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1、实用橡胶基础理论和务实 CQCC151制作2012/12/18于重庆渝北,Welcome,目录,绪论 第一节 生胶体系 1. 天然橡胶 2. 合成橡胶的分类及性能 2.1 丁苯胶 2.2 顺丁胶 2.3 丁腈胶 2.4 氯丁胶 2.5 乙丙胶 2.6 丁基胶 3 特种合成橡胶 3.1 硅橡胶 3.2 氟橡胶 3.3 聚氨酯 第二节配合体系 第三节橡胶制品加工工艺 1.1 塑炼 1.2 混炼 1.3 硫化工艺 2 成型中常见问题,绪 论,橡胶制品的主要原料是生胶、各种配合剂、以及作为骨架材料的纤维和金属材料，橡胶制品的基本生产工艺过程包括塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化6个基本工序。 橡胶的加

2、工工艺过程主要是解决塑性和弹性矛盾的过程，通过各种加工手段，使得弹性的橡胶变成具有塑性的塑炼胶，再加入各种配合剂制成半成品，然后通过硫化使具有塑性的半成品又变成弹性高、物理机械性能好的橡胶制品。,定义：橡胶是一种具有高弹性的高分子（分子量一般在10万以上）材料。 橡胶高弹性体现在：在一定的条件下受到外力作用，会产生较大的变形，最多可以达到十倍以上，但除去外力后又能迅速恢复原来的形状。,橡 胶 毒 性 科学证明： 大部分橡胶原料是低毒或无毒的.其毒性比食盐还小.只要做好防护措施,对身体是不会造成多少危害的.,橡胶特性： 优异的独特的高弹性 适当的机械强度（纤维塑料橡胶） 较好的电绝缘性 较好的气

3、密性 较好的化学稳定性（酸、碱） 缺点： 耐油性较差 易燃性,应 用 领 域 交 通 工 业 农 业 国 防 医 疗 日 用 战略物资 军 事,应 用 作为材料种类： 减震缓冲材料 密封材料 绝缘材料 防腐材料 制作制品：轮胎 胶管 胶带 胶鞋 工业制品 胶黏剂 乳胶制品 其他类制品,第一节 橡胶分类,天然橡胶 与 合成橡胶 一 :天然橡胶 顾名思义,是由天然或人工种植的橡胶树经过割胶,过滤清洗.干燥等工序加工而成. 二：合成橡胶 将石油进行高温分解,再化学合成,合成橡胶分为通用类和特种合成类包括： 氟橡胶 硅橡胶 聚氨酯橡胶 丙烯酸酯橡胶 氯醚橡胶 聚硫橡胶 氯磺化聚乙烯 氯化聚乙稀 聚乙烯

4、醇橡胶 丁吡橡胶 乙烯丙烯酸酯橡胶,第二节 生胶体系,1、 天然橡胶（NR) 天然橡胶是由异戊二烯组成的线性高分子化合物。,天然橡胶主要分为烟片胶和绉片胶,1.1 烟片胶是天然胶中最有代表性的品种，产品多、耗量大，它是以新鲜胶乳为原料，经过凝固 压片 熏烟等一系列加工制成表面带有菱形花纹的棕黄色胶片。 1.2 绉片胶（白绉片胶、褐绉片胶）制造方法和烟片胶相似，只是干燥时不熏烟直接用热空气干燥而成。在白绉片胶制造中乳胶凝固前必须经过漂白，除去其中色素。 白绉片的质量与烟片胶相差不多，但颜色洁白，适于制造浅色透明制品。,性能： 在常温下有较好的弹性，综合性能最好，加 工工艺良好。 机械强度比较高。

