橡胶基础知识简介---2010-8

1、上海天天橡胶制品有限公司,橡 胶 加 工 工 艺 培 训 资 料 橡胶技术部 2010-8-31,第一节,橡胶行业综论,一.总论 目前，人类所使用的材料大至可分为以下几类：,一.橡胶的定义,通俗定义: 橡胶是一种高弹性的高分子化合物 （分子量一般在10万 以上）,因而具有其它材料所没有的高弹性.因而也称为弹性体.橡胶在一定的条件下受到外力作用时，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。,二,橡胶的发展史(起源):,11世纪，南美州人就发现并利用了天然橡胶，用于做玩具球和防水套鞋。 1493-1496年，哥伦布发现美州大陆时将橡胶玩具球带回了欧州。 1735年

2、，法国科学家康达明赴南美考察，详细记录了当地人对橡胶的使用情况。 1823年，英国建立了第一个橡胶厂，主要生产雨衣。 1826年，汉考克发现橡胶反复通过两个转动的辊筒间的缝隙后（类似于现在的开炼机），弹 性下降，可塑性增加，这一发现奠定了现代橡胶加工方法的基础。 1830年，英国人开始把橡胶种植于印尼、新加坡、马来西亚等地。,三,橡胶的发展史(发展):,1839年，美国的固特异（Goodyear）发现了橡胶与硫黄共热后，可以消除橡胶制品冷变硬和热发粘的问题，此发现是橡胶史上重要里程碑。 1888年，英国邓录普发明了充气轮胎，促进了橡胶助剂的研究。 1914-1918年,第一世界大战间，德国生产

3、了甲基橡胶，开创了合成橡胶的新纪元。 1920年，炭黑作为补强剂被大量使用，使橡胶制品性能全面提高。 30年代间，苏联开始生产丁钠橡胶，德国发明了丁苯橡胶和丁腈橡胶，美国研制了聚硫橡胶、氯丁橡胶和丁基橡胶。 50年代，创立了定向聚合法，从而生产出了顺丁橡胶和与天然橡胶相同的异戊橡胶。 70年代，进入了橡胶分子设计时期。从此橡胶行业得到了长足的发展。新品种材料不断的推出,橡胶产品的应用领域也越来越多.,四,橡胶行业发展展望,随着中国加入WTO,我国的橡胶行有了很大的转机 新材料的进入, 比如TPE,TPV等热塑性.,第二节 橡胶行业常用的胶种及分类,一,常见的橡胶分类:生胶根据它的来源和生产过程

4、可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。,一、天然橡胶的分类、组成、性能及应用(1),1、天然橡胶主要分为烟片胶和绉片胶 天然胶的分子结构、性能及应用 天然橡胶是由异戊二烯组成的线性高分子化合物。分子式为：,一、天然橡胶的分类、组成、性能及应用(2),性能： （1）在常温下有弹性较好，天然胶的综合性能最好，加工工艺良好。 （2）机械强度比较高。 （3）具有良好的耐屈挠性，多次形变生热小。（4）良好的耐寒性，气密性，防水性，电绝缘性。 缺点：是耐油性，耐臭氧老化性能差。 天然橡胶多用于轮胎，雨衣、鞋及医药制品中。,二 :合成橡胶,将石油进行高温分解,再化学合成 合成橡胶的分类:合成橡胶的种类很多。按其性

5、能和用途可分为通用合成橡胶和特种合两大类。 A 通用类:即满足一般要求的橡胶. 凡是性能与天然橡胶相同或接近，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橡胶称为通用合成橡胶。 B 特种合成类:能满足特殊要求的橡胶. 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,常用合成橡胶(1),1.丁苯橡胶（SBR）的结构、性能及应用 结构：由丁二烯 ( CH2=CH-CH=CH2 ) 与苯乙烯 在乳液中聚合而成的共聚物，为浅黄褐色弹性体，有苯乙烯的气味。 分子结构为：,1.丁苯橡胶（SBR）的结构、性能及应用 丁苯橡胶的品种是依据苯乙

6、烯的含量(及比例大小)来划分的，又根据丁苯橡胶的聚合温度分为低温丁苯橡胶(5以下)也叫软丁苯橡胶和高温丁苯橡胶(50以下),此外还有充油丁苯橡胶。 性能：与天然胶相比，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。但丁苯橡胶的弹性、耐寒性、耐屈挠性能不如天然胶，由于硫化反应进度稍慢，所以硫化促进剂用量要大一些，但硫化过程中操作比较安全。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则越差。由于丁苯橡胶成本低廉，不足之处可通过配方和工艺条件改善，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)。,3.乙丙橡胶的结构、性能

