８
２２．１
２２．９
２２．１
２１．３
备注：硫化条件为１５０℃×１５ＭＰａ（油压）
备注：硫化条件为：１５０
ｏＣ×１５
ＭＰａ（油压）
图３试样各层拉伸强度与硫化时间的关系
（硫化温度１５０℃Ｊ
从表１和图３可以看出，同一个厚层橡胶制品的各层工艺正硫化时间是随厚度的不同而不同的，这是因为橡胶是热的不良导体，跟热源的距离不同，胶料内部的温度就有很大的差异，靠近加热源越近的橡胶层达到工艺正硫化状态的时间越短。由于天然橡胶以及大部分合成橡胶都存在着返硫现象，即橡胶达到正硫化状态后，随着时间的推移，会趋于一段相对稳定的状
万方数据
态，然后开始出现返硫，即胶料的力学性能下降。在实际生产中，对于薄层橡胶制品来说，一般可参考胶料的硫化仪曲线确定硫化时间。由于胶料都有一定的硫化安全时间，因此，薄层橡胶制品在硫化过程中很少出现过硫现象。而对
于厚层橡胶制品，其靠近加热源的橡胶层与远离加热源的橡胶层在达到正硫化状态方面存在着时间差，因此，这就要求我们对厚层橡胶制品的硫化时间加以严格控制。如图３所示，该厚层橡胶制品表面第一层靠近加热源（即硫化模板），在１５０℃下硫化时达到工艺正硫化状态
的时间大约为７５ｍｉｎ，而最内层即厚制品最中
心的橡胶层达到正硫化状态的时间为９０
ｍｉｎ，
所以，该厚层橡胶制品的工艺正硫化时间至９０ｍｉｎ。为了防止橡胶制品发生硫化返原现象，如果该厚层橡胶制品采用单一配方设计，要确保该配方的硫化安全时间大于９０ｒａｉｎ。在实际生产过程中，如果无法确保外层橡胶是否存在过
硫现象，则需要根据不同的厚度设计分层或多层配方，或者对厚层制品进行两段或多段硫化。
结论
（１）橡胶制品的正硫化时间是通过解剖经
过不同硫化时间硫化的产品，测试硫化胶的拉伸强度来确认的，通常选择拉伸强度达到最大值或比最大值略低一些所对应的时间为正硫化
时间。
（２）胶料的拉伸强度随交联密度的增大而增加，但是达到最大值后，随交联密度增加而降低。这是由于交联密度进一步增加时，分子链的定向排列发生困难。所以，工艺正硫化时间为硫化胶的拉伸强度接近或达到最大值所对应
的时间。
（３）就厚层橡胶制品而言，其工艺正硫化时间是一个范围，而不是一个点，对于单一配方的厚层制品来说，这个范围是要求大于最内层橡胶的正硫化时间而小于胶料的安全时间。而对于大部分厚层橡胶制品，都是对不同的橡胶层采取不同的配方来实现硫化状态的同步的。
［责任编辑：张启跃］
收稿日期：２００９．１ｌ－２３
３
厚层橡胶制品正硫化时间的研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
陈国栋， 满敬国， 董吉飞
陈国栋(哈金森工业橡胶制品(苏州)有限公司,江苏苏州,215122)， 满敬国(江阴市中能轨道器材科技有限公司,江苏江阴,214421)， 董吉飞(海克斯波聚合材料有限公司,山东青岛,266432)世界橡胶工业
World Rubber Industry2011(6)
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