5、 具有良好的耐屈挠性，多次形变生热小。 良好的耐寒性，气密性，防水性，电绝缘性 缺点： 耐油性，耐臭氧老化性能差。 应用：天然橡胶多用于轮胎，雨衣、鞋及医药制品 中。,2、合成橡胶的分类及性能,合成橡胶的种类很多。按其性能和用途可分为通用合成橡胶和特种合成两大类。 凡是性能与天然橡胶相同或相近，物理机械性能和工艺加工性能较好的，能广泛用于轮胎和其它橡胶制品的的橡胶称为通用合成橡胶。凡是具有特殊性能，如耐热、耐寒、耐化学腐蚀、耐溶剂、耐辐射等特殊橡胶制品使用的称为特殊合成橡胶，性能介于二者之间的还有几种合成胶（氯丁胶、乙丙橡胶、丁基橡胶）以下是几种常用合成橡胶的介绍：,2.1 丁苯橡胶(SBR)

6、,丁苯胶结构：由丁二烯与苯乙烯在乳聚中聚合而成的共聚物，为浅黄褐色弹性体。 分子结构为：,性能： （1）与天然橡胶相比，丁苯胶具有耐热、耐老化性能，在一定条件下具有较高的耐磨耗性能 （2）弹性、耐寒性、耐屈挠性能不如天然橡胶。 （3）硫化反应进度稍慢，促进剂用量大些，硫化过程中操作比较安全，表现为不易焦烧、不易过硫、硫化平坦性好。 （4） 苯乙烯含量越高，丁苯橡胶的耐热、耐老化及耐磨耗性能越好，而弹性、耐寒性、粘着性和工艺加工性能越差。 应用： 可用于制造各种轮胎和其它橡胶工业制品。（如胶管、胶带、电缆等）,2.2 顺丁橡胶(BR),顺丁橡胶是丁二烯单体在催化剂的作用下按照一定的聚合方法制得的

7、聚合物，其分子结构主要是顺丁1，4结构方式： 性能： （1）由于顺丁橡胶分子排列规整，所以它具有很高的弹性是所有橡胶中弹性最好的。 （2） 具有很好的耐磨性能。 缺点： （1） 拉伸强度和撕裂强度比天然橡胶差。 应用：顺丁胶可以与其它胶并用或调整配方、工艺来改善，顺丁胶多用于轮胎工业，也可以制造胶鞋、胶带、胶管、胶辊以及各种耐寒性能要求较高的制品。,2.3 丁腈橡胶(NBR),丁腈胶是由丁二烯和丙烯腈两种单体经乳液或溶液聚合而得，为浅黄至宗褐色、略带腋臭味的弹性体。分子式为： 根据聚合方法不同可分为（1）高温丁腈胶（25-50） （2）低温丁腈胶（5-10） 依据丙烯腈含量可分为以下五种类型：

8、,（1）极高丙烯腈丁腈胶，丙烯腈含量43以上； （2）高丙烯腈丁腈胶，丙烯腈含量3642； （3）中高丙烯腈丁腈胶，丙烯腈含量3135； （4）中丙烯腈丁腈胶，丙烯腈含量2530； （5）低丙烯腈丁腈胶，丙烯腈含量24以下。 国产丁腈胶的丙烯腈含量大致有三个等级，即相当于上述的高、中、低丙烯腈含量等级。 性能： （1）由于丁腈胶极性很强，所以它具有良好的耐油和耐非极性溶剂性能。其耐油性仅次于聚硫橡胶、氟橡胶和丙烯酸酯橡胶。随着丙烯腈含量的增加，丁腈胶的耐油性也提高。,（2）丁腈胶的耐热性能比天然胶、丁苯胶好，适当配合的丁腈胶制品可在120条件下连续使用。 （3）具有良好的耐磨性、耐老化性能和气

9、密性。 缺点： （1）丁腈胶耐臭氧性能、电绝缘性和耐寒性都比较差，所以导电性比较好。 应用：丁腈胶广泛用于各种耐油橡胶制品，如油封、耐油管、密封圈等。,2.4 氯丁橡胶(CR),氯丁胶是氯丁二烯经过乳液聚合而得，为浅黄色乃至褐色的弹性体，分子式为： 根据其聚合时所用的调节剂的不同可分为以下三种类型： （1）硫磺调节剂（G型）这种氯丁橡胶在聚合时采用硫磺和含硫有机化和物（秋兰姆）作调节剂。 （2）非硫磺调节型（W型）聚合时用硫醇化和物作调节剂，故而不含硫黄。 （3）其他类型这类氯丁橡胶是为了具有特殊性能和用途而产生的。如：粘结型氯丁橡胶、氯丙橡胶、氯苯橡胶等。,性能： （1）氯丁胶物力机械性能和

