橡胶工艺基础知识

橡胶工艺山东水星总工程师：张勇护|Page2橡胶工艺一、橡胶分类及及特点二、橡胶配合三、橡胶塑炼与混炼四、橡胶硫化五、橡胶制品成型方法六、汽车密封条|Page3高分子材料无机非金属材料塑料：橡胶：纤维：油漆涂料胶、油、粘胶剂热固性塑料热塑性塑料工程塑料天然橡胶合成橡胶通用合成橡胶特种合成橡胶面料通用塑料非金属材料金属材料热塑性弹性体材料橡胶工艺|Page4橡胶（Rubber）：具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（Tg）低，分子量往往很大，大于几十万。橡胶一词来源于印第安语cau-uchu，意为“流泪的树”。天然橡胶就是由三叶橡胶树割胶时流出的胶乳经凝固、干燥后而制得。1770年，英国化学家J.普里斯特利发现橡胶可用来擦去铅笔字迹，当时将这种用途的材料称为rubber，此词一直沿用至今。橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。橡胶是橡胶工业的基本原料，广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品。橡胶工艺|Page5橡胶工艺---橡胶制品---|Page6一、橡胶分类及特点|Page7•橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。•按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。乳胶为橡胶的胶体状水分散体；液体橡胶为橡胶的低聚物，未硫化前一般为粘稠的液体；粉末橡胶是将乳胶加工成粉末状，以利配料和加工制作。•20世纪60年代发明的热塑性橡胶，无需化学硫化，而采用热塑性塑料的加工方法成形。•橡胶按使用又分为通用型和特种型两类。一、橡胶分类及特点|Page8一、天然橡胶（NR）NitriteReductase天然橡胶是从天然植物中采集来的一种弹性材料，在自然界中含橡胶成分的植物不下两千种，如高大的乔木、灌木、草本植物和爬藤植物等，我们常见的橡胶树、橡胶草、蒲公英等都含有橡胶成分。但能进行生物合成橡胶的植物约有200多种，具有采集价值的只有几种，主要是巴西橡胶树，其次是银菊、橡胶草、杜仲等。1904年，我国开始引植巴西橡胶树。建国后在两广、海南、云南等地都有种植。2008年我国天然橡胶产量63.8万吨,居世界第6。一、橡胶分类及特点|Page9•天然橡胶可分为标准胶（又称颗粒胶）、烟胶片、绉胶片、风干胶片等，最常用的是标准胶和烟胶片以及特种类胶。•由橡胶树采集胶乳制成,是异戊二烯的聚合物.具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率.在空气中易老化,遇热变粘,在矿物油或汽油中易膨胀和溶解,耐碱但不耐强酸.•优点：弹性好，耐酸碱。•缺点：不耐候，不耐油(可耐植物油)是制作胶带、胶管、胶鞋的原料，并适用于制作减震零件、在汽车刹车油、乙醇等带氢氧根的液体中使用的制品。一、橡胶分类及特点|Page10二、合成橡胶合成橡胶是由低分子化合物（称为单体）经聚合反应而制成的。这些单体来源于三个方面：石油和天然气；煤和石灰石；农林产品。1875年，鲍查达（Bouchardat）认为异戊二烯能合成出类似橡胶的物质，这是最早的关于人工合成橡胶的报道。2008年我国合成橡胶产量230.4万吨，跃居世界第一。一、橡胶分类及特点|Page11•常用的合成橡胶•异戊橡胶IR•丁苯橡胶SBR•氯丁橡胶CR•丁晴橡胶NBR•丁基橡胶IIR•乙丙橡胶(二元乙丙EPM，三元乙丙EPDM)•氯磺化聚乙烯橡胶CSM•氯醚橡胶CMR•丙烯酸酯橡胶ACMAEM•聚氨酯橡胶AUPU•氟橡胶FMQ•硅橡胶(二甲基VMQ苯基PVMQ•聚硫橡胶TR特种合成橡胶一、橡胶分类及特点|Page12•异戊橡胶IRIsoprene，结构单元与天然橡胶一样，为异戊二烯，适于作浅色橡胶制品，与NR有以下不同：1）顺式含量低于NR，结晶能力比NR差，分子量分布较NR窄，不含非橡胶成分，加工和力学性能较NR差。