橡胶基础知识.docx

橡胶基础知识.docx

《橡胶基础知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《橡胶基础知识.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

橡胶基础知识

橡胶基础知识

一、概述

橡胶是一类具有高弹性的高分子聚合物的统称，它们最典型的特点就是具有高弹性。

即使笼统地对橡胶进行定义，在分子结构上，也有20多种的种类，由于各种橡胶的制造方法，组成单体的不同，它们的特性也各不相同。

各种橡胶的共性：

1、高弹性

橡胶最典型的特点就是具有高弹性，与以杨氏模量来体现的弹性能量不同，即使对于百分之数百的变形也能够还原的所谓的“橡胶弹性”。

2、粘弹性

介于弹性体与完全流体中间的性质的物质为粘弹性体。

由于时间与温度条件的影响，对于外力引起的变形等呈现出蠕变和应力缓和的现象。

3、缓冲、减振性

橡胶的柔软性、高弹性、粘弹性等互相作用，显示出能够缓和声音和振动的传达作用。

所以被用在减少噪音和振动公害的对策中。

4、对温度的依赖性

高分子材料一般情况下诸多物性都受温度的影响，橡胶的粘弹性的倾向很强，受温度影响也很大。

橡胶在低温的情况下，呈玻璃态，容易脆化;而在高温的情况下，会出现软化、溶解、热氧化、热分解、燃烧等。

5、电绝缘性

与塑料相同，橡胶原先也是绝缘体。

被应用于绝缘表皮等方面，由于配方的不同，电绝缘特性也受到影响。

6、老化

相对于金属、木材、石材的腐蚀和塑料的劣化等，由于环境条件的影响引起的材质的变化在橡胶领域中被称为老化现象，总的说来，很难说橡胶是耐久性优良的材料。

紫外线、热、氧、臭氧、油、溶剂·药品、应力、振动等是产生老化的主要原因。

7、需要硫化（交联）

将橡胶的链状高分子之间用硫黄等硫化剂联结成网状结构的过程称做硫化（交联），硫化后由于网状结构不易塑性变形，强度等诸物性也得到了提高，使用温度的范围得到扩大，实用性也得到了提高。