10、天然胶相似。 （2）生胶深长时结晶，故其纯胶拉伸强度，伸长率也比较高，炭黑补强硫化胶拉伸强度和伸长率与天然胶接近。 （3）耐老化、耐天候老化和臭氧老化性能仅次于乙丙橡胶。 （4）耐热性能与丁腈胶相当，能在150情况下短期使用，在90-110下能使用四个多月。 （5）耐燃性能好，耐油性仅次于丁腈胶。 （6）对无机酸和碱的抗腐蚀性能较好。 缺点：,（1）贮存稳定性差 （2）电绝缘性能差 （3）耐寒性能不好 应用：氯丁胶多用在耐热、耐老化、耐腐蚀、耐油制品中，还可以做胶粘剂。可制作轮胎胎侧、耐热运输带、耐油及耐化学腐蚀的胶管、容器衬里、垫圈、胶辊、胶板，汽车和拖拉机配件，电线包皮胶门窗密封胶条，橡胶

11、水坝等。,2.5 乙丙橡胶(EPDM),乙丙橡胶是以乙烯 和丙烯 定向共聚而成的共聚物为白-浅黄色半透明弹性体，可以分为二元乙丙（EPM）和三元乙丙（EPDM） 乙丙橡胶属饱和橡胶，所以其有较好的性能： （1）耐老化性能优异，在现有通用胶中是最好的。抗臭氧性能特别好，在臭氧浓度为100106 时，乙丙橡胶2430h仍不龟裂，丁基胶534h、氯丁胶46h即产生大裂口。耐热性能优异，在150下，一般可长期使用，间歇使用可耐200 高温。,（2）绝缘性能和耐电晕性能超过丁基橡胶。又因吸水性小，所以浸水后的抗电性能也很好。 （3）抗化学药品和酸碱性好，长时间接触后性能变化不大。 （4）具有良好的弹性和

12、抗压缩变形，低温状态下的弹性保持性好，冷冻到-57才变硬，到-77变脆。 (5) 易容纳补强剂、软化剂，可进行高填充配合，并且由于密度小，可降低制品成本。,（6）纯胶强力低，必须通过补强才有使用价值。 （7）不耐油 (8) 硫化速度慢，比一般合成橡胶约慢34倍。与不饱和橡胶不能并用，共硫化性能差。 （9）自黏和互黏性都很差，给加工工艺带来困难。,应用： 根据以上乙丙橡胶性能特点，确定其主要应用于要求耐老化、耐水、耐腐蚀、电气绝缘几个领域，如用于耐热运输带、电缆、电线、防腐衬里、密封垫圈、门窗密封条、家用电气配件、塑料改性等。还可以制造各种汽车零件，如垫片、玻璃密封、散热器胶管等。,2.6 丁基

13、橡胶(IIR),丁基橡胶是由异丁烯单体与少量异戊二烯共聚合而成。 性能： （1）气密性好 （2）耐臭氧、耐老化性好 （3）耐热性较高，长期工作温度可在150以下 （4）能耐无机强酸（如硫酸、硝酸等）和一般有机溶剂 (5)吸振和阻尼性良好，电绝缘性能也非常好,缺点： （1）弹性差 （2）加工性能差，硫化速度慢 （3）粘着性和耐油性差 应用：使用温度范围约-40+130，主要用作内胎、水胎、气球、电线电缆绝缘层、化工设备衬里及仿真制品、耐热运输带、耐热老化的胶布制品。,3 特种合成胶,3.1 硅橡胶(MVQ） 硅橡胶是由各种二氯硅烷经过水解、聚合而得到的一种元素有机弹性体。 分类：一般可按硫化方式

