3.3.1 实验目的
（1）掌握橡胶硫化的本质及其影响因素，了解硫化对橡胶性能的影响。
（3）熟悉橡胶的平板硫化过程。
3.3.2 实验原理
橡胶制品种类繁多，其成型方法也有多种，例如压延、模压、压出等。在这些成型工艺中，有的得到的是已硫化定型的制品，有的则是尚未硫化的半成品，而这些半成品要最终成为具有使用性能的成品，必须再经过硫化。所谓橡胶的硫化，是指在一定的温度和压力下橡胶的线型大分子链经过一段时间的交联剂的作用而发生化学交联，最终形成三维网状结构的化学变化过程。橡胶的硫化实质是因为经过塑炼、混炼，橡胶的高分子链已变成较短分子链，再通过硫化，较短分子链可重新变成稳定的长链网状结构。
橡胶分子链在硫化前后的状态如图4所示。
影响橡胶硫化的主要因素包括：
（1）硫化剂用量：硫化剂用量越大，硫化速度越快，橡胶可以达到的硫化程度也越高。硫磺是最常见的硫化剂之一，但硫磺在橡胶中的溶解度是有限的，过量的硫磺会由胶料表面析出，俗称“喷硫”。为了减少喷硫现象，要求在尽可能低的温度下或者至少在硫磺的熔点以下加硫。根据橡胶制品的使用要求，硫磺在软质橡胶中的用量一般不超过3％，在半硬质胶中的用量一般为20％左右，在硬质胶中的用量可高达40％以上。
（2）硫化温度：这是硫化工艺的一个重要指标，一般随着硫化温度的升高，橡胶制品的硫化时间将会缩短。如将温度升高10℃，硫化时间可缩短一半左右。由于橡胶是不良导热体，制品在硫化过程中各部位的温度存在差异，从而使得各部位的硫化进程也会有所差别。为了保证得到比较均匀的硫化程度，厚橡胶制品的硫化一般采用逐步升温、低温长时间硫化的方式进行。
（3）硫化时间：这也是硫化工艺的一个重要指标，若硫化时间过短，容易导致硫化程度不足（亦称欠硫）；但硫化时间过长，则可能导致硫化程度过高（俗称过硫）。欠硫或过硫都会降低橡胶制品的性能。
橡胶一旦经过硫化，其塑形将会下降，伸长率、压缩永久变形降低，而弹性、耐热性等性能将增加，抵抗外力的变形能力将大幅度提高，同时物理机械性能、耐溶剂性能及耐化学腐蚀性能将得到明显改善，从而具有一定的使用价值。硫化是橡胶生产加工过程中的一个非常重要的阶段，也是最后的一道工序。
硫化过程中，橡胶的各种性能随硫化时间的增加有一定规律性的变化。如图5所示，随着硫化时间的增加，硬度、定伸强度和回弹性等逐渐增高，抗撕强度、伸长率和永久变形先增加后逐渐减小，可塑性逐渐下降。抗张强度的变化则随不同胶种和硫化体系而有不同的规律。对于天然胶，其抗张强度随硫化时间增加逐渐下降，而很多合成橡胶（如丁苯橡胶）的抗张强度并无这种下降的现象。这些规律都是由于在硫化过程中橡胶分子链产生交联及交联度不同所致。
图5 硫化时间对橡胶性能的影响
硫化的方法很多，如果根据硫化设备分类，可分为平板机硫化法、硫化罐硫化法、个体硫化机硫化法、沸腾床硫化法、共熔盐硫化法、注压硫化法、微波硫化法、高能辐射硫化法等；如果根据硫化温度分类，可分为冷硫化法、室温硫化法及热硫化法三种，其中，热硫化法是目前大多数橡胶制品普遍采用的方法；如果按照硫化介质分类，可分为热水法、热空气法、热水与热空气的混合气体法及固体介质法等；如果根据生产的连续性进行分类，可分为间歇硫化法和连续硫化法二种。本实验采用平板硫化法。
平板硫化所用的设备叫平板硫化机，在工业生产中主要用于硫化平型胶带，如输送带、传动带等，它具有热板单位面积压力大、设备操作可靠、维修量少等优点，按工作层数有单层和多层之分。
