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橡胶制品基本知识（讲座）1.什么是橡胶？●橡胶是具有高弹性的高分子聚合物。经受外部应力（拉伸、压缩、剪切）时，可产生大应变，除去外力时，可迅速回复（接近）原状。生胶（未硫化胶）●橡胶硫化胶（交联橡胶）生胶是线性大分子，只有通过硫化（交联），线性大分子形成3维网状结构，成为硫化胶，才具有高弹性、抗形变和各种特性（如耐热、耐油、耐候、耐磨….)。除特殊制品外，橡胶制品都是硫化胶。2.主要橡胶品种和特性2.1品种●天然橡胶※（NR)(注：红色带※号的橡胶，洗衣机和其他家电使用较●合成橡胶有可能使用的胶种）◎异戊橡胶（合成天然橡胶，IR)◎丁苯橡胶※（SBR)◎顺丁橡胶※（BR)◎丁腈橡胶※（NBR）、氢化丁腈橡胶（HNBR）、丁腈橡胶/聚氯乙烯共混胶（NBR/PVC)◎氯丁橡胶※（CR)◎丁基橡胶（IIR)、氯化丁基橡胶※（CIIR)、溴化丁基橡胶(BIIR)◎乙丙橡胶（二元乙丙橡胶—EPM、三元乙丙橡胶※—EPDM)◎氯醚橡胶（均聚氯醚橡胶—CO、二元氯醚橡胶—ECO、三元氯醚橡胶—GECO)◎丙烯酸橡胶（ACM)、乙烯/丙烯酸酯橡胶(VAMAC)◎硅橡胶※（MVQ，有的图纸写作Si—不规范）◎氟橡胶（FKM)◎氟硅橡胶（MFVQ)◎聚氨酯橡胶（PU)◎氯化聚乙烯橡胶（CM)◎氯磺化聚乙烯橡胶（CSM）◎聚硫橡胶（T)◎乙烯/醋酸乙烯橡胶（EVM)……通常生橡胶为固态（胶包、胶片、胶块、胶粒或松散絮状），有些品种有胶乳（如天然胶乳、羧基丁苯胶乳、丁腈胶乳……)液体橡胶（如丁腈胶乳……)●热塑性弹性体（TPE、TPR）●●合成型热塑性弹性体◎苯乙烯系热塑性弹性体（SBS、SEBS、SEPS、SIS)◎聚酯系热塑性弹性体（TPEE)◎热塑性聚氨酯弹性体（TPU、PUR)●●橡塑共混型热塑性弹性体●●●部分动态硫化热塑性弹性体（TPO)●●●全动态硫化热塑性弹性体（TPV)◎热塑性乙丙橡胶（EPDM/PPTPV)◎其他许多种TPV（略）●再生胶、胶粉2.2特性（已复印编写的《各种橡胶性能一览表》发给大家，供工作中参考，下面对有关品种简介）●天然橡胶◎橡胶树→割胶→胶乳→凝固→加工→胶片◎优点：强度高、弹性好、耐磨、耐疲劳、耐寒、工艺性能好…..缺点：耐热不高、不耐油、耐老化（臭氧、热、氧、天候）差…..◎应用：最广泛。轮胎、胶管胶带、胶鞋、减震…..●合成橡胶合成橡胶品种很多，原料复杂，工艺流程长原料：石油→大多数合成橡胶电石→氯丁橡胶氟石→氟橡胶；萤石→硅橡胶；粮食→酒精→丁苯橡胶（50年代）单体：1种→均聚胶；2种→二元胶；3种→三元胶…..催化剂：各公司有差别，属技术秘密聚合方式：乳液聚合（多）、溶液聚合（多）、悬浮聚合、气相聚合、固相聚合、化学反应…..生胶形态：胶包（最多）、片状、块状、粒状、粉末状、粘稠状（“液体橡胶）◎乙丙橡胶○品种乙烯丙烯第3单体ENBDCPDVNBHD二元乙丙橡胶（EPM)☆☆————三元乙丙橡胶（EPDM)☆☆☆或☆或☆或☆※ENB—亚乙基降氷片烯；DCPD—双环戊二烯；VNB—乙烯基降氷片烯；HD—1，6-己二烯。ENB型EPDM占乙丙橡胶绝大多数。VNB型EPDM是最新的品种（2009推出）。HD型EPDM(杜邦）已停产。目前，全世界乙丙橡胶大约有400多种商品牌号。还有一些充油乙丙橡胶（充油量10~100份），供低硬度制品选用。○特性耐热（~150℃)、耐寒（~硫化-50℃）、耐候和耐臭氧极好可长期在户外使用、电性能优、耐酸碱、耐水、耐高温蒸汽……缺点：不耐矿物油和溶剂、粘合差（自粘、与其他材料粘）、硫化困难、易喷霜（喷白）、耐磨和变形性稍逊……○应用电线电缆、屋面防水卷材、汽车密封条、家用电器……◎丁腈橡胶○品种丁二烯与丙烯腈的共聚物，丙烯腈强度耐油耐寒耐热耐磨导电根据丙烯腈含量和门尼粘度不同，形成许多商品牌号。丁腈橡胶俗称“耐油橡胶”，并不完全正确。