14、和化学结构来分，通常按硫化温度和使用特征分为高温硫化或热硫化和室温硫化两大类。 高温硫化：针对高相对分子质量的固体胶，成型硫化的加工工艺和普通橡胶相似。,室温硫化：针对相对分子质量较低的有活性端基或侧基的液体胶，在常温下即可硫化成型。 按化学结构分类是根据聚硅氧烷橡胶引入有机侧基的不同划分的。,引入侧基可显著的改进其物理力学性能、耐温性能和加工性能。主要有二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶等。 性能： （1）卓越的耐高、低温性能，工作温度范围-100350 （2）优异的耐臭氧老化、耐光老化和耐天候老化性能 （3）优良的电绝缘性能，硫化胶的电绝缘性在受

15、潮、频率变化升高时的变化小。 （4）特殊的表面性能和生理惰性。,（5）高透气性（室温下对氮气、氧气和空气的透过量比天然胶高3040倍，它还具有对气体渗透的选择性能） 应用：硅橡胶具有独特的综合性能，使它成功的用于其它橡胶用之无效的场合，解决了技术问题，满足现代工业和日常生活的各种需要。硅橡胶可以应用于汽车配件、电子配件、宇航密封制品、建筑工业的粘结缝、家用电器密封圈、医用人造器官、导尿管等。,3.2 氟橡胶（FPM）,氟橡胶是由含氟单体共聚而成的有机弹性体。 性能： （1）耐高温可达300 （2）耐酸碱、耐油性是耐油橡胶中最好的 （3）抗辐射、耐高真空性能好 （4）电绝缘性、机械性能、耐化学腐

16、蚀性、耐臭氧、耐大气老化性均优良 缺点： （1）加工性差 （2）价格昂贵耐寒性差，弹性透气性较低,使用温度范围：-20+200，主要用于国防工业制造飞机、火箭上的耐真空、耐高温、耐化学腐蚀的密封材料、胶管或其它零件及汽车工业。,3.3 聚氨酯（PU）,聚氨酯橡胶是聚合物主链上含有较多的氨基甲酸酯基团的系列弹性体。 分类：聚氨酯可以制成橡胶、塑料、纤维及涂料等，它们的差别主要取决于链的刚性、结晶度、交联度及支化度等。 性能： （1）具有很高的拉伸强度（一般为2842MP，甚至可高达70MP以上）和撕裂强度 （2）弹性好，即使硬度高时，也富有较高的弹性 （3）扯断伸长率大，一般可达400600，最

17、大可达1000,（4）硬度范围宽最低为10（邵尔A），大多数制品具有4595（邵尔A） （5）耐油性良好，常温下对多数油和溶剂的抗耐性优于丁腈胶 （6)耐磨性极好，其耐磨性比天然胶高9倍，比丁苯胶高3倍 （7）气密性好，当硬度高时，气密性可接近于丁基胶 （8）耐氧、臭氧及紫外线辐射作用性能佳 （9）耐寒性能较好 缺点： (1) 其拉伸强度、撕裂强度、耐油性等都随温度的升高而明显下降,应用：与其它橡胶相比，聚氨酯橡胶的物理力学性能是很优越的，所以一般都用于一些性能需求高的制品，如耐磨制品，高强度耐油制品和高硬度制品等，像实心轮胎、胶辊、胶带、各种模制品、鞋底、后跟、耐油及缓冲作用密封垫圈、联轴节

18、等。,第二节 配合体系,橡胶加入了配合剂，可以改善其性能、加工性、降低成本等，制造出符合各种要求的产品。 根据配合剂的功能不同,配合剂可分为以下八类： （1）硫化剂 在一定的条件下，能使橡胶发生交联的物质，常用的有 S （2）促进剂 凡是能加快硫化速度，缩短硫化时间，减少硫化剂用量的配合剂，常用的有CZ TT DM NOBS （3）活性剂 它是一种助促进剂，几乎所有的硫化促进剂都必须在活性剂存在的条件下，才能充分发挥其促进效能，常用的有ZnO SA,（4）防焦剂 也叫硫化迟缓剂，作用是使胶料在加工过程中不发生早期硫化现象，但又不妨碍在硫化温度下充分发挥促进剂的作用，从而提高了胶料加工过程中的安

