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1、橡胶模具设计应用实例主编 许发越机械工业出版社 2005年6月出版,总论（第一章） 橡胶模具设计基础（第二章） 橡胶模具设计方法（第三章） O形橡胶密封圈模具设计（第四章） 其他类型橡胶密封制品模具设计（第五章） 其他类橡胶制品模具设计（第六章）,橡胶模具设计,第一讲 橡胶总论第二讲 橡胶制品、轮胎第三讲 橡胶模具设计第四讲 橡胶加工,第一讲 橡胶,橡胶基础知识 种类 橡胶配方 橡胶的原始 橡胶 橡胶老化 橡胶老化的因素 结构 用途 橡胶加工 天然橡胶的规格划分 天然橡胶的成分 天然的橡胶来源 橡胶行业发展情况,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
2、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（T g）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。,橡胶的特性及其用途,橡胶具有
3、独特的高弹性性能、优异的抗疲劳强度、极好的电绝缘性能、良好的耐磨耗性能和耐热性；还具有良好的防振、不透水、不透气和化学稳定等性能。因此，橡胶在国防、航海、汽车、机械、化工、医疗和日常生活等各个方面，都得到广泛应用。,橡胶制品分为三类： 生产资料、生活用品、特种制品。 橡胶模制品 橡胶模制品也叫橡胶模型制品，是通过相应的模具来实现的，将胶料装入或注入模具型腔中，进行加压定型、加热硫化，即可得到橡胶模制品。,橡胶制品,工程巨胎,橡胶 提取橡胶树、橡胶草等植物的胶乳,加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。 高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物
4、中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。,种类 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年代开发的热塑性橡胶，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。,橡胶基础知识,橡胶rubber,橡胶的分类,按来源 :天然橡胶、合成橡胶 按用途 ：通用橡胶、特种橡胶、专用橡胶 按物理状态：生橡胶、熟橡胶、硬橡胶、 混炼胶、再生胶 按形
5、态:板块固态橡胶、粉末橡胶、液体橡胶、热塑性橡胶,配方 不同的橡胶搭配配合剂应适当参照基础配方，如下； 橡胶主胶、 氧化锌、 硬脂酯、 防老剂、 促进剂、 硫磺、 碳黑、 氧化镁。碳黑比表面积研究是非常重要的，,橡胶配方,1. NR(天然胶) 100 5 2 （PBN 1） (DM 1) 2.5 2 SBR（丁苯松香） 100 3 1 （NS 1） 1.75 （炉法50） 3. CR（氯丁） 100 5 0.5 （D2） （NA-22 0.35） （SRF29） 4 4. IIR（丁基） 100 5 3 TMTD 1 1.75 （HAF50） 5. NBR（丁腈） 100 5 1 DM 1 1
6、.5 (瓦斯40) 6. BR（顺丁） 100 3 2 （103油15） NS0.9 1.5 （HAF60） 7. IR（异戊） 100 5 2 NS0.7 2.25 (HAF35) 8. EPDM（三元乙丙 ） 100 5 1 (环烷油15) M0.5TMTD1.5 1.5 (HAF50) 9. CSM（氯磺化聚乙烯）100 黑SRK40一氧化铅25DM0.5DPPT 2白氧化镁4DPPT2 季戊四醇3 10. CIIR（氯化丁基） 100 3 1 DM2TMTD1 （HAF50）2,橡胶配方,11. PSR（聚硫） 100 10 0.5 DM0.3DPD0.1 （SRK60） 12. AC