8、需要配方

合成橡胶中，像聚氨基甲酸酯等，不需要配方剂（除了交联剂之外）的是比较例外的，一般情况下，橡胶是需要各种各样的配合剂的。

把选择这种配方剂的种类和添加量称做”建立配方”，在橡胶加工技术中必不可少。

9、其它特性

①密度

橡胶材料普遍密度较小，配合后会有所增大，与金属等相比可以说是较轻的材料。

橡胶原胶中，大多数是小于1的，EPDM0.86~0.87是最小的，氟素橡胶在1.8~2.0是最大的。

实用橡胶根据配方而不同，碳黑，硫黄的比重约是2，氧化锌等金属化合物是5.6等较重，有机系的配方剂大概是1，较多情况下比重是在1~2的范围内。

②硬度

橡胶一般都是偏柔软性。

即使是硬质胶，硬度也在肖氏硬度100度以内，比金属，甚至是大多数塑料也要低许多。

3透气性

总得说来，难以透过空气等气体，作为密封性器材使用。

丁基橡胶具有优良的不透气性，硅橡胶相对来说更容易透气。

4防水性

总的说来，具有防水性，吸水率比塑料大，在沸水中也可以达到百分之几十。

不同的胶种表现也不尽相同。

⑤耐化学药品性

总的说来，耐无机药品性强，几乎所有的橡胶都能耐得住低浓度的碱。

很多橡胶与氧化性的强酸接触会变脆。

受橡胶种类、配方剂的种类和量、温度等的影响，橡胶耐有机化学药品的性能各不相同，但均遵循极性相近相溶原则，溶解度参数相近相溶原则。

⑥耐磨耗性

是在轮胎、履带、鞋等的领域中，被特别要求的特性，比起因为滑动而产生的磨损来说，粗糙磨损更是问题。

聚氨酯橡胶，天然橡胶，顺丁橡胶等的耐磨损性比较优良。

⑦耐疲劳性

指的是反复变形和振动时的耐久性。

虽然追求的是生热小、裂口扩散慢、但也与由于机械的作用引起的材质的变化也有关系。

受橡胶的种类、力的振幅、变形速度、以及补强剂的影响。

⑧耐燃性

指的是材料接触到火时的着火性、燃烧速度等的比较。

但滴落性、产生气体的毒性、烟的多少也是问题。

因为橡胶是有机物，不可能不燃，但也在朝难燃化方向发展，也有像氟素橡胶和氯丁橡胶那样具有难燃性的橡胶。

⑨粘合性

总得说来，粘合性好。

溶于溶剂中，进行涂胶加工，通过这样的方法能具有橡胶系的粘合性。

实际使用在橡胶与橡胶、橡胶与纤维、橡胶与塑料、橡胶与金属等的接合中。

⑩毒性

在橡胶的配方剂中，有一部分的防老剂和可塑剂中存在有一些有害的物质，镉系的颜料等也应该引起注意。

今后对这方面的限制将更加地严格。

二、橡胶基本知识

1、胶料种类

1以用途分为通用（使用较为广泛）和特种（解决某一特性），

天然（NR）

丁苯（SBR）

顺丁（BR）

通用橡胶异戊（IR）

氯丁（CR）

三元乙丙（EPPM）

丁腈（NBR）

丁基（IR）

硅橡胶（MVQ）

氟硅橡胶（FMVQ）

氟橡胶（FKM）

特种橡胶氢化丁腈橡胶（HNBR）

聚丙烯酸脂橡胶（ACM）

氯磺化聚乙烯（CSM）

聚氨酯橡胶（PUR）

氯醚/醇橡胶（ECO）

聚硫橡胶（T）

乙烯-丙烯酸弹性体（AEM）

②、特性及用途

1）天然胶（NR）

优点:

综合性能是所有橡胶中最好的（拉伸性能、耐磨性、弹性、硫化特性等）,

属自补强结晶型橡胶,纯胶硫化胶就有很高的强伸性能。

缺点：

老化性能差，不耐非极性介质（油）。

用途：

轮胎、胶管、胶带橡胶靴、软管、胶带、减震器及各种工业橡胶制品。

2）丁苯胶（SBR）

合成橡胶中产量最大。

优点：

硫化安全性能好，耐磨性、弹性较好；分子量在加工过程中降到一定程度后不再降，可塑度均匀，硫化胶硬度变化小，易与不饱和橡胶并用。

缺点：

硫化胶强度低，配合剂分散性差，滞后损失大，生热高，耐寒性差，冷流大，粘着性差，热撕性能差。

用途：

主要用于轮胎胎面，输送带、胶鞋、防震制品、密封制品及其它工业用品，是汽车轮胎的主要材料，合成橡胶生产量的50%是SBR。

。

3）顺丁胶（BR）

特点：

高弹性（弹性最高）、滞后损失小；低温性能好；耐磨性优异；耐屈挠性优异；填充性好；与其它橡弹性体相容性好；水吸附性低。

缺点：

强度较低；抗湿滑性差；加工性能不好；加工过程中对温度较敏感；粘性较差；易冷流。

用途：

轮胎及各类橡胶制品。

4）异戊橡胶（IR）

合成天然胶，综合性能仅次于天然胶，通常作为天然胶的替代品。

特点：

质量均一；纯度高；塑炼时间短；加工简便；膨胀和收缩小；流动性好。

缺点：

纯胶张伸性能低；物理机械性能较天然胶差。

用途：

同天然橡胶。

5）氯丁橡胶（CR）

特点：

强度高（与天然胶相似，为自补强型橡胶）耐天候老化性能优良；阻燃；耐油；耐溶剂性能良好；耐水性；透气性较好。

缺点：

电绝缘性差；耐寒性不好；结晶倾向大。

用途：

减震制品、密封制品、海绵制品等，要求耐气候性的地方。

6）三元乙丙胶：

特点：

耐臭氧性能突出；耐候性及热氧老化性能良好；对极性化学品稳定（水、醇、酸等）；电绝缘性优异；密度小；质轻；填充性能高；能大量填充填充剂及油类；耐水及水蒸汽性能优良。