19、全性。 （5）防老剂 延长橡胶及其制品贮存和使用寿命的物质 我司常用的有4010 4010NA H （6）软化剂 增加胶料的塑性有利于配合剂在胶料中的分散便于加工并能改善橡胶制品的耐寒性能 我司常用的有古马隆、机油、石蜡、石蜡油等 （7）补强填充剂 在胶料中起补强、增容作用的物质，常用的有炭黑、轻钙、重钙、陶土等,（8）其他配合剂 指着色剂、溶剂、隔离剂、脱模剂、发泡剂、粘结剂、速解剂等,第三节 橡胶制品加工工艺,1.1 塑 炼 橡胶宝贵的特性就是其弹性，而这一弹性却给制 品生产带来了很大的困难，例如：混炼过程中一般要求胶料的门尼粘度在40左右，否则无法进行操作，有的生胶很硬，粘度也很高，缺乏

20、良好的可塑性，为了满足各种加工工艺过程，对胶料的可塑度就会有一定的要求，所以橡胶制品加工的第一道工艺就是塑炼。,塑炼 生胶塑炼是通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方法，使生胶由强韧的弹性状态转变为柔软、便于加工的塑性状态的过程。 塑炼目的：降低生胶的弹性、增加其可塑性，并且获得适当的流动性，以满足混炼、压延、挤出、成型、硫化以及胶浆制造、海棉胶制造等各种加工工艺过程的要求。,当然，可塑性也不是越小越好，可塑性越大硫化胶的机械强度越低，永久变形增大，耐磨耗性能降低，耐老化性能下降。因此，塑炼胶的可塑度一定要适当。适当的可塑度，对橡胶制品的加工和成品质量是至关重要的，有些生胶是不需要塑炼而直

21、接进行混炼。,塑炼方法：在橡胶工业中，最常用的塑炼方法有机械塑炼法和化学塑炼法。机械塑炼法所用的主要设备是开放式炼胶机、密闭式炼胶机和螺杆塑炼机；化学塑炼方是在机械塑炼过程中加入化学药品来提高塑炼效果的方法。 开炼机塑炼时温度一般在80以下，属于低温机械混炼方法。密炼机和螺杆混炼机的排胶温度在120以上，甚至高达160180，属于高温机械混炼方法。,几种胶的塑炼特性,天然胶用开炼机塑炼时，辊筒温度为3040，时间约为1520min ，密炼机塑炼温度在120以上，时间约为35min。 丁苯胶的门尼粘度多在3560之间，因此其也可不用塑炼，经过塑炼以后可以提高配合剂的分散性 顺丁胶具有冷流性，缺乏

22、塑炼效果，其门尼粘度较低，可不用塑炼。 氯丁胶的塑性大，塑炼前可薄通3-5次，薄通温度在30-40,乙丙橡胶的分子主链是饱和结构，塑炼难以引起分子的裂解，因此要选择门尼粘度低的品种而不用塑炼。 丁腈橡胶可塑度小，韧性大，塑炼时生热大，开炼时采用低温40以下、小辊距、低容量以及分段塑炼。,1.2 混炼,混炼是将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的过程。 混炼加工过程中采用的混炼方法有间歇式和连续式两种，用开炼机和密炼机混炼都属于间歇式混炼。 开炼机和密炼机混炼个有其优势，开炼机混炼对胶的物理机械性能破坏小，密炼机混炼产量大，污染小。 开炼机混炼影响因素有辊距、辊温、辊速、混炼时间、装胶量等