2）格林强度低，生胶有冷流倾向，硫化速度慢。3）IR的耐老化性能较NR差。4）压延、压出性、粘和性能与NR相当。•丁苯胶SBRStyreneButadieneRubber,丁二烯与苯乙烯之共聚合物，与天然胶比较，品质均匀，异物少，具有更好耐磨性及耐老化性，但机械强度则较弱，可与天然胶掺合使用。优点:低成本的非抗油性材质,良好的抗水性,硬度70以下具良好弹力,高硬度时具较差的压缩性。缺点：不建议使用强酸、臭氧、油类、油酯和脂肪及大部份的碳氢化合物之中。广泛用于轮胎业、鞋业、布业及输送带行业等。一、橡胶分类及特点|Page13•氯丁胶CR(Neoprene、Polychloroprene)由氯丁烯单体聚合而成.硫化后的橡胶弹性耐磨性好,不怕阳光的直接照射,有特别好的耐候性能,不怕激烈的扭曲,不怕制冷剂，耐稀酸、耐硅酯系润滑油,但不耐磷酸酯系液压油.在低温时易结晶、硬化,贮存稳定性差,在苯胺点低的矿物油中膨胀量大.一般使用温度范围为-50~150℃.优点：弹性良好及具良好的压缩变形,配方内不含硫磺，因此非常容易来制作.具抗动物及植物油的特性,不会因中性化学物，脂肪、油脂、多种油品，溶剂而影响物性,具防燃特性。缺点：不建议使用强酸、硝基烃、酯类、氯仿及酮类的化学物之中，耐R12制冷剂的密封件，家电用品上的橡胶零件或密封件。适合用来制作各种直接接触大气、阳光、臭氧的零件。适用于各种耐燃、耐化学腐蚀的橡胶品。一、橡胶分类及特点|Page14•丁晴胶NBRNitrileButadieneRubber,由丙烯睛与丁二烯共聚合而成，丙烯睛含量由18%~50%，丙烯睛含量越高，对石化油品碳氢燃料油之抵抗性愈好，但低温性能则变差，一般使用温度范围为-25~100℃。丁晴胶为目前油封及O型圈最常用之橡胶之一。优点：具良好的抗油,抗水,抗溶剂及抗高压油的特性，良好的压缩性，抗磨及伸长力。缺点：不适合用于极性溶剂之中,例如酮类、臭氧、硝基烃,MEK和氯仿.适用于制作燃油箱、润滑油箱以及在石油系液压油、汽油、水、硅油、二酯系润滑油等流体介质中使用的橡胶零件,特别是密封零件.可说是目前用途最广、成本最低的橡胶密封件用胶料。一、橡胶分类及特点|Page15•丁基橡胶IIRButylRubber,为异丁烯与少量异戊二烯聚合而成,因甲基的立体障碍分子的运动比其他聚合物少,故气体透过性减少,对热、日光、臭氧之抵抗性大,电器绝缘性佳；对极性容剂抵抗大,一般使用温度范围为-54-110℃.优点：对大部份一般气体具不渗透性,对阳光及臭气具良好的抵抗性可暴露于动物或植物油或是可气化的化学物中。缺点：不建议与石油溶剂，胶煤油和芳氢同时使用。适用于汽车轮胎的内胎、皮包、橡胶膏纸、窗框橡胶、蒸汽软管、耐热输送带等。一、橡胶分类及特点|Page16•乙丙胶EPDMEthylene-Propylene-DieneMonomer,由乙烯及丙烯共聚合而成,因此耐热性、耐老化性、耐臭氧性、安定性均非常优秀,但无法硫磺加硫.为解决此问题,在EP主链上导入少量有双链的第三单体而可加硫即成EPDM,一般使用温度为-50~150℃.对极性溶剂如醇、酮等抵抗性极佳。优点：具良好抗候性及抗臭氧性，具极佳的抗水性及抗老化性，电绝缘性能优良，耐化学腐蚀，冲击弹性较好。缺点：硫化速度慢；与其它不饱和橡并用难；不建议用于食品用途或是暴露于芳香氢之中。主要用于要求耐老化、耐水、耐腐蚀、电气绝缘等几个领域。如：轮胎的浅色胎侧、电缆、耐热运输带、门窗密封条、密封垫圈等。一、橡胶分类及特点|Page17二、橡胶配合|Page18二、橡胶配合•橡胶的配合：橡胶具有宝贵的高弹性和其它一系列优良的性能，但其本身在性能上仍有许多缺点。例如天然橡胶保持高弹性的温度范围只在5-35左右，生胶的机械强度也比较低，可见，用纯生胶是不能制造出适合使用要求的橡胶制品的。根据制品的性能要求，考虑加工工艺性能和成本等因素，把生胶和配合剂组合在一起的过程。