橡胶工艺的基本理论知识.ppt

橡胶工艺的基本理论知识,绪论一、橡胶材料的特点,1.高弹性：去掉力可以恢复，对加工不利。2.粘弹性（静）应力松弛/蠕变；（动）滞后损失 3.电绝缘性 4.老化现象 5.必须硫化后才能使用（有些热塑性弹性体除外）6.必须加其它配合剂,二、表征橡胶物理性能的几个指标,1.硬度：抵抗外力压入的能力（邵A，度）/(IRHD)2.拉伸强度：试样拉伸至断裂时的最大拉伸应力，MPa3.定伸应力：表征材料抵抗外力变形的能力，MPa4.扯断伸长率：试样扯断时伸长部分与原长之比的百分数。5.撕裂强度：试样被撕裂时单位厚度所承受的负荷，kN/m。6.回弹性：材料受到冲击以后能够回复到原来形状的能力大小，又称冲击弹性，。7.压缩永久变形,三、关于橡胶的几个概念,1.橡胶：ASTM D1566它是一种材料，它在大变形下迅速而有力的恢复变形，它能够被改性。2.生胶：未加任何配合剂，也未进行任何加工的橡胶。3.塑炼胶：生胶塑炼后得到的橡胶4.混炼胶：塑炼胶（或生胶）与配合剂混合均匀但尚未交联的橡胶。5.硫化胶：在一定的温度、压力、时间下，橡胶由线型分子变成三维网状结构的橡胶。,四、橡胶工艺的主要内容,1配合：生胶 硫化体系 补强填充体系 防护体系 增塑体系及其 它配合体系,2.加工：塑炼 混炼 压延（压出）成型 硫化,（一）各种生胶的结构与性能,1.NR:甲基供电，使双键活泼，自补强、易凝胶、分子量大 性能：耐老化性差，硫化速度快，强度高，弹性好。2.BR:分子柔顺性好，无任何取代基 性能：弹性好，耐寒耐磨性好，动态生热低，有冷流性。3.SBR:分子侧基体积大。性能:耐磨性好,抗湿滑性好,生热高。4.EPR:饱和、非极性 性能:耐老化性好,化学稳定性好,电绝缘性及耐水性好。,（一）各种生胶的结构与性能,5.IIR:饱和、非极性、分子主链两侧有密集的侧甲基。性能:类似EPM的性能,气密性好,弹性好,阻尼性好。6.NBR:侧基极性大 性能:耐寒性差,耐非极性油性能好,导电性好。7.CR:Cl原子吸电使双键失活、极性、自补强。性能:具有接近饱和橡胶的耐老化性能,不能用S硫化,用金属氧化物硫化;强度高,耐油性好,具有阻燃性。,（一）各种生胶的结构与性能,8.FKM:饱和性、极性 性能:耐高温性能最好(250下可长期使用,320 下短期使用),耐腐蚀性最好(耐王水),耐油性最好,耐水性差,弹性差.9.MVQ:饱和、杂链、非极性、柔顺性好性能:耐高温性好(300),耐低温性好(-100),具有一定的透气性,电绝缘性好,与生物的医学相容性好。10.ACM:极性、杂链性能:有良好的耐热、耐油性能，同时耐老化、耐氧和臭氧、耐紫外线、气密性优良。,(二)橡胶的硫化体系,1.定义:线性的生胶大分子在一定的温度、时间、压力下通过物理化学作用形成三维网状结构的过程.橡胶为什么要进行硫化？橡胶未经硫化以前，缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大。当橡胶经过硫化后，由于分子结构的变化，而使其综合性显著改进，尤其是拉伸强度，定伸应力，伸长率，弹性，耐磨性，硬度等更为明显。,(二)橡胶的硫化体系,2.