它对矿物油有很好的抗耐性，但对一些油品并不耐或较差。○特性优良的耐矿物油性能。视丙烯腈含量、增塑剂品种、硫化体系等不同，有不同的耐热（~+100℃、甚至+120℃）耐寒性能（-20~-40℃、甚至-60℃）。导电性好。与金属粘合好。缺点：耐候、耐臭氧很差○应用密封件（油封、O形圈、皮碗等等）、液压胶管、耐油胶管、印刷胶辊及许多工业和民用耐油配件。氢化丁腈橡胶,价昂（380元/kg);NBR/PVC◎硅橡胶○品种高温硫化硅橡胶（固体硅橡胶）乙烯基硅橡胶(大多数使用品种）氟硅橡胶、苯基硅橡胶……室温硫化硅橡胶液体硅橡胶硅凝胶○特性耐高温（一般~200℃、特殊250~300℃）、耐低温（-60℃以下）、电性能和耐候耐臭氧极好、生理惰性……缺点：不耐油、强度低、易撕裂、不耐磨、需二段硫化、难粘合…..○应用高温硫化丁腈橡胶应用广泛：电线电缆、电器配件、胶辊、密封件、医用制品室温硫化硅橡胶：幕墙和门窗密封胶（硅酮胶）、粘合剂、制模胶….液体硅橡胶：接触食品的制品（如蛋糕模）、生活用品（如奶嘴）、医用制品…..氟硅橡胶—耐油的硅橡胶，价昂，苯基硅橡胶—耐高温低温。耐辐射，价昂还有许许多多橡胶，限于时间略去，欢迎垂询！●热塑性弹性体生产制品时，常温是弹性体（橡胶），高温下熔融流动、可以用热塑性塑料加工设备加工（注塑、挤出、吹塑等），冷却后又回复橡胶弹性。边角料可重复利用。◎SBS—大量用于鞋类和沥青改性。不耐热、不耐油、不耐磨，基本上不用于电器。SEBS—加氢SBS，克服了SBS的许多缺点，应用于电线电缆、电器、医疗用品……◎热塑性乙丙橡胶（EPDM/PPTPV)—耐热、油、寒良好，电性能和耐候优…..用于电线电缆、汽车密封条和波纹防尘罩、电器……SSSnS橡胶大分子硫化橡胶SBS热塑性乙丙橡胶（化学交联）（物理交联）（全动态硫化）3.配方设计和试验○橡胶配方设计是经验科学，象中医开处方。很辛苦、很困难。理论基础+前人经验+本人经验+动手操作+测试水平+判断能力○橡胶配方比中药配方更复杂，其中起什么化学反应和物理作用？不明。○用户（主机厂）与生产厂（橡胶厂）配合+沟通+合作+理解，是成功的基础。○橡胶配方并不神秘，配方保密是利益的需要○不要迷信专家、外国人。专家解决不了的问题，工人、助工也能解决。配方设计配方试验配方结构设计混炼胶模具加工硫化制品○国内一些老橡胶工作者，出版了专著，供配方设计参考：杨清芝（石化社）张殿荣（化工社）纪奎江（化工社）谢忠麟（化工社）混炼胶硫化体系防老体系补强/填充体系其他助剂炭黑白炭黑……碳酸钙陶土滑石粉……软化体系软化剂硫化剂促进剂防老剂抗氧剂UV稳定剂活性剂软化剂橡胶胶料配方组成增粘剂阻燃剂导电剂等等……加工助剂抗静电剂●以滚筒洗衣机门封为例，对配方设计进行说明。该产品安装在洗衣机视窗上，为浅色密封圈，硬度很低（邵尔A型硬度要求耐酸30~38度），耐酸性和碱性洗涤液，耐热，颜色均匀且耐紫外线变色，耐水，有较好的耐磨、屈挠和耐久性……..视窗门封◎原材料选择○生胶☆根据各种橡胶的特性，选用三元乙丙橡胶是合理的。☆低硬度胶料必须加入大量的软化剂（油），无法炼胶操作。需要使用充油乙丙橡胶。国产胶充油量少、质量不稳定，不予采用。国外胶有多家生产，其中DSM公司有充油量100份的Keltan509x100，适用。☆但是，509x100充黄色石蜡油，不环保（多环芳烃—PAHs).耐紫外线变色性差。改用新充油胶—充100份无色石蜡油的Keltan4551A，物理性能基本不变，无PAHs、耐紫外线变色性大大改善。黄色充油EPDM509x100白色充油EPDM4551A○硫化体系☆EPDM可以用硫黄或过氧化物硫化体系，考虑到4551A的第三单体含量高，采用硫黄硫化体系。☆为了硫化速度快（生产效率）、产品不喷霜（保证质量），采用几种超速/中速促进剂并用。☆常规的活性剂—氧化锌/硬脂酸并用。○防老体系☆几种非污染性防老剂并用。○补强填充体系☆乙丙橡胶是非自补强性橡胶，强度很低。必须添加补强剂才有使用价值。☆炭黑是乙丙橡胶最好的补强剂，但浅色照片不能用。