7、及应用(EPDM,EPM) 乙丙橡胶是由乙烯（CH2=CH2）和丙烯（CH3CH=CH2）定向共聚而成的共聚物。由于乙丙橡胶中没有双键不易硫化，因此要引入第三单体（双键），根据是否加入非共轭的二稀烃类第三单体(ENB,DCPD)，乙丙橡胶又分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶两大类型。三元乙丙橡胶依使用的第三单体的种类、硫化速度、门尼黏度不同品种也有差异。主要分乙叉降冰片（ENB型），己二稀型（H型）和双环型（D型）。 二元乙丙橡胶在分子链上没有双键成为饱合状态，因而构成了该品种的独特性能。总之，乙丙橡胶基本上是一种饱合的高分子化合物，分子内没有极性基团，分子链比较柔顺与其它橡胶相比性能上具有以下特

8、点： A耐老化性能非常优异，是现有通用橡胶最好的,抗臭氧性能的特别好。在含臭氧100PPM的介质中乙丙橡胶经过2430小时仍不龟裂，而一般认为耐臭氧老化性能较好的丁基橡胶经过534小时即产生较大的裂口，氯丁橡胶则只有46小时，在30%臭氧浓度下，氯丁橡胶只经过7分钟即可裂纹，而乙丙橡胶经过1小时以后仍无变化。耐天候性能好，乙丙橡胶在阳光下曝晒3年不见裂纹，丁苯橡胶仅5天即发生裂口70天断裂天然胶150天就出现大的裂口。耐热老化性能好的乙丙橡胶一般能在150下长期使用，间歇使用可耐200的温度，物理机械性能变化缓慢。 B电绝缘性能优良。超过丁基胶，尤其是耐电晕性能十分突出，如一般丁基胶不超过2小

9、时左右，而乙丙橡胶则可达到2个月以上。又因乙丙橡胶的吸水性小，所以浸在水中的抗电性能也很好。 C耐化学腐蚀。乙丙橡胶对各种极性的化学品和酸、碱有较大的抗耐性，长时间接触以后，其性能变化不大，但对烃类油的抗耐性较差。 D冲击弹性较好，回弹率可达50-60%，仅次于顺丁橡胶和天然橡胶，而且在低温下的弹性保持性能较好，-57才变硬，-77变脆。 缺点：乙丙橡胶最大的缺点就是硫化速度慢，和其他的不饱和橡胶并用困难，自粘性和互粘性都很差。粘合困难。 从上面的特性不难看出，乙丙橡胶是制造耐热运输带、蒸汽胶管和耐化学腐蚀密封零件的良好材料。随着汽车工业的发展，乙丙橡胶的发展和应用也越来越广泛。如：我公司近年

10、来生产的密封条制品，95%以上的产品都使用乙丙橡胶，为一汽大众、轻型车、客车、北京福田等配套。,4.氯丁橡胶的结构、性能及应用(CR) 氯丁橡胶（CR）是由2-氯-1，3-丁二烯的聚合物（CH2-C=CH-CH2）n CL 氯丁橡胶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合物（秋兰姆）作调节剂。故含有硫磺和秋兰姆，其中常用的CN-A型相当于通用型氯丁橡胶。 （2）非硫磺调节型（W型）聚合时用硫醇化合物作调节剂，故而不含硫磺。其中的54-1型氯丁橡胶就是非硫磺调节型的氯丁橡胶。 （3）其它类型这类氯丁橡胶是为了具有特殊性

11、能和用途而生产的氯丁橡胶。如：粘接型氯丁橡胶、氯丙橡胶、氯苯橡胶等。 性能及应用：氯丁橡胶的物理机械性能和天然橡胶相似。其生胶伸长时结晶，故其生胶具有较高的纯胶抗张强度，伸长率也比较高，炭黑补强硫化胶时抗张强度和伸长率也与天然胶接近。氯丁橡胶的耐老化性能、耐天候老化和臭氧老化性能仅次于乙丙橡胶。耐热性能与丁晴橡胶相当，能在150情况下短期使用，在90-110下能使用四个多月，氯丁橡胶与其它橡胶不同的最大特点是耐燃烧性能好，耐油性能仅次于丁晴橡胶，对无机酸和碱的抗腐蚀性能也很好。氯丁橡胶的缺点是贮存稳定性差、电绝缘性能差、耐寒性能也不好。氯丁橡胶多用在耐热、耐老化、耐腐蚀、耐油制品中，还可以做胶