缺点：

硫化速度慢；自粘性及互粘性差；易燃；气密性差；不耐油及非极性溶剂。

用途：

汽车零件、电气制品、密封条，水管，工业制品（耐酸、碱、氧化剂、水等）、建筑材料。

7）丁腈橡胶

特点：

耐非极性及弱极性溶剂性能优异；炭黑补强的硫化胶强伸性能较好；耐弱酸、弱碱性能良好；气密性好；耐水性较好。

缺点：

耐寒性较差；耐老化性能差（热、氧、臭氧）；高丙烯含量的丁腈胶耐水性差；电绝缘性不好，属于半导体材料。

用途：

制品多用于O型圈、油封、膜片、垫片、燃料管辊、耐油性模制品等。

8）丁基橡胶

特点：

气密性优异；热氧老化性能好；耐候性突出；抗臭氧性能优异；耐水性优异；耐极性溶剂；电性能突出。

缺点：

硫化速度慢；自粘性差；相容性差。

用途：

汽车内胎及胎侧；密封制品；绝缘制品。

9）硅橡胶：

特点：

耐高低温性能优异，压缩永久变形低；电绝缘性、疏水性、耐候性、耐臭氧老化性突出；有良好的生理惰性。

缺点：

物理机械性能较差，除某些特殊品种外，对极性介质的抵抗性较差。

用途：

国防（航空航天）、电子、电气、纺织、医疗卫生、交通运输等行业。

10）氟橡胶

优点：

耐高温、耐油及特种化学药品的侵蚀；耐磨性好、耐候、耐臭氧性突出；阻燃性好；离水自熄。

缺点：

工业性能较差；较难配炼低硬度胶料；电绝缘性不好；价格昂贵。

用途：

主要用于国防、航空、航天工业及其它一些耐高温油制品（汽车、造船、化学、石油、电讯、仪表、机械等）。

11）聚氨酯橡胶

优点：

耐磨性优异；强度高；耐溶剂性和耐老化性好；有固、液及热塑性三种状态。

缺点：

耐水性差（尤其是高温水或有酸、碱存在的情况下）；滞后损失大。

用途：

耐磨制品、高强度耐油制品及高硬度、高模量制品（采矿、汽车工业、纺织机械、制鞋业、机械运输及其它通用制品）。

12）氯磺化聚乙烯

优点：

抗臭氧性能优异；耐热老化性及耐候性优异；机械性能及耐燃性良好；耐油及其它化学药品。

缺点：

压缩永久变形大，低温性能差；自粘性及互粘性差；成本较差。

应用：

胶管、胶带、汽车部件、自动扶梯扶手及其它耐老化、耐热、耐水的橡胶件。

13）丙烯酸酯橡胶

优点：

耐热氧老化、耐油性优异。

缺点：

耐寒、耐水、耐溶剂性能差。

用途：

耐热、耐油制品。

2、塑炼

为了降低生胶粘度，使其性能均匀而进行的炼胶过程称为塑炼。

1）塑炼目的：

1降低生胶粘度；

2改善胶料性能均匀性；

3改善不同胶料共混性能。

2）方法：

1开炼机塑炼

工艺：

a）烘胶（50～60℃×8～48H）

b）切胶

c）破胶（破胶机或开炼机）

d）塑炼

开炼机属于低温塑炼，温度应低于55℃，温度越低，塑炼效果越好，辊距小，剪切力大，塑炼效果好。

操作方法：

a）设备运转正常的情况下，将辊距调整到1mm以下，冷却辊筒。

b）靠大牙轮一端投料，使之通过辊筒间隙落入料盘，然后转动90°

重新翻入辊筒间隙薄通。

c）塑炼达到工艺规定时间或次数后，放厚辊距下片，分段塑炼的塑

炼胶应注明生胶名称，种类，生产日期及塑炼人等。

2密炼机塑炼：

密炼机塑炼属高温塑炼，温度越高，塑炼效果越好（160℃～180℃）。

3螺杆机塑炼

属高温塑炼，塑炼效率高，但塑炼胶性能稍差。

3）各种橡胶的塑炼特性

①天然胶

大部分天然胶在加工过程中都要进行塑炼，以降低其生胶的硬度、粘度和弹性，改善工艺性能，增加可塑性，使填充剂和配合剂良好的分散，同时降低压出胶料的收缩性及出口膨胀性。

