胶辊应用设计教学教材

1、胶辊应用设计P1P1胶辊定义及分类胶辊定义及分类胶辊定义胶辊定义胶辊是以金属或其他材料为芯，外覆橡胶经硫化而制成的辊状制品。胶辊分类胶辊分类依胶辊所使用橡胶之材质分类。 橡胶按材料来源可分为：天然橡胶和合成橡胶； 按性能和用途可分为：通用橡胶 和 特种橡胶。通用橡胶指性能与天然橡胶相同或接近，物理性能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其它一般橡胶制品的橡胶；特种橡胶指具有特殊性能，专供耐热、耐寒、耐化学腐蚀、耐油、耐溶剂、耐辐射等特殊性能橡胶制品使用的橡胶。橡胶分类如下：橡胶分类如下：硅橡胶乙丙橡胶顺丁橡胶聚异戊二烯橡胶丁苯橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶氯醇橡胶丁腈橡胶聚丙烯酸酯橡胶合成橡胶合成橡胶各种氟

2、橡胶天天然然橡橡胶胶天然橡胶天然橡胶通用橡胶通用橡胶特种橡胶特种橡胶聚氨酯橡胶丁基橡胶其中天然橡胶、其中天然橡胶、乙丙橡胶、硅乙丙橡胶、硅橡胶、丁腈橡橡胶、丁腈橡胶、聚氨脂橡胶、聚氨脂橡胶、丁基橡胶胶、丁基橡胶6种橡胶常用种橡胶常用来制作胶辊，来制作胶辊，下文将对它们下文将对它们的特性作详细的特性作详细介绍。介绍。耐老化性耐老化性天然橡胶是不饱和橡胶，化学反应能力较强，氧、臭氧、光、热、辐射、屈挠变形和铜、锰等金属都能促进其老化。物理机械物理机械性能性能常温下具有很好的弹性，伸长率最大可达1000%，在0100范围内，回弹性可达5085%以上。经炭黑补强后，机械强度性能非常好。很好的耐屈挠疲劳

3、性能，纯胶硫化胶屈挠20万次以上才出现裂口。耐磨性、耐寒性较好，具有良好的气密性、防水性、电绝缘性和绝热性。 热性能热性能受热后缓慢软化，130140开始流动，200开始分解，270剧烈分解。在存放过程3增硬，低温存放时容易结晶，在70左右时变成脆性物质。耐介质性耐介质性天然橡胶是非极性橡胶，耐油性和耐溶剂性很差，只能耐一些极性溶剂。易溶于非极性溶剂和非极性油，不耐环己烷、汽油、苯等介质，不溶于极性的丙酮、乙醇等，不溶于水，耐10%的氢氟酸，30%的硫酸，50%的氢氧化钠等。不耐浓强酸和氧化性强的高锰酸钾，重铬酸钾等。电性能电性能较好的绝缘材料，但硫化后，绝缘性下降。加工性能加工性能加工性能好

4、，易于同填料及配合剂混合，而且可与多数合成橡胶并用。用途用途用途十分广泛，如日常生活用暖水袋，医用手套、输血管，交通运输用轮胎，工业用传输带，农业用排灌胶管、氨水袋，天文气象用气象气球等。目前，世界上天然橡胶制品已达10万种以上。从天然产胶植物中采制，是以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5H8）n。其成分中91%94%是聚异戊二烯，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。P2.1P2.1橡胶特性之天然橡胶橡胶特性之天然橡胶物理机械物理机械性能性能以乙烯和丙烯为基础单体合成的共聚物，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出，同时具有接近于天然橡胶的弹性和很好的耐寒性。良好的弹

