橡胶工艺学绪论

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1、主要内容： （1）橡胶的概念与特征 （2）橡胶工艺学的主要内容 （3）橡胶的发展历史及趋势 （4）橡胶的应用 本章重点与难点： （1）橡胶的概念 （2）橡胶材料的特征 （3）橡胶配方的组成及作用,一、橡胶（rubber)的概念及特征,有机高分子材料（polymer),高弹性 (elasticity),硫化（curing),硫化橡胶不溶解，但能溶胀,粘弹性 (viscoelasticity),永久变形(set)小,形变回复迅速而有力回弹性（elastic resilience）,小应力（stress）下大变形（strain）（1000%）,弹性模量(elasticity modulus)低,高弹

2、性（橡胶最典型特征）表现,粘弹性（ viscoelasticity）,蠕变（creep）,应力松弛（stress relaxation）,滞后损失（hysteresis loss）,粘弹性,抗冰滑性,抗湿滑性,滚动阻力,生热性,损耗因子（loss tangent）,轮胎的高速行驶性能，生热,轮胎抗湿滑和抗冰滑能力,汽车耗油能力,减震制品的减震能力，阻尼,橡胶的加工性能,tan 的作用,heat generation,wet skid resistance,ice skid resistance,vibration damping,damp,processing property,其他概念,橡胶

3、材料的特征,特征,高弹性、粘弹性,气密性、耐水、 能燃烧、比重轻,电绝缘性 (insulating property),有老化（aging）现象,传热慢,模量低、强度低,gas-tightness,conduction of heat,性能测试,橡胶配合 配合与配方 配合内容 配方组成 各成分作用 表示方法 配方设计,橡胶加工 炼胶(compounding) 压延(calendering) 挤出(extruding) 成型(assembling) 硫化(curing),Text,二、橡胶工艺学主要内容,compound,formula/recipe,formulation,是指根据制品的性能要

4、求，考虑加工工艺性能及成本等因素，将生胶和各种配合剂按照一定的比例组合在一起的过程。 橡胶配方：生胶与各种配合剂按照一定比例的一种组合，称为一种配方。 橡胶配合的主要内容： （1）确定生胶及配合剂的品种 （2）确定配合剂的用量和配比 （3）确定配合剂的性能指标 （4）计算配方成本,（一）橡胶的配合,1、橡胶配方的组成,配方,生胶(raw rubber)：天然橡胶、通用合成橡胶、特种合成橡胶,硫化体系(curing system)：由硫化剂、促进剂、活化剂组成,补强填充体系：补强剂（炭黑、白炭黑、短纤维等）、 填充剂（碳酸钙、陶土、滑石粉、粘土）,防护体系：防老剂、光屏蔽剂、防霉剂,增塑与操作体

5、系：增塑剂、润滑剂、分散剂、防焦剂等,特种配合体系：增粘剂、着色剂、阻燃剂、导电剂、发泡 剂、抗静电剂、香味剂、抗返原剂等,2、橡胶配方各成分的作用,生胶：主体材料或基体材料，决定制品主要性能 硫化体系：硫化剂的作用是与橡胶大分子反应， 形成交联键，提高制品的性能和 稳定制品的形状； 促进剂的作用是加快硫化反应速度， 提高生产效率； 活化剂的作用是降低反应活化能（温 度），使硫化反应更容易发生。,curing agent,accelerator,activator,补强填充体系：补强剂的作用是提高橡胶的强度，改善加工性能 填充剂(filler)的作用是降低成本。 防护体系：防老剂作用是延缓老化

6、，延长制品使用寿命。 增塑与操作体系：增塑剂:改善橡胶的加工性能，降低成本，改善 硫化胶的某些性能。 分散剂:改善配合剂在橡胶中的分散性。 防焦剂:延长焦烧时间，改善加工安全性 。 均匀剂:改善橡胶之间的相容性。 润滑剂:改善橡胶的流动性和预防粘辊 脱模剂:改善制品的脱模性,reinforcing agent,anti-ager,plasticizer,dispersant,anti-scorcher,uniform agent,lubricator,stripping compound,3、橡胶配方的表示方法,（1）质量份配方（又称基本配方） 生胶的质量为100份，其他配合剂相对以质量份（m