一般地天然胶比较容易塑炼，同时，随着薄通次数的增加，可塑度迅速升高，胶料加工性能改善，但物理机械性能也随之下降，故而在塑炼时要注意过炼。

②合成橡胶

合成橡胶塑炼较天然胶要困难。

a）丁苯橡胶：

软丁苯一般无需塑炼，可直接混炼，但为了使配合剂分散均匀，提高产品质量，软丁苯也应进行一定时间的塑炼，但塑炼效果不如天然胶。

高门尼粘度的丁苯胶塑炼效果明显，薄通次数愈多，门尼粘度愈低，加工性显著改善。

b）顺丁橡胶：

顺丁橡胶具有冷流性，分子量低，缺乏塑炼效果，故而一般不需塑炼。

c）氯丁橡胶：

通用型及54-1型氯丁胶一般不需要单独进行塑炼，但是贮存期间可塑度会逐渐降低，因此仍需塑炼，以获得所要求的可塑度。

氯丁胶低温放置容易结晶，变硬，加工前应先热处理（50～60℃3hr），以解除结晶。

氯丁胶对温度敏感，随着温度增高，氯丁胶在辊筒上状态发生变化，甚至发粘，粘辊，无法进行操作，因此氯丁胶混炼时辊温应在40℃以下。

d）丁腈橡胶：

硬丁腈橡胶工艺性能差，必须进行塑炼，只有经过充分塑炼，才能进行下步加工，丁腈胶由于韧性大，塑炼生热大，收缩剧烈，塑炼特别困难，为了获得较好的塑炼效果，应采用低温薄通法且尽可能的减少容量及缩小辊距，有时需分段塑炼。

e）丁基橡胶：

丁基橡胶一般不需塑炼便可直接混炼。

f）乙丙橡胶：

乙丙橡胶化学性质稳定，缺乏塑炼效果，一般生胶薄通5-6次后包辊即可混炼。

g）氯磺化聚乙烯：

性质稳定，塑炼效果不明显，且生胶门尼粘度较低，能适合加工要求，因此无需塑炼。

h）丙烯酸酯橡胶：

丙烯酸酯橡胶塑炼中会断链，粘度显著下降，由于生胶有热塑性倾向，因此应低温塑炼。

i）聚氨酯橡胶（混炼型）：

聚氨酯橡胶硬度较高，为避免损伤设备，需先在60～70℃下烘1～2小时，切成小条进行塑炼。

j）氟橡胶：

氟橡胶分子刚性大，性质稳定，缺乏塑炼效果，因此一般不需要进行塑炼。

k）硅橡胶：

硅橡胶具有较高的可塑性，一般为粘流态，不需要进行塑炼。

3、各种橡胶的混炼特性

1混炼：

是为了提高橡胶产品使用性能，改进工艺及降低成本，在生胶中加入各

种配合剂的过程。

混炼过程其实是一种橡胶改性过程，在混炼过程中机械一化学反应广泛地起作用，并且对制备的混炼胶的工艺性能和最终产品的质量有着决定性的影响，因此，绝不能把混炼简单地看作为生胶与配合剂的简单混合，混炼胶质量对胶料进一步加工和制品性能具有决定影响，混炼不好，就会使下道工序无法正常进行，导致成品质量下降。

要保证混炼质量，混炼工艺必须达到：

a）使各种配合剂均匀地分散在胶料中，保证胶料性能的一致性。

b）使配合剂达到一定分散度，并与生胶产生结合橡胶。

c）使胶料具有一定的可塑度，保证各项加工操作顺利进行。

d）混炼速度快，生产效率高，能耗小。

2各种橡胶的混炼特性

Ⅰ）天然胶

天然胶具有良好的混炼性能，吃粘较快，但天然胶混炼对时间敏感，时间过短，混炼胶表面显现颗粒状；混炼时间长，又会导致过炼，所以掌握混炼时间是关键。

天然胶开炼宜在45～55℃内进行，软化剂量不宜太多，以防打滑，软化剂宜在炭黑加工后加入，过炼粘辊时可加入硬脂酸。

Ⅱ）丁苯橡胶

丁苯胶混炼的关键是炭黑的良好分散，为此，原则上是炭黑投入并在生胶中分散后经过一段时间再加入软化剂，软化剂提前加入会使炭黑软化剂结块，致使胶料物理机械性能下降，但是炭黑完全分散后，胶料易破碎，延长混炼时间，降低混炼效率，故而多在炭黑加入2/3～4/5时加入软化剂。