5、性和抗压缩变形性，低温状态下的弹性保持性好，冷冻到-57才变硬，到-77变脆。耐热性能耐热性能在150下，一般可长期使用，间歇使用可耐200高温。耐介质性耐介质性对各种极性化学药品如醇、酮、乙二醇及磷酸脂类液压油和酸碱（浓强酸除外）的抗耐性好，长时间接触后性能变化不大，但在脂属和芳属溶剂（如汽油）及矿物油中稳定性较差。电性能电性能绝缘性能和耐电晕性能很好，且吸水性小，浸水后的抗电性能也很好。耐老化性耐老化性耐老化性是现有通用型橡胶中是最好的，耐臭氧性能突出，还有优异的耐天候、耐水蒸汽性能，能长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用。加工性能加工性能易容纳补强剂、软化剂，可大量填充油和填充剂而影响

6、特性不大。硫化速度慢，与不饱和橡胶不能并用，自黏和互黏性都很差，给加工工艺带来一定困难。 用途用途主要应用于要求耐老化、耐水、耐腐蚀、电气绝缘几个领域，如电线、电缆包皮及高压、超高压绝缘材料，高温水蒸汽环境之密封，卫浴设备密封件或零件，室外的防护套，制动(刹车)系统中的橡胶零件等。P2.2P2.2橡胶特性之乙丙橡胶橡胶特性之乙丙橡胶耐老化性耐老化性以聚硅氧烷为主链的有机弹性体，而聚硅氧烷则由Si-O（硅-氧）链重复连接构成。优异的耐臭氧老化、耐氧老化、耐光老化和耐天候老化性能，硫化硅橡胶在自由状态下置于室外数年性能无变化特殊的表特殊的表面性能面性能低吸湿性，长期浸于水中吸水率仅1%，物理机械性

7、能不下降，防霉性能好，对各种藻类和霉菌无滋生作用，与许多材料不黏，可起阻隔作用。耐高低温耐高低温硅橡胶的突出性能是使用温度宽广，在各种橡胶中，它具有最宽广的工作温度范围-100350。耐介质性耐介质性对中性溶剂具有良好的抵抗性。不耐油，不建议使用于大部分浓缩的溶剂、油品、浓缩酸及经稀释后的氢氧化纳之中。电绝缘性电绝缘性优异的电绝缘性能，受潮、频率变化或温度升高时的变化较小，燃烧后生成的二氧化硅仍为绝缘体，可使用在高压场合。其他特性其他特性生理惰性：无毒无味，对人体无不良影响。高透气性：透气率较普通橡胶大数十至数百倍，且对不同气体（O2、N2、CO2等）的透气率差别较大。主要缺点主要缺点常温下硫

8、化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性等比天然橡胶和其他合成橡胶低得多，耐酸、碱性差，而且价格较贵。用途用途主要用于航空工业、电气工业、食品工业及医疗工业等方面。P2.3P2.3橡胶特性之硅橡胶橡胶特性之硅橡胶结构特点结构特点由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得，耐油性是其最大的特长。不饱和橡胶，丙烯腈含量由18%50%，丙烯腈含量愈高，极性越强，对石化油品碳氢燃料油之抵抗性愈好，但分子链柔韧性越差，低温性能也变差。物理机械物理机械性能性能因丁腈橡胶的极性，分子间引力增大，使耐磨性提高，比天然橡胶高30%45%。透气率低，仅次于丁基橡胶。硫化胶的弹性、耐寒性、耐屈挠性、抗撕裂性差，变形生热大。耐热性能耐

9、热性能耐热性能优于天然橡胶，较其它橡胶有更宽的使用温度，能在 120 下长期使用，但耐寒性比一般通用橡胶都差，脆性温度-2010。耐介质性耐介质性由于氰基极性较高，丁腈橡胶对非极性和弱极性油类基本不溶胀，耐油性是通用橡胶中最好的，但能溶于苯、甲苯、酯类、氯仿等芳香烃和极性溶剂，对强氧化性酸的抵抗能力较差。加工性能加工性能加工性能差，表现为塑炼效果低，混炼操作较困难，塑混炼加工中生热高，压延、压出的收缩率和膨胀率大，硫化速度慢等。用途用途1、广泛应用于各种耐油制品，如输油胶管、化工容器衬里、垫圈等，是目前用途最广、 成本最低的橡胶密封件；2、由于NBR的极性，属于半导体橡胶，可用于需 要导出静电