硫化历程图:A焦烧阶段：T10焦烧时间B热硫化阶段：决定硫化速率C平坦期：正硫化状态交联密度最大D过硫阶段：（硫化返原）,(二)橡胶的硫化体系,3.硫化曲线图 理想曲线的条件:1).焦烧时间长,保证加工安全性;2).硫化速度快,提高生产效率;3).硫化平坦期长,保证质量稳定性;4).无返硫现象,硫化胶的物理机械性能好.,(二)橡胶的硫化体系,各种硫化体系的特点1.纯硫黄硫化体系特点：交联效率低、主链改性程度高、耐老化性能很差。A.有促进剂的硫黄硫化体系：a.普通硫化体系：促进剂/硫黄70%以上是多硫交联键、硫化胶的耐热氧老化性差、动态疲劳性能好。适用范围：室温下，动静态性能要求高的制品,(二)橡胶的硫化体系,b.有效硫化体系：促进剂/硫黄 90%以上单、双硫交联键、硫化胶具有优异的耐高温性能、动态疲劳性能差。适用范围：耐高温、静态使用下制品，用于高温快速硫化。c.半有效硫化体系：促进剂/硫黄1 既有一定数量的单、双键交联，又有一定的多硫交联键、耐中等程度的耐热氧老化、具有较好的动态疲劳性能,(二)橡胶的硫化体系,2.过氧化物硫化体系：生成C-C交联键，键能高，耐高温性能好；动态性能差；压缩永久变形低，特别适合于静态高温密封制品。3.金属氧化物硫化：主要是CR，ZnO:MgO=5:44.树脂硫化体系：IIR,生成C-C交联键,（三）橡胶的补强体系,几种常用的炭黑N330-高耐磨炭黑N550-快压出炭黑N660-通用炭黑N770-半补强炭黑N990-中粒子热裂解炭黑,（四）橡胶的老化和防护体系,1.老化的定义：生胶和橡胶制品在加工、使用和贮存过程中，由于内外因素的左右，发生物理和化学变化使性能下降的现象。2.老化的原因 内因：分子链的结构、配合剂、加工设备 外因：氧气、臭氧、酸碱、水、盐、热、力、光、辐射及生物因素。,（四）橡胶的老化和防护体系,3.几种常用的防老剂A胺类：品种最多，防护效果最好，变色有污染性。如防A、防D、RD、BLE等。B酚类：用于热氧老化，没污染性。如防2246C有机硫化物：MB、BZ,（五）橡胶的增塑体系,1.作用：1）改善橡胶的物理机械性能：降低硬度，提高耐寒性。2）提高橡胶的加工工艺性能：混炼、压延、压出、硫化。2.具备的条件1）与橡胶的相容性好；2）不易挥发，不易迁移，不易抽出；3）增塑效果好；4）无色、无味、无毒，廉价易得。,（五）橡胶的增塑体系,3.增塑剂的种类石油系操作油：芳香烃油、链烷烃油、环烷烃油；合成增塑剂：邻苯二甲酸酯类-DBP、DOP 脂肪二元酸酯类-DOA、DOS 磷酸酯类,（六）塑炼工艺,1.塑炼：生胶在机械力、热氧、化学作用下，由坚韧的高弹态转变为柔软的塑性态的过程。2.目的：满足后续加工工艺的要求。3.要求：可塑度要适当；可塑度要均匀。,（七）混炼工艺,1.定义：将塑炼胶和配合剂混合均匀2.目的：保证硫化胶有必需的物理机械性能；满足加工工艺性能的要求；降低产品成本。3.要求：配合剂分散均匀；满足后续加工工艺要求的最低可塑度；混炼胶无焦烧现象；降低能耗。4.质量检验：快检项目（密度、可塑度、硬度）；物理机械性能（硫化胶）；补强填充剂在橡胶中的分散；混炼胶硫化特性检验（硫化仪）。,、O形圈胶料配方设计,1.主要性能要求 应根据O形圈的工作条件如介质、温度、压力、受力状态等进行胶料配方设计。