一般的配合体系包括生胶、硫化体系、补强体系、防护体系、增塑体系等。有时还包括其它一些特殊的体系如阻燃、着色、发泡、抗静电、导电等体系。|Page19生胶补强体系硫化体系防护体系增塑体系份数物质名称1005#NR1硬脂酸5间接法氧化锌1.5促进剂NOBS0.5促进剂DM2.2硫磺2石蜡1.5防老剂4010NA1防老剂RD68碳黑N-5504芳香烃油187合计基体材料与橡胶线性大分子交联形成空间网格结构，提高性能，稳定形状延缓橡胶老化，延长使用寿命降低混炼胶的粘度，改善加工性能，降低成品硬度提高橡胶力学性能，改善加工工艺性能，降低成本配合体系典型橡胶配方举例二、橡胶配合|Page20橡胶配方模型配方工艺性能二、橡胶配合|Page21塑炼压延挤出混炼成型硫化橡胶工艺流程二、橡胶配合|Page22三、橡胶塑炼与混炼|Page23一、塑炼的目的1、使生胶获得一定的可塑性,满足加工的要求2、使生胶的可塑性均匀化，以便制得质量均匀的胶料塑炼：生胶在外力和氧的作用下由弹性物质变为具有可塑性物质的现象塑炼胶：指经过塑炼获得一定可塑性的胶料。可塑性：指橡胶受外力作用产生变形，当外力消除后橡胶仍能保持其形变的能力。三、橡胶塑炼与混炼|Page24后辊前辊三、橡胶塑炼与混炼|Page25后辊前辊三、橡胶塑炼与混炼|Page26后辊前辊三、橡胶塑炼与混炼|Page27后辊前辊三、橡胶塑炼与混炼|Page28后辊前辊三、橡胶塑炼与混炼|Page29•塑炼的机器：开炼机密炼机三、橡胶塑炼与混炼|Page30二、混炼•混炼定义：将各种配合剂加入到橡胶中去制成混合胶的过程。•混炼的过程混入分散混合塑化生胶配合剂混合胶三、橡胶塑炼与混炼|Page31三、橡胶塑炼与混炼|Page32待硫化胶料图片：三、橡胶塑炼与混炼|Page33混炼的目的和意义1、保证产品的质量3、高效节能2、适合于进一步的加工三、橡胶塑炼与混炼|Page34•EPDM一般采用二段混炼工艺：密炼加开炼。•一段密炼:→合成胶，密炼小药，炭黑，填充剂，增塑剂→密炼→母炼胶仃放→过滤•二段开炼：→开炼小药，硫化体系，发泡体系→硫化胶仃放待用•混炼机器也是密炼机与开炼机。三、橡胶塑炼与混炼|Page35四、橡胶硫化|Page36•硫化定义：即“交联”或“架桥”，线性高分子通过交联作用而形成的网状高分子的工艺过程。四、橡胶硫化|Page37•硫化过程四个阶段：四、橡胶硫化1.焦烧段2.热硫化段3.平坦硫化阶段4.过硫化阶段ab.焦烧阶段；A1.操作焦烧时间A2.剩余焦烧时间bc.热硫化阶段；cd.平坦硫化阶段；D以后.过硫化阶段|Page381、焦烧阶段（焦烧期－硫化起步阶段，硫化诱导期）•图中的ab段称为胶料的焦烧阶段，此时交联尚未开始，胶料在模腔内具有良好的流动性，也称为硫化诱导阶段。胶料焦烧时间的长短决定胶料的焦烧性能和操作安全性。胶料焦烧时间受胶料中硫化促进剂和胶料本身的热历史的影响较大。操作焦烧时间：橡胶在加工过程中由于热积累消耗掉的焦烧时间A1。剩余焦烧时间：胶料在模腔中保持流动性的时间A2。四、橡胶硫化|Page39硫化起步——硫化时，胶料开始变硬而后不能进行热塑性流动的时间（焦烧）。•焦烧期的长短：决定了胶料的焦烧性及操作安全性。•取决于配方，特别是促进剂。可用迟效性促进剂：CZ。•焦烧时间的起点：实际上是从混炼时加入硫磺的那一时刻开始。•焦烧阶段的终点：胶料开始发硬并丧失流动性。四、橡胶硫化|Page40•焦烧时间:A1操作焦烧时间——混炼，停放，成型•A2残余焦烧时间——进入模具后加热开始到开始硫化这段时间若：操作焦烧时间焦烧时间，就发生焦烧•防止焦烧：A、具有较长的焦烧时间：配方B、混炼、停放要低温，成型时要迅速，即减少操作焦烧时间四、橡胶硫化|Page412、热硫化阶段（欠硫期－预硫阶段）•热硫化阶段即图中的bc段，在该阶段橡胶的交联以一定的速度开始进行。诱导期后，开始交联，至正硫化。•热硫化的速度和时间取决与胶料的配方和硫化的温度。•在此阶段，交联度低，即使在此阶段的后期，性能（主要是拉伸强度、