7、i）表示的配方。 （2）质量百分数配方(recipe of percentage by mass) mi%=(mi/mi) 100% （3）体积百分数配方(recipe of percentage by volume) Vi%= (Vi/Vi) 100% （4）生产配方(production formula) Mi=(炼胶量Q/ mi) mi,base recipe,生胶 硫化剂 促进剂 活化剂 补强剂 填充剂 增塑剂 防老剂 ,混炼,压延,挤出,胶片,胶布,胎面,胎侧,胎圈,成型,垫胶,硫化,成品,（二）橡胶基本加工工艺,和面,擀皮,挤面条,包饺子、做花卷,蒸煮,（三）橡胶测试,测试内容,原

8、材料的质量检验：元素组成、粒径、灰分、 挥发份、含水率、表面积、结构度、 pH值、金属离子含量等,加工过程中质量控制：半成品检测，如混炼胶 的门尼黏度、门尼焦烧、硫化特性、 配合剂分散性以及工艺条件的测试,成品质量检测：胶料的物理机械性能、成品的 使用性能如模拟实验、实用实验等,（四）常用物理性能的意义,（1）可塑度 胶料产生塑性变形的程度，反映胶料的流动性。通常用P表示，其值在01之间，该值越大，流动性越好。用威氏、华氏、德弗三种塑性计测。,威氏可塑度,华氏可塑度：P=1h,plasticity,1、混炼胶的性能,（2）门尼黏度(Mooney viscosity) 用门尼粘度计(Mooney

9、 viscometer)测量的橡胶的本体黏度，该值越大，胶料的黏度越高。常用ML1+4100表示。,（3）门尼焦烧(Mooney scorch time),在120 下，从开始加热起，至胶料的门尼从最低值上升5个门尼值所需要的时间，用T5表示。反映胶料的加工安全性，该时间越长，加工过程中越安全，不易出现焦烧(scorch)现象。,（4）硫化特性(cure characteristics),用硫化仪(cure meter)测硫化曲线，获得胶料的硫化特性参数，如焦烧时间(scorch time)、正硫化时间(optimum cure time)长短、硫化速度快慢、交联程度、返原(reversion

10、)现象及程度等。,2、硫化胶性能,（1）拉伸性能（用电子拉力机测试） 拉伸强度(tensile strength)：试样拉断时单位面积上所受到的拉伸力，单位：MPa 定伸应力(tension modulus)：试样拉伸到一定长度时单位面积上所受到的拉伸力，单位：MPa 拉断伸长率(elongation at break)：试样拉伸断裂时伸长的长度与原长的比值，用%表示。 拉伸永久变形(tension set at break)：试样拉伸除掉外力后残留在试样中不可恢复的变形，用%表示。,tensile properties,（2）撕裂性能（用电子拉力机测试）,撕裂强度(tear strength

11、)：将一定形状的试样撕裂单位厚度所需要的最大拉伸力，单位：kN/m。反映胶料的抗撕性能(tear resistance)。,（3）弹性（用冲击弹性试验仪测定）,回弹性(rebound elasticity)又称冲击弹性，是指试样受到冲击后迅速由变形状态恢复原状的能力，用%表示。可间接反映胶料滞后损失大小。,试样,（4）硬度（多用邵尔A硬度计测定）,硬度(hardness)试样抵抗外力压入的能力，反映胶料在压缩状态下变形能力大小。,（5）耐磨性(wear resistance),阿克隆磨耗：试样在一定压力下在粗糙表面上运行1.61km所磨下来的胶料的体积，用cm3/1.61km表示。 邵波尔磨耗