23、,影响密炼机混炼的因素：转速、温度、时间、装胶量等 不管是哪种机器混炼都应掌握混炼技巧，既保证胶料混炼均匀又不能使胶料过炼。 过炼是指由于炼胶时间太长，引起胶料性能下降现象。 混炼加料顺序 塑炼胶或母炼胶-固体软化剂-小料(促进剂 活性剂 防老剂）-大料（补强剂 填充剂）-液体软化剂硫磺超促进剂,混炼胶的冷却、停放和过滤： 混炼胶在下片时要过隔离剂水后上架风吹冷却，以免胶料产生焦烧和喷霜想象，经过冷却后的胶片要停放8小时以上才能进一步使用。,停放的目的： （1）使胶料进行应力松弛，减少内应力的作用和胶料的收缩率 （2）有利于配合剂继续扩散、提高分散的均匀度 （3）使橡胶与炭黑之间进一步作用生成

24、更多的结合橡胶提高炭黑的补强效果 混炼胶快速检验的项目有：可塑度、硬度、比重、硫化曲线,1.3 硫化工艺,硫化定义：硫化是指橡胶的线形大分子链通过化学交联而构成三维网状结构的化学变化过程。 橡胶硫化是橡胶制品制造工艺的最后一个流程，也是橡胶制品加工中最主要的物理化学过程。这一过程使未硫化胶转变为硫化胶，从而赋予橡胶各种宝贵的物理性能，使橡胶成为广泛应用的工程材料。 硫化方法有冷硫化、室温硫化和热硫化三种。大多数橡胶制品采用热硫化，热硫化的设备有硫化罐、平板硫化机等。,硫化的目的在于改善胶料的物理机械性能及其它性能，使制品更好地适用和满足使用的要求。 胶料性能改善： （1）弹性增加 （2）强度增

25、加 （3）致密性增加 （4）耐腐蚀性提高 （5）耐油溶剂性增加 （6）耐磨性提高 （7）耐老化性提高,硫化三要素： 时间 温度 压力,硫化三要素在硫化中起着至关重要的作用，不可忽视，每一项都应该严格执行。 硫化温度的选择 A 制品种类:厚制品可采用低温硫化 薄制品可采用较高的温度 含有纤维及胶布制品采用低温 B生胶种类:NR最好在143 以下,不超过160 BR IR CR最好在151 以下,不 超过170 ,SBR NBR采用150 以上,不超190 IIR EPDM采用160-180 ,最高不超过200 MVQ FKM采用200-220 高温长时间二次硫化 硫化体系 :普通硫化体系 :13

26、0-158 有效.半有效硫化体系: 160-165 过氧化物及树脂:170-180 ,硫化压力 硫化压力的作用 防止制品在硫化过程中产生气泡,提高胶料的致密性. 使胶料易于流动和充满模腔. 提高胶与布层的密着力. 有助于硫化胶物理机械性能的提高. 硫化压力的选择原则 可塑度大,压力易低;产品厚,层数多,结构复杂,压力高;薄制品采用低压.,硫化时间 硫化时间的确定 A 用硫化仪确定正硫化时间. B 若制品厚度在6mm或以下,硫化时间与试片硫化时间相同. C 若制品厚度大于6mm,每增加1mm厚度,硫化时间滞后1min. 硫化时间的调整 等效硫化时间：指在不同的硫化温度下，经硫化获得相同的硫化程度需要的时间,t1/t2=KT2-T1/ t1-温度在的硫化时间，min t2-温度在的硫化时间，min -硫化温度系数（）,硫化曲线,硫化专有名词 焦烧时间：从胶料放入模具中出现早期硫化的现象所用的时间 正硫化：胶料综合性能达到最佳值时的硫化状态 平坦硫化时间：把保持胶料处于正硫化阶段所经历的时间 正硫化时间：把胶料达到正硫化所需要的最短硫化时间 工艺正硫化时间：在硫化工艺条件下不可能使胶料所有的性能同时达到最佳值，另外有些特性还会在一定程序上出现相互矛盾。,如橡胶的撕裂强度，耐裂口性能在达到正硫化时间前稍微欠硫时最好，胶料的回弹性，生热性，压缩永久变形等