12、粘剂。,5.丁晴橡胶的结构、性能及应用(NBR) 丁晴橡胶（NBR）是由丁而烯（CH2=CH-CH=CH2）与丙烯晴（CH2=CH-CN）共聚而成的。 高温丁晴(25-50) 依据聚合的方法不同可分为 低温丁晴(5-10) 高丙烯晴含量(30%以上)-40丁晴 根据丙烯晴含量分 中丙烯晴含量(25-30%)-26丁晴 低丙烯晴含量(24%以下)-18丁晴 由于丁腈橡胶极性很强，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。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。此外还具

13、有良好的耐磨，耐老化性能和气密性。但是丁腈橡胶的耐臭氧性能、电绝缘性能和耐寒性能都比较差。因而导电性能比较好。丁腈橡胶广泛用于各种耐油橡胶制品。如油封、耐油管、密封圈等。,9硅橡胶（Q） 硅橡胶(sillcone rubber)是一种分链兼具有无机和有机性质的高分子弹性材料,它的主链由硅原子和氧原子交替组成Si-O-Si,硅氧键的键能达到370KJ/mol,比一般的橡胶碳碳结合键能240KJ/mol要大得多,这是硅橡胶具有很高热稳定性的主要原因之一.它的分子侧链是与硅原子相连接的碳氢或取代基.主要是早基和乙烯基.分子间作用力小，分子呈螺旋状结构，甲基朝外排列并可自由旋转，因此硅橡胶硫化后具有优

14、异的耐高(300)、低温(-100)，耐候、憎水、电气绝缘性、生理惰性等特点，在国防军工、医疗卫生、工农业生产及人们的日常生活中获得了广泛应用.硅橡胶按其硫化温度，可分为高温（加热）硫化型及和室温硫化型两大类，热硫化硅橡胶（HTV）是有机硅产品中最重要的一类，甲基乙烯基硅橡胶（MVQ）是HTV中最主要的品种，俗称高温胶。高温胶主要用于制造各种硅橡胶制品，而室温胶则主要是作为粘接剂、灌封材料或模具使用。 在硅橡胶的侧链上引入氟原素,则就会改变硅橡胶的耐油性.这就是常用的氟硅橡胶,但是价格非常贵.大约要1000元每公斤.,10.氟橡胶（FPM） 是由含氟单体共聚而成的有机弹性体。 其特点耐温高可达

15、300，耐酸碱，耐油性是耐油橡胶中最好的，抗辐射、耐高真空性能好；电绝缘性、机械性能、耐化学腐蚀性、耐臭氧、耐大气老化性均优良。缺点是加工性差，价格昂贵耐寒性差，弹性透气性较低。使用温度范围：20200。 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、胶管或其他零件及汽车工业。 11.丙烯酸酯橡胶（ACMAEM） 它是丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯的聚合物。 其特点是兼有良好的耐热、耐油性能，在含有硫、磷、氯添加剂的润滑油中性能稳定。同时耐老化、耐氧和臭氧、耐紫外线、气密性优良。缺点是耐寒性差，不耐水，不耐蒸汽及有机和无机酸、碱。在甲醇、乙二醇、酮酯等水溶性溶液内膨胀严重。同

16、时弹性和耐磨性差，电绝缘性差，加工性能较差。使用温度范围：约25150。 可用于制造耐油、耐热、耐老化的制品，如密封件、胶管、化工衬里等。 12.氯磺化聚乙烯橡胶（CSM） 它是聚乙烯经氯化和磺化处理后，所得到具有弹性的聚合物。 耐臭氧紧挨老化优良，耐候性优于其它橡胶。阻燃、耐热、耐溶剂性及耐大多数化学药品和耐酸碱性能较好。电绝缘性尚可，耐磨性与丁苯橡胶相似。缺点是抗撕裂性能差，加工性能不好。使用温度范围：约20120。 可用作臭氧发生器上的密封材料，制造耐油密封件、电线电缆包皮以及耐油橡胶制品和化工衬里。 13.氯醚橡胶（COECO） 由环氧氯丙烷均聚或由环氧氯丙烷与环氧乙烷共聚而成的聚合物