用作静态密封的O形圈胶料，最关键的性能指标是耐介质性能和压缩永久变形。用作动态密封的O形圈，除了介质、压缩永久变形小之外，还要求胶料具有良好的抗撕裂性、耐磨性和抗挤压性。,、O形圈胶料配方设计,2、胶种选择 工作介质为燃油、液压油、机油、润滑油等油类，工作温度在150以下时，多选用丁腈橡胶；当使用温度高于150时，可选用氢化丁腈橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶等。工作介质为磷酸脂或过热水时，可选用乙丙橡胶；工作介质为酸、碱、盐等低浓度化学腐蚀性介质，且使用温度不超过100时，可使天然橡胶、丁苯橡胶等通用橡胶，而高浓度强腐蚀性介质应选用氟橡胶；高温热空气中使用的O形圈可选用硅橡胶。,、O形圈胶料配方设计,3、硫化体系 采用有机过氧化物（如DCP）硫化的丁腈橡胶，具有压缩永久变形小，耐热、耐低温性能好，不易焦烧和贮存安全性好等优点，而其缺点是伸长率低，热撕裂性能差，硫化速度慢。为克服上述缺点，可选用低硫或无硫配合，也可采用DCP-硫黄/促进剂的复合硫化体系。常用的促进剂有DM、CZ、TMTD、E等。,、O形圈胶料配方设计,4、填充体系 一般根据工作压力来确定O形圈胶料的硬度：工作压力高则硬度也高，反之亦然。为满足O形圈不同硬度的要求，常用增加炭黑或减少炭黑用量的方法来实现。但要获得邵尔A硬度为905的高硬度胶料，则需要大量填充,将给混炼工艺带来困难，且会使胶料其他物理性能降低。因此，对于高硬度的O形圈胶料，可选用高耐磨炭黑或其与半补强炭黑、细粒子热裂炭黑（FT）等并用。也可配以适量的增硬剂，如齐聚脂、甲基丙烯酸镁等。,、O形圈胶料配方设计,5、软化剂 在丁腈橡胶为基础的O形圈胶料中，最常用的增塑剂是 DOS、DOP等脂类增塑剂。6、防老剂 应选用不易被工作介质抽出的防老剂，如反应型防老剂。常用的防老剂有防老剂MB、RD、4010NA等。,二、油封胶料配方设计,1.主要性能要求 与密封介质的化学稳定性好，胶料在密封介质中（各种油类）不发生溶胀、硬化等现象，否则会导致密封失效。具有良好的耐热性、耐磨性，摩擦系数要小，这对线速度较高的油封尤为重要。具有适度的弹性，能适应轴的粗糙度和偏心度的变化，对动态偏心有较好跟随能力（随动性）。,二、油封胶料配方设计,2.胶种的选择 制造油封的胶种主要有丁腈橡胶、丙烯酸脂橡胶、氟橡胶和硅橡胶。通常在一般的燃油、液压油、机油的润滑油中，温度在-40+120时，可选用丁腈橡胶；在-20150的齿轮油中可选用丙烯酸脂橡胶；在-40+200的 各种油类和腐蚀性较大介质中可选用氟橡胶；在-100+250的高温、高速油封，可选用硅橡胶。若进入橡胶中的油比被抽出的组分多时，硫化胶就膨胀；反之收缩。收缩过大会使唇口和轴的过盈量减少，随动性下降。而膨胀过大，会改变油封的结构参数尺寸，使径向力下降，导致密封失效。因此，油封胶料密封介质中的体积变化率应尽可能的减少。,二、油封胶料配方设计,3.硫化体系 丁腈橡胶宜选用低硫或无硫配合，或有效硫化体系与过氧化物组成的复合体系。丙烯酸脂橡胶常用硬脂酸钠、硬脂酸钾或两者并用作为硫化剂。氟橡胶一般采用3#硫化剂硫化。