7、M（丙烯酸酯） 100 FEF60硬脂酯钾0.75防RD1硬脂酸钠1.75硫磺 0.25 13. PUR（聚氨酯） 100 古马隆15M1 DM4促进剂Caytur4 0.35硫磺0.7 5硬脂酸镉0.5HAF30 14. CO（氯醇） 100硬 脂酸铅2 FEF30 铅丹1.5 防老剂 NBC2 促进剂NA-22 1.2 15. FKM（氟橡胶） 100中裂子热裂炭点（MT）20氧化镁15硫化剂Diak3* 3.0。 16. Q（硅橡胶） 100 硫化剂BOP ，气相法，结构控制剂。,橡胶配方,促进剂的互换关系 DM 1 =CZ 0.5-0.61 DM 1 =M 0.52-0.8 DM 1
8、=NOBS 0.63-0.69 DM 1 =TMTD 0.08-0.10 NOBS 1 =DM 1.43-1.6 NOBS 1 =TMTD 0.1 NOBS 1 =M 0.7-0.75 CZ 1 =NOBS 1.2-1.3,橡胶配方,橡胶的原始分类,橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。 天然橡胶主要来源于三叶橡胶树，当这种橡胶树的表皮被割开时，就会流出乳白色的汁液，称为胶乳，胶乳经凝聚、洗涤、成型、干燥即得天然橡胶。 合成橡胶是由人工合成方法而制得的，采用不同的原料（单体）可以合成出不同种类的橡胶。,天然橡胶,合成橡胶,线型结构：未硫化橡胶的普遍结构。由于分子量很大，无外力作用下，呈细团状。当外力作用
9、，撤除外力，细团的纠缠度发生变化，分子链发生反弹，产生强烈的复原倾向，这便是橡胶高弹性的由来。 支链结构：橡胶大分子链的支链的聚集，形成凝胶。凝胶对橡胶的性能和加工都不利。在炼胶时，各种配合剂往往进不了凝胶区，形成局部空白，形成不了补强和交联，成为产品的薄弱部位。 交联结构：线型分子通过一些原子或原子团的架桥而彼此连接起来，形成三维网状结构。随着硫化历程的进行，这种结构不断加强。这样，链段的自由活动能力下降，可塑性和伸长率下降，强度，弹性和硬度上升，压缩永久变形和溶胀度下降。,橡胶结构,橡胶硫化后的结构,常用橡胶,1. 天然橡胶（NR） 2. 异戊橡胶（IR） 3. 丁腈橡胶（NBR） 4.
10、丁基橡胶（IIR） 5. 乙丙橡胶（EPM EPDM） 6. 乙稀酸脂橡胶（AR） 7. 聚氨脂橡胶（UR） 8. 硅橡胶（SR） 9. 聚硫橡胶（PSR） 10.氟橡胶（FPM）,橡胶分类,1900年1910年化学家C.D.哈里斯(Harris)测定了天然橡胶的结构是异戊二烯的高聚物，这就为人工合成橡胶开辟了途径。 1910年俄国化学家SV列别捷夫(Lebedev，18741934)以金属钠为引发剂使1，3丁二烯聚合成丁钠橡胶，以后又陆续出现了许多新的合成橡胶品种，如顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶等等。合成橡胶的产量已大大超过天然橡胶，其中产量最大的是丁苯橡胶。,通用橡胶 是指部分或全部代替天
11、然橡胶使用的胶种，如丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等，主要用于制造轮胎和一般工业橡胶制品。通用橡胶的需求量大，是合成橡胶的主要品种。 丁苯橡胶 丁苯橡胶1是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是产量最大的通用合成橡胶，有乳聚丁苯橡胶 、溶聚丁苯橡胶 和热塑性橡胶（ SBS ）。 顺丁橡胶 是丁二烯经溶液聚合制得的，顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性，还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝大部分用于生产轮胎，少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。顺丁橡胶的缺点是抗撕裂性能交差，抗湿滑性能不好。,橡胶分类,异戊橡胶 异戊橡胶是聚异戊二烯橡胶的简称，采用溶液聚合法生产。异戊橡胶与天然橡胶一样，