17、。 特点是耐脂肪烃及氯化烃溶剂、耐碱、耐水、耐老化性能极好，耐臭氧性、耐候性紧挨热性、气密性高。缺点是强力较低、弹性较差、电绝缘性不良。使用温度范围：约40140。 可用作胶管、密封件、薄膜和容器衬里、油箱、胶辊，制造油封、水封等。 14.氯化聚乙烯橡胶（CM或CPE） 是聚乙烯通过氯取代反应制成的具有弹性的聚合物。 性能与氯磺化聚乙烯橡胶接近，其特点是流动性好，容易加工；有优良的耐天候性、耐臭氧性和耐电晕性，耐热、耐酸碱、耐油性良好。缺点是弹性差、压缩变形较大，电绝缘性较低。使用温度范围：约20120。 电线电缆护套、胶管、胶带、胶辊化工衬里等。,第四节 橡胶制品的加工工艺(5),五、硫化

18、橡胶分子由线形结构转变为网状结构的交联过程。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，使橡胶制品更好地适用和满足使用的要求。,第四节 橡胶制品的加工工艺(6),（二）、硫化历程,第四节 橡胶制品的加工工艺(7),2、焦烧时间与正硫化时间的确定：,常用胶料所适合的硫化温度,胶料 NR. IR SBR. BR. PU NBR.CR.FKM EPDM. IIR SR,硫化温度 () 140-160 150-170 160-180 170-185 160-190,橡胶材料的毒性,科学证明: 大

19、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. 但是橡胶业里用的促进剂及学溶剂等对人体有害,所以应尽量少去接触.,橡胶混炼胶的配方知识,配方结构: 生胶: 也叫原胶,没添加其它成分. 硫化剂:将橡胶分子连接起来并使之成型的物质. 如硫磺,过氧化物等等. 促进剂: 加速硫化剂分解,促进硫化成型的物质.比如 TT. CZ等 . 活性剂: 加快促进剂分解,活化胶料的物质. 如ZNO . SA.等等. 补强剂: 增加生胶强度的物质,如碳黑,白碳黑等.,材料种类,增塑剂: 也叫软化剂,降低胶料硬度用.大部分是油类,如DOP,石蜡油等等. 防老剂: 增强橡胶抵

20、抗光,热,氧气,臭氧,紫外线等破坏的物质,如 4010-NA, RD等等. 其它: 如分散剂,脱模剂,香精,发泡剂,增粘剂等.,配方举例,NBR7001 (单位:份数) N3350生胶 100 氧化锌 5 硬脂酸 1 防老剂RD 1 DR分散剂 1 N774碳黑 75 白碳黑 15 碳酸钙 40 DOP 12 硫磺 1.5 促进剂TT 0.5 促进剂CZ 1.5,SR 电线套管配方 甲基乙烯基硅橡胶 100 2#气相法白碳黑 30 双二五 1 二苯基硅二醇 5,橡胶配方设计,图 1 硫黄硫化体系的结构特点,第六节、成型废品原因分析,1.产品尺寸超差具体表现在制品厚度不均，外径超差，图纸要求的尺

21、寸超差，产生的原因： A.设备：模具的平等度不良； B.橡胶的收缩率计算不准； C.模具加工不良，研配不合适。要求模具 加工时，要确保其平行度，设计时，一定要搞准胶料的收缩率。,第六节、成型废品原因分析,2.缺胶 原因: 1 模具与橡胶之间的空气无法排出. 2 称重不够. 3 压力不足. 4 胶料流动性太差. 5 模温过高,胶料焦烧. 6 胶料早期焦烧(死料). 7 料不够厚,流动不充分 措施 1. 加开排气槽. 2. 多排气. 3. 提高压力. 4. 改配方,增加胶料流动性. 5. 改配方,延长焦烧时间,防止麻木. 6. 增加料厚度.,第六节、成型废品原因分析,3.毛边超厚：具体表现在分型处

22、增厚，产品厚度提升，产品超重。产生的原因： A.装胶量过大； B.平板压力不够； C.模具 无必要的余胶槽。因此除要求严格拉制胶料单耗，增大平板压力外，在模具 设计上一定要留余胶槽，将多余的胶挤出余胶槽 中，减少毛边厚度。 4.气泡：具体表现在制品表面和内部有鼓泡现象。产生原因： A. 属于胶料本身的原因 是由含挥发性气体的配合剂硫化时受热分解产生包泡。 B .属于工艺上的原因是胶料加工中窝气，制品型 腔中的空气没有全部排出，缺胶，局部压力不足，硫化时排气次数少。 5.分型面错位（缝）：具体表现在制品的分型面上有明显的（缝），尤其是0型 圈更为明显，产后的原因 ： A. 模具 制造精度和加工精