10、，避免引起火灾的地方，如纺织皮辊、皮圈、阻燃运输带等；3、与其他橡胶或塑料并用改善各方面的性能，最广泛与PVC并用，以进一步提高它的耐油、耐臭 氧老化性能。P2.4P2.4橡胶特性之丁腈橡胶橡胶特性之丁腈橡胶耐老化性耐老化性耐老化性耐老化性由聚酯（或聚醚）与二异睛酸酯类化合物聚合而成。耐老化性能差。物理机械物理机械性能性能硬度高、弹性好，可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强度，且具有优异的耐磨性和抗震动性。耐热性能耐热性能耐热性能差。耐介质性耐介质性具有优异的耐油、耐溶剂性。用途用途主要用途：耐油、耐磨、密封制品、涂层。由异丁烯和少量异戊二烯共聚制得，最大的特性是透气率低，气密性优异。耐老化性

11、能良好。物理机械物理机械性能性能弹性、强度、粘着性较差。耐热性能耐热性能耐热性能良好。耐介质性耐介质性与乙丙橡胶类似，具有优良的耐极性溶剂性。电性能电性能电绝缘性好，适合做绝缘材料。其他特性其他特性透气率低是丁基橡胶最大的特点，气密性优异。加工性能加工性能加工性差，硫化困难是丁基橡胶的主要缺点，不易与天然橡胶等橡胶混合。用途用途制造各种车辆内胎、电线和电缆包皮、耐热传送带、蒸汽胶管等。P2.5P2.5橡胶特性之聚氨脂橡胶橡胶特性之聚氨脂橡胶& &丁基橡胶丁基橡胶P2.6P2.6胶辊性能总结胶辊性能总结由各类橡胶制成的胶辊，使用性能及价格对比由各类橡胶制成的胶辊，使用性能及价格对比 胶辊名称硬度

12、（邵氏A）使用温度范围（）最佳性能缺点橡胶价格（万元/吨）天然胶辊30100 -55+100弹性好、强度高、抗撕裂、耐疲劳、低温强度高不耐浓硫酸，耐油、耐溶剂性较差，易老化1.92.4丁腈胶辊20100 -20+120耐油、耐热性佳加工性能差，硫化速度慢2.02.3乙丙胶辊4095 -50+150耐老化性能突出，耐各种极性化学药品、极好的电绝缘性硫化速度慢，与不饱和橡胶不能并用，自黏和互黏性都很差，给加工带来困难2.83.3硅胶胶辊1085 -100+350耐热、耐寒拉伸强度、撕裂强度低，耐磨，耐酸碱性差7.08.0聚氨酯胶辊10100 -20+80高强度、高耐磨、高耐油、硬度应用广、高硬度下

13、有高强度耐热、耐老化性差9.011.0丁基胶辊2090 -55+100耐极性溶剂佳，耐热、耐老化性能良好弹性、强度较差；加工性差，硫化困难拉伸强度拉伸强度/ /抗张强度抗张强度表征制品抵抗破坏的极限能力，通过单位面积试样扯断时所受负荷测定。 撕裂强度（撕裂强度（KN/m)KN/m)撕裂强度的真正含义是撕裂能，与材料的应力应变曲线和粘弹行为有关。通过单位厚度试样承受负荷测定，分为起始型撕裂和延续型撕裂。起始型撕裂：指在一定拉伸速度下，试样直角部位被撕裂时的强度。延续型撕裂：预先割好口的试样，被撕裂时的强度。 硬度硬度材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。它是衡量材料软硬程度的一个性能指标，既