丁苯橡胶混炼时生热大，装前容量应小于天然胶，辊距也应较小，以利散热，辊温宜在60±5℃。

开炼机混炼时，辊距影响较大，辊距为2mm时，胶料拉伸强度最多，1mm以下时性能下降严重，3mm以上时分散不良。

混炼加料顺序：

生胶——硬脂酸、氧化锌、防老剂、硫磺——填充补强剂（炭黑等）软化剂——促进剂——薄通——下片

Ⅲ）顺丁橡胶

顺丁橡胶在混炼过程中，生胶呈破碎状，配合剂分散不良，易发生脱辊，一般与天然胶、丁苯胶等并用。

顺丁橡胶宜采用二段混炼法，辊温宜低，辊距宜小，第一段先加生胶，氧化锌和防老剂混合后薄通，然后加炭黑，硬脂酸和油类，混炼均匀后出片停放，第二段辊温宜40℃以下，混匀后加促进剂，最后加硫磺，混匀后薄通。

Ⅳ）氯丁橡胶

氯丁橡胶易形成凝胶，对混炼造成不良影响。

混炼时间长，凝胶少，但胶料可能严重降解、粘辊；混炼时间短，凝胶含量多，配合剂分散不良，物理机械性能较差，混炼初期必须破坏原有凝胶，使炭黑在最短时间内分散，氯丁胶是结晶型橡胶，混炼前宜在70~80℃以下加热软化。

加料顺序：

生胶——氯化镁——防老剂、防焦剂——硬质填充剂——软质填充剂——软化剂——油——促进剂——薄通下片

注意事项：

氯化镁不能吸潮；

高耐磨炭黑易引起焦烧，应分批少量加入；

氧化锌和促进剂必须在后期加入；

配合剂混入前不要割刀，混入后勤割刀；

注意辊筒冷却。

Ⅴ）丁腈橡胶

丁腈橡胶混炼的特点是混炼能耗高，配合剂难分散，丁腈胶混炼时生热大，在高温和高机械加工用下易产生结构化，因此，升高温度会使胶料粘度增大，导致混炼困难，在加料最好分批加入炭黑及软化剂，为减慢结构化过程，软化剂和炭黑可同时加入。