23、度不够； B. 45分型胶圈毛边增厚； C .模具 定位不准，因此对这类制品在制造模具 时一定要采取模具 定位的先进方法，例如：锥面定位，保证操作时不啃模具。,第六节、成型废品原因分析,6.启模撕裂：具体表现 在制品启模取件时在制品上有裂 开现象 。产生的原因： A.涂隔离剂过多，局部集中分层 ； B.启模太快，受力为均； C.胶料成型 方法不正确，特别FKM和高硬度的NBR热撕裂性很 差，胶料流动性差，半成品粘接性差； D.模具 结构不合理：具体表现 在棱局部分未倒角不够，组装和分型 不 利于零件取出，表面粗糙度不符合要求等。因此在模具 设计和制造时一定要尽量避免局部应力集中，凡是带棱角的部

24、分一定坚持倒角。不面一定要抛光，镀铬或化学处理。 7.卷边（抽边、缩边）：具体表面在分型 外有明显的内收缩现象。产生原因 ： A.胶料加工性能差，例如FKM胶料收缩较大，流动性差，因此更容易因加工不良而产生卷边现象； B. 模具 结构不合理：例如厚制品应采用封闭式结构，模具 并合理开具余胶槽。对于这种现象，最好采取注压模具解决； 8.粗糙度太差：具体表现在制品表面粗糙，甚至留有明显的加工刀痕。产生原因 ： 型腔表面粗糙度不符合要求； 镀铬层有部分脱落； 某些腐蚀性胶料对型腔表面的腐蚀； 9.皱褶、裂纹、离层：具体表现在制品表面有皱褶，制品表面和内部有裂纹及离层现象。产生原因： A.胶料脏污；

25、B.隔离剂过多； C.胶料混进杂胶； D.工艺操作不当；E.胶料焦烧；,第六节、成型废品原因分析,喷霜.发白: 原因: 1. 硫化不足. 2. 配合剂过量,超过橡胶的溶解度. 解决措施: 1. 延长硫时或采取二次硫化. 2. 调整配方,减少低溶解度配合剂的用量.,气泡.发孔,原因: 1. 硫化不足. 2. 压力不足. 3. 模内或胶料中有杂质或油污. 4. 硫化模温过高. 5. 硫化剂加少了,硫化速度太慢.,气泡.发孔的解决措施,1. 加压 2. 加长硫时 3. 调整配方,加快硫化速度. 4. 多排气. 5. 模温不能过高. 6. 增加硫化剂用量.,重皮.开裂,原因: 1. 硫化速度太快,胶流

26、动不充分. 2. 模具脏或胶料粘污迹. 3. 隔离剂或脱模剂太多. 4. 胶料厚度不够.,重皮.开裂的解决措施,1. 降低模温,减慢硫化速度. 2. 保持胶料.模具清洁. 3. 少用隔离剂或脱模剂. 4. 胶料够厚.,修边困难,原因: 1. 产品撕裂强度太好,(如高拉力胶).这种难加工表现为毛边撕不下来. 2. 产品强度太差,表现为毛边很脆,会连产品一起撕破.,修边困难,解决措施: 1. 如果是撕不掉, 就得调整配方,多填充配合剂,减小收缩率. 2. 如果是撕破, 则 a 降低模温,缩短硫时. b 减少硫化剂用量. c 调整配方,增加胶料强度.,热塑性产品介绍,根据硬段的化学组成，TPE可分为

27、聚苯乙烯类(SBC)、聚烯烃类(TPO)、聚氨酯类(TPU)、聚酯类(TPEE)、聚酰胺类(TPAE)和聚氯乙烯类(TPVC)等几类。TPE工艺TPE的生产方法有机械共混法和化学合成法两种，其中共混型TPE在制备工艺上经历了简单机械共混、动态部分硫化和动态全硫化三段发展历程。TPE的优点热塑性弹性体（TPE）具有以下显著特点： 1.具有硫化橡胶一样良好的外观、弹性、韧性和强度。 2.可以采用塑料的高速加工方法（注塑、挤出、吹塑以及浇铸等），无需硫化，缩短工期，提高工效，降低成本，且产品尺寸更加精密。 3.弹性体材料可回收使用， 是一种环保的绿色产品，符合世界潮流及市场需求。 生产过程中的溢料、废料可完全回收，无须加工即可重复使用，降低成本， 4.不含破坏大气层的卤元素、不含对人体有害的重金属及导致癌症的增塑剂，是一种安全卫生材料，可用于医用及食品业，玩具业。 5.产品的硬度范围广，从SHORE A00-60D。可生产极其柔软的产品。 6.产品使用温度为-55-120，具有广泛的应用范围。 7.产品密度低(约0.9),