14、可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。橡胶工业常用邵氏硬度表示，邵氏硬度是用压针压入试样表面的深度表示硬度。 粘度粘度加工性能的重要指标，过大或过小都不利于加工，可通过生胶品种，塑炼程度，加入软化剂和填料调节。 耐磨性耐磨性包括磨损磨耗，疲劳磨耗和卷曲磨耗，其中磨损磨耗指的是橡胶表面受到摩擦力作用，而使表面发生微观破损脱落的现象，常用阿克隆磨耗来表征（橡胶试样与砂轮摩擦1.61 km时磨损的体积来表示磨耗量）。 弹性弹性是描述橡胶变形时，特别是冲击变形时保持其机

15、械能能力的一个指标，弹性大小是以用摆锤冲击橡胶后弹回功与摆锤下落时所作功的百分比表示。 耐疲劳性耐疲劳性疲劳定义：当橡胶受交变应力（或应变）作用时，材料的结构或性质发生变化的现象。橡胶在疲劳过程中物理性质（拉伸强度、撕裂强度）会发生一系列变化。 老化性能老化性能包括大气老化，臭氧老化，热、光老化和湿热老化等。一般是用老化后前物理机械性能变化的比值来表征。如：扯断强度老化系数是老化后与前的扯断强度之比，扯断伸长率老化系数是老化后与前的扯断伸长率之比。P2.7P2.7橡胶特性名词解释橡胶特性名词解释对比项目对比项目天然橡胶天然橡胶丁氰橡胶丁氰橡胶乙丙橡胶乙丙橡胶硅橡胶硅橡胶丁基橡胶丁基橡胶聚氨酯橡

16、胶聚氨酯橡胶备注备注拉力542125数值越大，性能越好伸长544545弹性544215撕断力542125耐磨554155气密性242154耐氧化224554耐臭氧115544耐候225554耐日光115554耐热125542低溫性424524油与汽油141214动植物油254344酒精443443碱液244151酸液344241脂肪油151114芳香油131111耐水性545452P2.8P2.8橡胶特性表（附）橡胶特性表（附）橡胶配方目的：橡胶配方目的：P3.1P3.1橡胶配方橡胶配方以上介绍了各类橡胶的基本特性，这些橡胶在生产制程中被称为生胶，也叫原胶，没有添加其他成分。而实际使用的橡胶材

17、料是生胶与多种配合剂构成的多相体系，橡胶制品的性能不仅取决于橡胶分子本身，还取决于各种配合剂的性质及它们之间的相互作用关系。若想获得实用的橡胶制品，就必须在生胶中添加各种配合剂，各种原料和配合剂的用量比例即为橡胶配方，是胶料进行加工的主要依据。使橡胶制品具备需要的各种特性使橡胶制品具备需要的各种特性通过添加适当配方，使生产加通过添加适当配方，使生产加工更易进行工更易进行通过添加配方降低成本，即以尽可通过添加配方降低成本，即以尽可能低的成本配料，生产符合客户要能低的成本配料，生产符合客户要求的橡胶制品。求的橡胶制品。换言之，设计橡胶配方时，换言之，设计橡胶配方时，最需要考虑的三要素为配料最需要考

18、虑的三要素为配料之物性、加工性和成本，并之物性、加工性和成本，并使三者获得一个适当的平衡使三者获得一个适当的平衡点，此为配方设计最主要的点，此为配方设计最主要的工作。工作。 P3.2P3.2橡胶配方表示方法橡胶配方表示方法橡胶配方可以下列四种形式表示：橡胶配方可以下列四种形式表示：1）基本配方2）质量分数配方3）体积分数配方4）生产配方某种橡胶制品的四种配方表示形式某种橡胶制品的四种配方表示形式P3.3P3.3橡胶配方体系橡胶配方体系一个完整的配方应包括五大体系，如下图所示：一个完整的配方应包括五大体系，如下图所示：生胶体系：生胶是橡生胶体系：生胶是橡胶配合料中的主成分，胶配合料中的主成分，为