12、具有良好的弹性和耐磨性，优良的耐热性和较好的化学稳定性。异戊橡胶生胶（未加工前）强度显著低于天然橡胶，但质量均一性、加工性能等优于天然橡胶。异戊橡胶可以代替天然橡胶制造载重轮胎和越野轮胎还可以用于生产各种橡胶制品。 乙丙橡胶 乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要原料合成，耐老化、电绝缘性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡胶可大量充油和填充碳黑，制品价格较低，乙丙橡胶化学稳定性好，耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。乙丙橡胶的用途十分广泛，可以作为轮胎胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件，还可以作电线、电缆包皮及高压、超高压绝缘材料。还可制造胶鞋、卫生用品等浅色制品。,橡胶分类,氯丁橡胶 它是以氯丁二烯为主要原料，通
13、过均聚或少量其它单体共聚而成的。如抗张强度高，耐热、耐光、耐老化性能优良，耐油性能均优于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性较高，耐水性良好。氯丁橡胶的缺点是电绝缘性能，耐寒性能较差，生胶在贮存时不稳定。氯丁橡胶用途广泛，如用来制作运输皮带和传动带， 电线、电缆的包皮材料，制造耐油胶管、垫圈以及耐化学腐蚀的设备衬里。,橡胶分类,橡胶材料的主要性能指标,1. 邵尔硬度 2. 伸长率 3. 拉伸强度 4. 脆性温度 5. 永久变形 6. 老化系数,橡胶的成型性能 生橡胶是一种高分子量的聚合物，不能直接使用，只有通过硫化，在加热的条件下，生橡胶与硫化剂发生化学
14、反应，从而使橡胶的塑性改变为弹性。,橡胶及其制品在加工，贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用而引起橡胶物理化学性质和机械性能的逐步变坏，最后丧失使用价值，这种变化叫做橡胶老化。 表面上表现为龟裂、发粘、硬化、软化、粉化、变色、长霉等。 橡胶老化的因素 氧 a）氧、氧在橡胶中同橡胶分子发生游离基链锁反应，分子链发生断裂或过度交联，引起橡胶性能的改变。氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。 臭氧 B臭氧、臭氧的化学活性氧高得多，破坏性更大，它同样是使分子链发生断裂，但臭氧对橡胶的作用情况随橡胶变形与否而不同。当作用于变形的橡胶（主要是不饱和橡胶）时，出现与应力作用方向直的裂纹，即所谓“臭氧龟裂”
15、；作用于变形的橡胶时，仅表面生成氧化膜而不龟裂。,橡胶老化,热 C）热：提高温度可引起橡胶的热裂解或热交联。但热的基本作用还是活化作用。提高氧扩散速度和活化氧化反应，从而加速橡胶氧化反应速度，这是普遍存在的一种老化现象热氧老化。 光 D)光：光波越短、能量越大。对橡胶起破坏作用的是能量较高的紫外线。紫外线除了能直接引起橡胶分子链的断裂和交联外，橡胶因吸收光能而产生游离基，引发并加速氧化链反应过程。经外线光起着加热的作用。光作用其所长另一特点（与热作用不同）是它主要在橡表面进生。含胶率高的试样，两面会出现网状裂纹，即所谓“光外层裂”。,橡胶老化,机械应力 E)机械应力：在机械应力反复作用下，会使
16、橡胶分子链断裂生成游离荃，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活化氧化过程。哪能个占优势，视其所处的条件而定。此外，在应力作用下容易引起臭氧龟裂。 水分 F)水分：水分的作用有两个方面：橡胶在潮湿空气淋雨或浸泡在水中时，容易破坏，这是由于橡胶中的水溶性物质和亲水基团等成分被水抽提溶解，水解或吸收等原因引起的。特别是在水浸泡和大气曝露的交替作用下，会加速橡胶的破坏。但在某种情况下水分对橡胶则不起破坏作用，甚至有延缓老化的作用。,橡胶老化,油 G）橡胶制品在使用过程如果和油类介质长期接触，油类能渗透到橡胶内部使其产生溶胀，致使橡胶的强度和其他力学性能降低。油类能使橡胶发生溶胀,是因为油类渗入橡胶后，产生了分子相互扩散，使硫化胶的网状结构发生变化。 其他因素 H)其它:对橡胶的作用因素还有化学介质、变价金属离子、高能辐射、电和生物等。,橡胶老化,龟裂,鼓包,不同用型橡胶的来源及应用特点,通用型橡胶的综合性能较好，应用广泛。主要有： 天然橡胶。从三叶橡胶树的乳胶制得，基本化学成分为顺- 聚异戊二烯。弹性好，