硫磺在丁腈胶中分散困难，应在混炼初期加入。

加料顺序：

生胶——硫磺、氧化锌、固体软化剂、增塑剂——防老剂、活性剂（硬脂酸等）——炭黑、液体软化剂（分批加入——促进剂——翻炼冷却——薄通——翻炼下片。

Ⅵ）丁基橡胶

丁基橡胶自粘性差、包辊性差，在混炼时应将辊距调小，待生胶薄通包辊后再加入各种配合剂。

由于混炼时炭黑分散，因此应先加入，后加软化剂。

混炼顺序：

生胶——氧化锌、硬脂酸——填充剂、部分软化剂——剩余软化剂——硫化剂、促进剂。

Ⅶ）乙丙橡胶

乙丙橡胶混炼时容易与配合剂混合，不易发生过炼，乙丙胶包辊时对温度敏感，为使填充剂快速分散均匀，混炼温度应高于一般合成胶。

乙丙橡胶自粘性差，不易包辊，因此，须用小辊距使其包辊后，再逐渐放宽辊距，加入配合剂。

加料顺序：

生胶——氧化锌、防老剂、部分填充剂——操作油及剩余填充剂——硫化剂、促进剂——硬脂酸

Ⅷ）氯磺化聚乙烯

氯磺化聚乙烯包辊性良好，性能稳定，不宜过炼，但由于混炼时生热大，应注意焦烧。

加料顺序：

生胶——氧化镁、硬脂酸——填充剂——软化剂——促进剂、硫化剂

注意：

在加软化剂的过程中，不能割刀，否则会使胶料粘辊，粘辊时可加入硬脂酸。

Ⅸ）硅橡胶

硅橡胶混炼工艺

Ⅹ）氟橡胶

氟橡胶门尼粘度高，刚性大，炼胶时会对辊筒产生较大的横压力，并消耗较多的电能，故装胶容量要比一般胶料小的多。

氟橡胶混炼时生热大，易焦烧，因此，要控制较小的辊距，辊温控制在50～60℃，混炼开始时，生胶先薄通10次，形成均匀的包辊胶，然后加入配合剂。

加料顺序：

生胶——增塑剂——活性剂——补强剂——硫化剂——薄通——下片

3#硫化剂可与少量填料拌合后投加。

混炼胶使用前要经薄通返炼，破坏凝胶，使配合剂分散均匀。

Ⅺ）聚丙烯酸酯橡胶

聚丙烯酸酯橡胶粘辊严重，混炼困难，因此，混炼时辊温要低，胶料粘辊时加入少量硬脂酸。

用多元胺硫化时宜采取两段混炼。

加料顺序：

生胶——炭黑——硬脂酸、防老剂——硫化剂

Ⅻ）混炼型聚氨酯

混炼时辊温特别重要，过低易脱辊，过高又粘辊，加入硬脂酸（少量）可以解决粘辊。

聚氨酯生胶较硬，混炼前切成小条，薄通6～7次，包辊后放宽辊距，再加入硬脂酸，均匀后加补强剂及硫化剂，最后加硬脂酸，翻炼薄通。

4、混炼胶快检

为了控制混炼质量，及时纠正不合格，必须对混炼胶进行快检。

1）快检项目

a）分散度

b）可塑度

c）相对密度

d）硬度

e）门尼粘度

2）方法及工具或设备

a）分散度采用目测或显微镜检查

Ⅰ）目测

把胶膜拉伸后观察胶料断面光泽的明暗及有无结聚粗粒来判定配合剂是否分散均匀。

Ⅱ）显微镜检查

将混炼胶切片放在显微镜下观察炭黑分散情况，有无结团现象，如混炼均匀，则观察到切片一面细致，无结团。

如切片中有不连续的小块，则分散不均。

b）可塑度测定

从每车混炼胶不同部位取三个试样，测定它们的可塑度，检验此混炼胶的可塑度是否符合规定及是否混炼均匀。

c）相对密度测定

从每车混炼胶不同部位取三个试样来测定混炼胶的相对密度（方法：

氯化锌

水溶液法，密度瓶法等），以此来检查是否漏加或多加配合剂，以及是否混炼均匀。

d）硬度测定

从每车不同部位取三个试样，硫化后测定它们的硬度，若硫化后硬度不符合

要求或各部位硬度不一，则说明填充剂或其它配合剂用量可能有差错或混炼不均匀。

e）门尼粘度测定

用门尼粘度计或流变仪来测定胶料的门尼粘度，用以判定混炼胶混炼的均匀

性及配合剂加入的准确性，同时检验混炼胶的流动性及加工性能。

5、不合格混炼胶的处理

对不合格混炼胶的处理，首先要查明产生不合格的原因，然后根据分析结果对此混炼胶进行适当的处理。

处理方法：

①补充加工;

②与合格混炼胶掺用；

③降级处理或另作它用；

④报废。

1）补充加工法

a）补充混炼

对于由于配合剂分散不均匀所产生的不合格（硬度、可塑度、相对密度或机械性能不均匀），可以补充混炼（开炼机炼）

b）补加配配合剂

由于配合剂漏加而产生的不合格，按配方要求补加相应配合剂混炼均匀。

c）换算配方

由配料错误（配合剂多加或少加）而产生的不合格胶料，可另行混炼一车胶料（配合剂根据不合格配料量加入），使两车胶料合二为一后成为合格胶料。

d）过滤

夹杂有纸屑、线头、石子等杂质的胶料，采用滤胶机除去杂质。

2）掺用

视不合格程度与正常胶料掺加使用，偏差小的可多掺，偏差大的则应少掺。

3）降级处理或转为它用

对于机械性能不符合产品技术要求的胶料，无法补充加工时，可将其用于生产另外能满足其技术要求的产品，若机械性能偏差太大时，则应降级处理。

4）报废

无法达到使用要求时，报废，不损害产品质量。