19、主体材料，起着粘为主体材料，起着粘结其他配合剂的作用，结其他配合剂的作用，是决定橡胶的使用性是决定橡胶的使用性能、工艺性能和产品能、工艺性能和产品成本、寿命的主要因成本、寿命的主要因素。素。其他体系材料皆属于其他体系材料皆属于配合剂，后文将对其配合剂，后文将对其进行详细说明。进行详细说明。增塑剂，也叫软化剂，降低橡胶硬度用。分为物理增塑剂和化增塑剂，也叫软化剂，降低橡胶硬度用。分为物理增塑剂和化学增塑剂两类。学增塑剂两类。P3.4P3.4橡胶配方之软化增塑体系橡胶配方之软化增塑体系一般为软化油，通过降低分子间作用力达到软化效果，加入后可以降低材料硬度，改善低温性能等。物理增塑剂物理增塑剂化学增

20、塑剂，加入后可以使橡胶分子发生断裂，从而达到增塑效果。化学增塑剂化学增塑剂石油系增塑剂是石油加工过程中所得的油品 ,如1#油（芳香烃油）、2280和P600（链烷烃油）石油系石油系增塑剂增塑剂包括煤焦油、古马隆树脂和煤沥青等煤焦油系煤焦油系增速剂增速剂包括松香、松焦油、松香油及妥尔油松油系松油系增塑剂增塑剂此类增塑剂包括动植物油制取的脂肪酸、干油、和黑油膏、白油膏等 ，如FACTICE脂肪油系脂肪油系增速剂增速剂按化学结构分为八类：苯二甲酸酯类、脂肪二元酸酯类、脂肪酸酯类、磷酸酯类、聚酯类、环氧类、含氯类。如：B-22、DOP、DOA、RS-107、PN150合成增合成增塑剂塑剂物理增塑剂按其

21、来源不同，又可分为以下五类：物理增塑剂按其来源不同，又可分为以下五类：P3.4P3.4橡胶配方之软化增塑体系橡胶配方之软化增塑体系硫化剂硫化剂提高促进剂活性，减少促进剂用量。如：一般使用ZnO、 ST-ACD ，通过他们生成硬脂酸锌达到活性剂的效果。加快硫化速度，缩短硫化时间，提高交联效率如：TT、TET、TRA、TL、CZ、DM、D、M、DOTG等。延长硫化时间，提高加工安全性，如：PVI。硫化体系硫化体系使配料产生化学反应，在橡胶分子之间产生架桥现象，使橡胶由柔软、带粘性之热可塑体变成强韧之热固物。因硫化剂不同，硫化体系一般有：硫磺硫化体系：S-80GA及载硫剂硫化；过氧化物硫化：F-40

22、、DCP99%、DCP40%；金属氧化物硫化：ZnO-A；双酚硫化体系；皂交联： SK1、SN1；树脂硫化：一般用于丁基橡胶的硫化。活性剂活性剂促进剂促进剂防焦剂防焦剂P3.5P3.5橡胶配方之硫化体系橡胶配方之硫化体系硫化体系包括硫化剂、促经济、活性剂和防焦剂，各自作用如下：硫化体系包括硫化剂、促经济、活性剂和防焦剂，各自作用如下：补强填充体系包括补强剂和填充剂：补强填充体系包括补强剂和填充剂：补强剂：补强剂：能改善橡胶的力学性能，如提高拉伸强度、耐磨性、撕裂强度和定伸应力，从而达到提高使用性能，延长使用寿命的作用。 例如：炭黑、白炭黑。填充剂（增容剂）：填充剂（增容剂）：指加入橡胶后不起补

23、强作用而主要用来降低成本或改善工艺性能的填充剂 。 常使用的有：CLAY、#321、N-85、BaSO4、CaCO3、CC、P4硅藻土、滑石粉等。炭黑：炭黑： 最常用的黑色橡胶补强剂，其橡胶用品级为：N100N900系列，数字越大，其炭黑颗粒越大、补强效果越小、比表面积越小、越容易分散。白炭黑白炭黑: : 主要成分为水合二氧化硅，由于其补强效果好，是非黑色制品中的主要补强剂，因此常称为白炭黑。由于制法不同，又分为沉淀法及气相法。沉淀法：HI-SIL-255、VN3#；气相法：分散差、补强好，常用做硅胶补强剂。P3.6P3.6橡胶配方之补强填充体系橡胶配方之补强填充体系物物 理理 防防 老老 剂