☆浅色橡胶补强剂首选白炭黑（二氧化硅）。白炭黑用量↑，优点：强度↑耐磨↑抗撕↑，耐酸性↑缺点：耐碱↓硫化速度↓加工困难↑变形↑制品起泡↑（白炭黑水分指标≤7%，而且易吸潮）☆为调节耐酸碱性、硬度、强度、弹性……,在白炭黑基础上并用其他填充剂—矽丽粉（德国）、纳米硫酸钡、煅烧陶土。☆碳酸钙价格低廉，不耐酸，不能选用。○软化体系☆乙丙橡胶首选石蜡油。虽然充油乙丙橡胶4551A中含有50%重量的油，但为了达到30-40度胶料硬度，还要再补充添加石蜡油。☆美国和国产克拉玛依高压加氢石蜡油，符合门封胶料物性和加工的要求，而且环保符合欧盟法规。○其他助剂包括着色剂、加工助剂、酸碱度调节剂、脱模剂等都要认真选用★原材料选用必须符合环保法规例如REACH、RoHS、TRGS、ZEK01……涉及Pb、Cd、Hg、Cr(VI)、PBB、PBDE（十溴二苯醚…)、短链氯化石蜡、邻苯二甲酸酯增塑剂(二丁酯、二辛酯…)、含致癌N-亚硝胺的促进剂（TMTD、BZ、TRA、NOBS、DTDM…)、含致癌芳胺的偶氮着色剂、多环芳烃（PAHs)……REACH的高关注物质（SVHC)：第1批（15种）、第2批（17种）……….◎配方试验结果★拉伸性能两配方均达标，优选配方的拉伸强度明显提高。优选配方原配方技术指标邵尔A型硬度，度363630～38拉伸强度，MPa13.838.89≥7.0拉断伸长率，%753727≥500★环境加速试验—原配方的耐酸碱性和耐热老化性与技术指标有差距，优选配方全部合格，比原配方有很大改进。★耐碱性（1%白猫牌洗衣粉溶液，60℃x168h)优选配方原配方技术指标硬度变化，度0-5±10拉伸强度变化率，%-9.8-21.6±15拉断伸长率变化率，%-5.6-31±30★耐酸性（1%白猫牌彩漂液，60℃x168h)优选配方原配方技术指标硬度变化，度-1-4±10拉伸强度变化率，%-2-23.6±15拉断伸长率变化率，%-3.9-28±30★耐热老化性能（115℃x100h)优选配方原配方技术指标硬度变化，度+3+3±10拉伸强度变化率，%-5.4-54±30拉断伸长率，%-8.9-38±40优选配方原配方技术指标★紫外线灯照射试验（168h)不变色变色很微—☆环保项目检测结果SGS检测结果法规项目限量,mg/kg原配方优选配方RoHSPb10001617Cd100NDNDHg1000NDNDCr+61000NDNDPBB1000NDNDPBDE1000NDNDZEK01-08PAHs(第1类）（第2类）苯并（a）芘120NDND16种总和1020047.98.74REACH16种SVHC1000NDND※ND—未检测出结论：合格4.结构设计和模具设计●结构设计◎通用橡胶制品（轮胎、管带、胶鞋和密封件如油封、0形圈。往复密封等），一般由橡胶生产部门设计。专用橡胶制品和开发的产品，一般由主机厂设计。最好是以主机厂为主，橡胶厂配合。◎结构设计的基本原则：○保证满足使用要求。○形状、尺寸及公差配合符合部件组装要求。○橡胶生产工艺能否做得出来（充模、脱模…..)？○模具能否加工？○必须保证橡胶制品模压硫化中充分排气。●模具设计（略）★橡胶油封结构和模具（例）★橡胶制品排气☆轮胎：多层复合结构、胎面胶厚、花纹沟深、刀槽花纹曲折密布，硫化时空气、水分和挥发份排不出（据测定：轮胎硫化烟气有24种之多）。模具打大量排气孔，硫化后的轮胎胎面上有一排排胶须，修剪后才是轮胎产品。（全世界都一样）修剪胶须☆门封（例）两道加强筋（影响排气，容易起泡）☆门排形状和断面结构设计要保证硫化能用压缩空气脱模★汽车密封条★汽车异型管5.检测5.1检测项目●原材料（生胶和橡胶助剂）—化学和物理试验。生胶测门尼粘度●混炼胶—测密度、门尼粘度、门尼焦烧、硫化特性（硫化仪）●硫化胶—测密度、硬度、拉伸性能、撕裂强度、回弹性、压缩永久变形、耐磨性能、热老化性能、臭氧老化性能、耐液体（油、酸、碱等）、电性能…….●成品试验●环保试验5.2检测方法