12、：又称DIN磨耗，试样在旋转的圆筒状粗糙表面运行40m所磨下来的胶料的体积，可用cm3/40m表示，但多用相对磨耗指数表示。,阿克隆磨耗实验机,邵波尔磨耗实验机,（6）疲劳特性（用屈挠疲劳实验机测试）,耐疲劳性(fatigue resistance)：试样在一定频率下屈挠一定次数后性能保持率，保持率大，耐疲劳性好。 疲劳寿命(fatigue life)：试样在一定频率下屈挠至断裂时的屈挠次数，次数多，疲劳寿命长。 疲劳裂口增长(fatigue crack growth)：预置裂口的试样在一定频率下屈挠，其裂口增长快慢，增长快，试样易断裂。,（7）耐老化性(age resistance),耐热氧

13、老化(heat and oxygen aging resistance)：用热空气老化箱测试试样在一定温度下老化一定时间后性能保持率，称老化系数。 耐臭氧老化(ozone aging resistance)：用臭氧老化箱测试试样在一定浓度的臭氧环境中老化一定时间后表面产生裂口情况。 耐天候老化(weathering resistance)：试样在自然条件下存放一定时间后性能的保持率。,（8）其他性能,耐介质性(solvent resistance)：如耐酸、碱、腐蚀介质、油等，用试样在上述条件下浸泡一段时间后体积变化或性能变化来反映。 抗湿滑性(wet skid resistance)：橡胶制

14、品在水或湿的路面上抓着力大小，抓着力大，抗湿滑性好，不易打滑。 滚动阻力(roll resistance)：轮胎等动态下使用的制品需要考察的指标，反映生热及耗油情况。,复习思考题,1、简要说明生胶、混炼胶、硫化胶的区别和联系。 2、橡胶最典型的特征是什么？高弹性有哪些表现？ 3、橡胶制品在受到周期性作用力或变形时为什么会温度升高？ 4、橡胶配方由哪些体系组成？各成分各起什么作用？ 5、橡胶基本加工工艺过程有哪些？ 6、橡胶测试包括哪些内容？ 7、橡胶材料有哪些特点？ 8、什么是橡胶配方？配方设计需要解决哪些问题？,Diagram,生 胶,本章主要内容,橡胶分类,橡胶结构与性能,天然橡胶,通用合

15、成橡胶,特种合成橡胶,生胶的选择,第一章 生胶,本章要求,要求,掌握各种橡胶的 名称及英文缩写,掌握橡胶结构 与性能的关系,掌握NR的分级、 结构与性能,掌握通用合成橡胶 的结构与主要性能,掌握自补强性、 回弹性、冷流性、 塑性保持率、 氧指数等概念,掌握主要特种合成 橡胶的主要性能,第一节 生胶分类,一、生胶分类及命名,生 胶,天然橡胶（NR）,合成橡胶（SR）,三叶橡胶树产NR,野生NR,通用合成橡胶,特种合成橡胶,丁苯橡胶（SBR）,顺丁橡胶（BR）,异戊橡胶（IR）,乙丙橡胶（EPR）,丁基橡胶（IIR）,氯丁橡胶（CR),丁腈橡胶（NBR）,氟橡胶（FPM）,硅橡胶（MVQ）,聚氨酯

16、橡胶（PU）,丙烯酸酯橡胶（ACM）,按来源和用途分类,按化学结构分类,生 胶,碳链橡胶,杂链橡胶,元素有机橡胶,不饱和非极性橡胶：NR、SBR、BR、IR,不饱和极性橡胶：CR、NBR,饱和非极性橡胶：EPM、EPDM、IIR,饱和极性橡胶：FPM、ACM、CSM、 CPE/CM、EVA,聚氨酯橡胶（PU）,聚硫橡胶（T）,氯醚/氯醇橡胶（CO、ECO）,硅橡胶（MVQ）,生 胶,按形态分类,固体橡胶,粉末橡胶,液体橡胶,传统交联橡胶,热塑性弹性体,按交联方式分类,二、生胶的用量,NR,SBR,BR,IIR,EPDM,NBR,CR,IR,特种橡胶,第二节 天然橡胶（Natural Rubber),一、天然橡胶分类,天然橡胶,三叶橡胶,野生橡胶,通用NR,特种NR,改性NR,烟片胶（RSS NO.15）,标准胶（SMR5L、5、10、20、50）,绉片胶