24、剂 橡胶制品在贮存和使用一定时间以后，就会变硬、龟裂的发粘，以至不能使用，这种现象称之为“老化”。导致橡胶老化的主要因素有氧、臭氧、重金属、阳光、各种介质、紫外线以及霉菌等。为了获得经久耐用的橡胶制品，就要在胶料配方中加一些能抑制上述导致橡胶老化的物质，这类物质称之为“防老剂”。防老剂可分为：物理防老剂及化学防老剂。化学防老剂：根据结构不同，其效果也不相同，如：耐热空气老化性好的:RD 耐天候及臭氧老化好的：3C、6C耐屈挠疲劳性好的： AW 耐热油抽出性的：N-445迁移污染性小的：BKF、MB 物理防老剂一般指蜡，他可以析出到橡胶表面形成一层保护膜，但在介质中或动态条件下无作用。P3.7P

25、3.7橡胶配方之稳定防护体系橡胶配方之稳定防护体系化化 学学 防防 老老 剂剂防防 老老 剂剂防老剂的防护效果并不是单一的，并且根据其防老的机理不同，某些防老剂并用可以达到协同效应。 除了以上5大体系外，为了得到某些需要的性能，可特别添加对应的物质，有如下几种添加剂： 着色剂、发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、芳香剂、抗静电剂、光稳定剂、防白蚁剂、防霉剂等。P3.8P3.8橡胶配方之特殊用途添加剂橡胶配方之特殊用途添加剂调查胶料技术要求，作为配方设计依据收集国内外类似产品技术资料，作为配方设计参考制定基本配方和性能试验项目进行小量试验，选出最佳配方复试并扩大进行中量试验确定生产配方，包括：配方组份和用

26、量，胶料性能指标，塑炼、混炼条件，硫化条件等整套资料配方设计定义：配方设计定义：根据产品的性能要求及工艺条件，合理选用原材料，制订各种原材料的用量配比关系的设计方法。配方研究配方研究包括三方面：基础配方性能配方生产配方配方设计程序配方设计程序如右图所示：P3.9P3.9橡胶配方设计橡胶配方设计1 12 23 34 45 56 6胶料制备胶料制备胶料压出胶料压出成型成型硫化硫化通过塑炼、混炼，将各种配合剂与生胶均匀混合成胶料。通过压出工艺，将胶料制成需要的半成品。P4.1P4.1胶辊生产基本制程胶辊生产基本制程表面处理表面处理对胶辊表面进行研磨等处理，以达到胶辊的使用性能。对橡胶进行硫化（交联）

27、处理。通过粘合的方法，将橡胶和金属芯组合成整体。胶辊的基本工艺流程主要包括胶料制备、压出、成型、硫化、表面处理5个工序，如下图所示：胶辊制造过程说明胶辊制造过程说明1.2 1.2 混炼混炼将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的过程称为混炼，是橡胶加工工艺中最基本和最重要的工序之一，混炼胶的质量对半成品的工艺加工性能和橡胶制品的质量具有决定性的作用。混炼设备为开炼机和密炼机。1.1 1.1 塑炼塑炼 塑炼是使生胶由弹性状态转变为可塑性状态的工艺过程。生胶具有很高的弹性，不便于加工成型，经塑炼后，相对分子量降低，粘度下降，可获得适宜的可塑性和流动性，以利后工序正常进行。2 2 胶料压出胶料压出 压出工艺是胶料在压出机机筒和螺杆间的挤压作用下，连续通过一定形状的口型，制成各种复杂断面形状半成品的工艺过程。P4.2P4.2胶辊生产制程详述胶辊生产制程详述4 4 硫化硫化硫化是胶料在一定的压力和温度下，经过一定的时间，橡胶大分子由线型结构变为网状结构