而对压缩永久变形要求较高的油封，可用双酚A硫化体系。硅橡胶仍使用过氧化物硫化。,二、油封胶料的配方设计,4.补强填充体系：补强剂一般多选用中粒子热裂法炭黑、喷雾炭黑或与白炭黑、通用炭黑、半补强炭黑、高耐磨炭黑并用。为了降低油封胶料的摩擦系数，胶料中可配以适量的石墨粉等自润滑材料作填充剂。5.增塑剂、防老剂：应选择不易被密封介质抽出的品种，如聚脂增塑剂、反应型防老剂，以保证油封尺寸的稳定性，不会造成收缩，破坏油封的密封性能。,三、橡胶密封条的配方设计,1.主要性能要求 橡胶密封条主要用于密封车辆及建筑物门窗，所用的胶料必须具有：优异的耐天候老化、耐臭氧化性能，以保证密封条有较长的使用寿命。压缩永久变形小、耐寒性好，以保证密封条在-50+70下，具有良好的密封性能。胶料的压出工艺性能好。,三、橡胶密封条的配方设计,2.胶种的选择 一般选用耐老化、耐臭氧老化性能好的三元乙丙橡胶和氯丁橡胶。三元乙丙橡胶密封条的使用寿命最长，一般可达10年以上。近年来高聚合度聚氯乙烯热塑性弹性体，也是制造门窗密封条较好的材料,已大量使用。,三、橡胶密封条的配方设计,3.防护体系：采用防老剂和抗氧剂并用效果较好，例如防老剂4010NA和RD、AW并用，再配以适量的物理防老剂石蜡，以提高其抗臭氧老化性能。4.增塑体系：应选用不易挥发、不易迁移的品种。一般在乙丙橡胶中选用石蜡油、环烷油；氯丁橡胶则选用变压器油。为增加胶条挺性、改善外观质量，可适量加入油膏和低分子量聚乙烯。,四、橡胶减震器的配方设计,1.主要性能要求 具有一定的动态阻尼性能，以提供良好的减震效果。与各种金属有良好的粘和性，粘和强度高。适宜的弹性模量，尽可能地减小硫化胶的蠕变。良好的耐疲劳、耐动态老化性能。,四、橡胶减震器的配方设计,2.胶种的选择 一般的通用橡胶减震器，可选用天然橡胶或天然橡胶与顺丁橡胶并用作为主体材料：要求耐天候老化的，可选用氯丁橡胶；要求耐油的，选用丁腈橡胶、氯醇橡胶；要求阻尼大的，选用丁基橡胶或氯化丁基橡胶。,五、制动皮碗的配方设计,1.主要性能要求 应具有良好的耐制动液的性能，使用中不发生溶胀，不产生沉淀和有害金属，对金属配件无腐蚀性；具有良好的耐热性和耐寒性，在-50-120 能正常工作；弹性好，压缩永久变形小，耐磨性好，能保证制动皮碗能迅速的传递压力并具有良好的密封性能。,五、制动皮碗的配方设计,配方设计要点 常温下在醇型制动液中使用的皮碗可以采用NR作主体材料，用硫黄、促进剂硫化体系，尽量不用软化剂。在高温合成油中工作的皮碗可选用过氧化物或低硫配合的EPDM；在矿物油型制动液中工作的皮碗，壁板选用低丙烯腈含量的NBR作主体，保证胶料有较低的脆性温度。采用过氧化物或低硫配合的硫化体系，以提高胶料的耐热性和弹性。,胶料加工过程中常见几种缺陷的原因,1.焦烧原因 混炼时辊温过高；胶料贮存温度过高；硫化体系选择不当。2.喷霜原因：欠硫；某种配合剂用量超过它在胶料中的溶解度 混炼辊温太高。,胶料加工过程中常见几种缺陷的原因,3.流痕胶料粘度过高，硫化压力无法推动胶料流动；胶料粘性不足，融合性能差；胶料焦烧时间短，在胶料未能充分流动时就开始交联硫化。4.气泡：欠硫或硫化压力不足；挥发份或水分太多；压出或压延过程中夹入空气；硫化温度太高。,谢 谢！,