硫化工藝簡介

簡介

硫化是橡膠加工的主要工藝之一。硫化過程就是橡膠分子互相交聯(lián)成為網狀結構的過程。通過硫化加入輔助料，使橡膠發(fā)生化學、物理變化，提高性能，使其具備橡膠的使用價值。橡膠硫化是在一定的壓力和溫度及時間條件下進行的。要根據(jù)橡膠制品不同的性能要求，嚴格控制這三個條件，使其達到預期的效果。

橡膠的硫化是利用硫化劑使橡膠的大分子進行交聯(lián)。硫化劑則是開發(fā)最早且工業(yè)化最早的交聯(lián)劑品種，在橡膠工業(yè)中占有極其重要的地位。在進行硫化時，特別是用硫磺進行硫化時，除硫化劑外，一般還要加入硫化促進劑和活性劑，才能很好地完成硫化。有時為了避免早期硫化，即焦燒，還要加入防焦劑。

硫化促進劑，可簡稱促進劑，在橡膠硫化時用以加快硫化速率，縮短硫化時間，降低硫化溫度，減少硫化劑用量，同時還可以改善硫化膠的物理力學性能。活性劑則具有充分發(fā)揮促進劑的效力，從而對硫化反應起活化作用；同時可以提高硫化膠的交聯(lián)度和耐熱性。

橡膠的硫化

橡膠最初為人們所利用的時候，橡膠制品雖然有著不少寶貴的性能，但也存在著很多的缺點，如強度低、彈性小、冷則發(fā)黏、容易老化等。為了消除這些缺點人們進行了大量的努力。1839年和1843年，固特異和漢考克先后發(fā)現(xiàn)，將天然橡膠與硫磺共熱后，就會變成堅實有彈性的物質，不會再變黏，而且對熱穩(wěn)定。當時，將這一過程稱為硫化，硫磺即硫化劑。硫化方法的發(fā)現(xiàn)極大地改進了生膠的性能，擴大了橡膠的應用范圍，為橡膠的大規(guī)模生產打下了基礎。直至現(xiàn)在，絕大多數(shù)橡膠還是采用硫磺硫化的工藝。

后來的研究證實，硫磺并非是唯一可用的硫化劑。1846年，帕克斯發(fā)現(xiàn)一氯化硫溶液或其蒸氣可在室溫下硫化橡膠。這就是所謂的“冷硫化法”，這一方法曾被廣泛地用于薄型橡膠制品的硫化。1915年，奧斯特洛梅斯連斯基發(fā)現(xiàn)有機過氧化物和芳香族硝基化合物具有硫化效果。1939年，列瓦伊研究了用重氮化合物使橡膠硫化的方法。隨著合成橡膠品種的增加及其制品的發(fā)展，硫化方法和硫化劑的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)了許多化合物具有硫化效果。因此，現(xiàn)在所稱的硫化只是一個具有象征意義的工業(yè)術語，其實質就是使線型的橡膠分子交聯(lián)形成立體網狀結構，而一切具有這種作用的物質均可稱為硫化劑。

硫化劑

目前，作為商品生產的硫化劑約有70余種，從化學結構上可分為以下8類：①硫、硒、碲等元素；②含硫化合物（或稱硫磺給予體）；③有機過氧化物；④醌類化合物；⑤金屬氧化物；⑥胺類化合物；⑦樹脂類；⑧其他特殊的硫化劑。

按所使用的硫化劑來分，橡膠的硫化大體分為含硫硫化和無硫硫化兩大類。硫化機理目前說法不一，原因是硫化為一個很復雜的過程，有些問題至今還未弄清。另外，隨著生膠品種和硫化劑種類不同，硫化過程中的反應亦各異，不能一概而論。

硫化過程的特性變化

硫化工藝的基本目的在于通過橡膠分子的交聯(lián)提高橡膠的物理力學性能。

硫化過程中各種性能變化的一個重要特點是都按照出現(xiàn)最高值或最低值的動力學曲線而變化。某一性能達到最高值時的硫化稱為該性能的正硫化（或最宜硫化點）。確定正硫化條件在橡膠制品的制造過程中有著非常重要的意義。硫化膠達到正硫化所需要的時間，主要取決于生膠的性質、硫化條件、配合劑尤其是硫化體系的性質一及其用量。

硫化過程中各項性能的變化速度是不同的，在同一硫化條件下不可能所有的性能都在同一時刻達到最佳值。以往橡膠工業(yè)中多將拉伸強度達到最大值的點 作為正硫化點，這是很不全面的。特別是在多種合成橡膠出現(xiàn)的今天，有些合成橡膠的拉伸強度在正硫化過程中并不顯示最高值，而且有些膠種過硫化后對其老化性能并無太大的影響。因此，正硫化點的確定是一個很復雜的問題，沒有一個統(tǒng)一的標準，在實際生產中應根據(jù)橡膠的特點、制品的種類及其應用目的加以確定。

硫化過程的階段

研究硫化的過程對于研究硫化配合劑和正確掌握配合技術極有裨益。說明硫化過程最簡便的方法一般是利用各種硫化儀作出硫化曲線。

硫化曲線可將硫化反應過程分為誘導期（或稱焦燒時間）、硫化反應期和過硫化期三個階段。

誘導期

誘導期是指正式硫化開始前的時間。即膠料放入模腔內隨著溫度的上升開始變軟，黏度下降，而后達到一個最低值。由于繼續(xù)受熱，膠料將開始硫化。從膠料放入模腔內至出現(xiàn)輕度硫化整個過程所需要的時間稱為誘導期，通常稱為焦燒時間。這段時間的長短是衡量膠料在硫化前的各加工過程，如混煉、壓延、壓出或注射等過程中，受熱的作用發(fā)生早期硫化（即焦燒）難易的尺度，該時間越長，越不容易發(fā)生焦燒，膠料的操作安全性越好。

硫化反應期

硫化反應期是指正式硫化進行的過程，在此階段特性隨硫化時間而上升，以致達到正硫化。這段時間的長短是衡量硫化速率快慢的尺度，從理論上說該時間越短越好。

過硫化期

過硫化期是指達到正硫化后，如果繼續(xù)硫化，硫化膠物性反而下降的過程。過硫化時，有的硫化膠變硬，有的則變軟，后者通常稱為硫化還原。從達到硫化到出現(xiàn)過硫化所經過的時間稱為平坦硫化時間，在這段時間里硫化膠仍然保持良好的物性。平坦硫化時間越長，過硫化的危險性愈小，即硫化操作愈安全。

誘導期或焦燒時間較長，硫化速率快，平坦硫化時間較長。要實現(xiàn)理想的硫化過程，除選擇最佳的硫化條件外，硫化配合劑的選擇，特別是促進劑的選擇具有決定性的意義。