橡胶的硫化操作是橡胶加工中最重要的工艺流程之一，硫化的好坏对硫化胶的性能影响很大。不同的硫化条件也会对橡胶制品的性能产生很大影响，因此，必须根据不同的橡胶配方、不同制品尺寸严格控制硫化条件：①在原料方面，需合理选择硫化剂的种类和用量；②在工艺方面，应严格控制硫化温度、硫化压力及硫化时间；③在设备方面，平板硫化机的热板应采用蒸汽加热或电加热（本实验所用硫化机平板为电加热），两块热板加热面应相互平行，模具型腔表面上的压强不低于3.5MPa，模具表面的温度应分布均匀，同一热度内各点间、相邻热板对应位置点间的温差均不能超过1℃，热板中心处的最大温差要控制在±0.5℃以内。
3.3.3 仪器与原料
（1）仪器
本实验主要仪器为QLB-400×400×2平板硫化机（其结构与主要技术参数可查阅第2.5节）以及金属模具（阴、阳模）一副。
（2）原料
本实验所用原料为混炼好的胶料。
3.3.4 实验步骤
（1）检查油箱内部的液压油位是否合适；检查各连接部位，特别是支柱上下螺母有无松动、油管接头处是否连接牢固；检查电器元件的连接是否正确，接头处是否夹紧，电气箱的接地是否可靠；启动电动机，检查回转方向是否与油泵相符合；熟悉紧急刹车按钮位置，了解该按钮的使用方法。
（2）将混炼得到的厚胶片裁剪成块状，其面积略小于模具型腔的面积，但块状胶片的体积应略大于模具型腔的体积。
（3）根据设计好的制品硫化工艺条件调节平板硫化机液压系统的工作压力和加热模板的温度。
（4）将模具清理干净后，在阴模的型腔壁及阳模凸台处涂上脱模剂并晾干。(www.xing528.com)
（5）将模具移至平板硫化机的上、下模板之间，并将上、下模板温度设置为150。℃（硫化温度），然后打开加热电源，将温度升至设定的150℃并在此温度下预热20～30min。在模板升温过程中，模具温度随之升高。
（6）从加热板（动模板）上取出模具，打开上模，将已裁剪好的胶块装入模具的型腔中，然后立即盖上上模，再将装有胶块的模具重新放回到平板硫化机的加热板（动模板）上，并确保放置在加热板中央位置处。
（7）启动油泵电机，升起下热板（动模板）合模加压。当压力达到设定的硫化压力（1.5～2.0MPa）时将模具卸压放气3次，然后保压，并开始记录硫化时间。
（8）本实验设定硫化时间为15min，在到达设定的硫化时间后除去压力，降下加热板（动模板），取出模具，开模后趁热取出橡胶试件。
（9）实验结束，关闭温度开关及设备电源等，并对模具及时清理后将模具放回指定的存放位置。
3.3.5 实验数据记录与处理
（1）硫化工艺条件（见表3）
表3 硫化工艺条件
（2）硫化质量（见表4）
表4 硫化质量
3.3.6 注意事项
（1）操作平板硫化机时必须有2人以上在场。
（2）由于平板硫化机的模板及模具温度较高，操作时必须戴上手套，以防被烫伤，同时还要防止被模具砸伤。
（3）实验过程中要注意安全，防止触电，且在加热板模上升过程中严禁将头、手等部位伸至加热板之间。
（4）将模具放入加热板（动模板）中时，应将其放在加热板的中间位置，防止出现偏载的情况。
（5）实验过程中应保证通风良好，工作环境应保持清洁，要防止脏物和水分进入油箱和电气箱。
（6）实验结束后应清洁设备的外表面，必要时给各相对运动的部件（如导架与支柱、平台与支柱）间加油以保持良好的润滑。
（7）硫化时，温度和压力必须严格控制，阴、阳模的温度尽可能保持一致。
3.3.7 思考题
（1）为什么要对混炼好的橡胶进行硫化？硫化的机理是什么？
（2）简述橡胶平板硫化的主要工艺过程。
（3）胶料的硫化工艺条件与硫化制品的性能有何关系？
（4）为什么要将模具预热？硫化前为何要进行卸压放气？
3.3.8 预习要求
（1）了解平板硫化机的基本结构及操作步骤。
（2）了解橡胶硫化原理及方法。
（3）了解平板硫化实验过程中的注意事项。
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