常见橡胶材料及性能

Page2减振橡胶制品对橡胶材料的要求硫化基本原理及胶料主要性能项点常见橡胶材料及其特性配方设计介绍橡胶材料的概念主要内容Page3一、橡胶材料的概念Page4什么是橡胶？橡胶是一种材料，它在大的形变下能迅速而有力恢复其形变，能够被改性（硫化）。ASTMD1566定义：橡胶的起源:由热带美洲天然的哭泪树的乳液晒干凝固而成。Page5橡胶材料的特点：1.高弹性：弹性模量低，伸长变形大，有可恢复的变形,并能在很宽的温度（-50～150℃）范围内保持弹性。2.粘弹性：橡胶材料在产生形变和恢复形变时受温度和时间的影响，表现有明显的应力松弛和蠕变现象，在震动或交变应力作用下，产生滞后损失。3.电绝缘性：橡胶和塑料一样是电绝缘材料。Page64．有老化现象：如金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因为环境条件的变化而产生老化现象，使性能变坏，寿命下降。5.必须进行硫化才能使用，热塑性弹性体除外。6.必须加入配合剂。其它如比重小、硬度低、柔软性好、气密性好等特点，都属于橡胶的宝贵性能。橡胶材料的特点：Page7二、配方设计介绍Page8所谓配方设计，就是根据产品的性能要求和工艺条件合理地选用原材料，确定各种原材料的用量配比关系。配方设计介绍什么是配方设计Page91使胶料各项物理机械性能达到制品所要求的指标2要满足制造加工工艺的要求3要符合成本的要求配方设计的目的配方设计介绍Page10配方设计的特点配方经验规律与统计数学相结合。橡胶配方的组成是多组分的；橡胶配方设计是个因子水平数不等的试验问题；橡胶配方中各组分之间有复杂的交互作用；工艺因素有时对橡胶配方实施有重要作用；橡胶配方试验中必须尽力排除试验误差；配方设计介绍Page11原材料制品工艺环保提效率降成本抓住重点配方设计Text用户要求配方设计六大原则配方设计介绍Page12配方设计程序配方设计介绍Page13配方的基本组成以及主要作用类别组分构成主要作用生胶天然和合成橡胶等弹性体赋予材料弹性、基本性能和特性硫化体系硫化剂促进剂活性剂使橡胶材料分子结构由线型变为网(体)型结构，促进交联反应，调整交联结构提高交联反应活性老化防护体系化学防老剂物理防老剂阻滞老化过程补强填充体系补强剂填充剂提高材料的力学性能降低成本、改善性能增塑(软化)体系软化剂改善加工性能、提高柔韧性加工助剂体系塑解剂、分散剂、均匀剂……少量加入提高加工性能其他助剂着色剂、发泡剂、阻燃剂……满足材料特殊性能要求Back配方设计介绍Page14基础配方举例配方设计介绍Page15三、常见橡胶材料及其特性Page16161.通用固体天然橡胶•烟胶片•标准橡胶等2.特制固体天然橡胶•粘度固定橡胶•纯化天然橡胶粘土共沉胶等3.天然橡胶改性及衍生物接枝天然橡胶环氧化天然橡胶等4.杜仲橡胶天然橡胶1.通用合成橡胶：丁苯橡胶顺丁橡胶异戊橡胶丁腈橡胶氯丁橡胶乙丙橡胶丁基橡胶2.特种合成橡胶：氟橡胶硅橡胶丙烯酸酯橡胶等合成橡胶橡胶材料的分类来源与用途常见橡胶材料及特性Page17常用橡胶英文缩写化学名称英文缩写化学名称英文缩写天然橡胶NR丁基橡胶IIR丁苯橡胶SBR丁腈橡胶NBR顺丁橡胶BR硅橡胶MVQ异戊橡胶IR氟橡胶FPM氯丁橡胶CR聚氨酯橡胶AU乙丙橡胶EPDMPage18常见橡胶材料的特性1天然橡胶天然橡胶是由异戊二烯组成的线形高分子化合物。常见橡胶材料及特性Page1919耐介质性强度高弹性好纯胶硫化后的拉伸强度为16.7～28.4MPa，用炭黑补强的硫化胶，其拉伸强度可达24.5～34.3MPa。不含极性基团，属非极性橡胶，耐乙酸乙酯、酒精、丙酮等溶液，不耐汽油、苯等非极性溶液。耐碱性能较好，但不耐酸。天然橡胶特性综合性好自粘性和互粘性好，混炼、压延、成型等加工性能好。仅次于顺丁橡胶。常见橡胶材料及特性Page20丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯为单体，在乳液或溶液中用催化剂催化共聚所得的高分子弹性体。常见橡胶材料及特性2丁苯橡胶Page21丁苯橡胶的特性具有较好的弹性：低于天然橡胶。需要加入炭黑补强。耐磨性能优于天然橡胶。耐龟裂性能：耐起始龟裂性能优于天然橡胶，但裂口增长比天然橡胶快。丁苯橡胶成本低廉。常见橡胶材料及特性Page223顺丁橡胶常见橡胶材料及特性顺丁橡胶的性能弹性好，耐寒性好（Tg=-105℃）滞后损失和生热低耐磨性和耐屈挠性优异拉伸强度和撕裂强度低抗湿滑性差、耐刺穿及粘着性差耐老化性能优于天然橡胶Page23CH2CHCCH2ClnCH2CHCCH2ClnSxx=2~6，n=80~110硫调型非硫调型4.氯丁橡胶氯丁橡胶通用型硫调型非硫调型粘接型特殊用途型专用型氯丁胶乳用硫磺及秋兰姆作调节剂用硫醇作调节剂通用胶乳特殊胶乳常见橡胶材料及特性Page24氯丁橡胶的特性较高的力学性能：自补强性较好，且具有极性。耐油性好：耐油性低于丁腈橡胶。较好的耐疲劳性：在很多场合下，优于NR。较好的弹性：略低于天然橡胶。较差的低温性能：低温下易结晶。绝缘性不好：极性胶。耐老化及耐臭氧老化性：优于NR、SBR、BR、NBR，次于EPDM、IIR。良好的粘合性阻燃性：不自燃，氧指数为38～41。常见橡胶材料及特性Page255丁腈橡胶常见橡胶材料及特性丁腈橡胶普通品种极高ACN含量43%以上高ACN含量36~42%中高ACN含量31~35%中ACN含量25~30%低ACN含量24%以下特殊品种氢化丁腈橡胶羧基丁腈橡胶液体丁腈橡胶粉末丁腈橡胶CH2CH2CH2CH2CH2CHCHCHCHCHCNxzy结构式Page26强度低：需用炭黑补强。优秀的耐油、耐非极性溶剂性能。（与ACN含量有关）耐热性比NR、SBR好，但比EPM、IIR、CR差。弹性、耐寒性较差。电绝缘性差，导电性能好。耐酸性差。但耐碱性比天然橡胶好。常见橡胶材料及特性丁腈橡胶的特性Page276丁基橡胶常见橡胶材料及特性丁基橡胶由异丁二烯与少量异戊二烯在低温（-98～-103℃）聚合而成。CH3CH3CH2CCH2CH2CH3CH3CH3CCxyCHCH2结构式Page28丁基橡胶的性能具有优良的耐热、耐臭氧和耐化学腐蚀等性能。具有优异的气密性。弹性低、阻尼性能优越：耐热性、耐侯性好有较高的强度：未填充硫化胶的拉伸强度为14~21MPa。自粘性和互粘性都较差。常见橡胶材料及特性Page29D型——双环戊二烯E型——亚乙基降冰片烯CHCH2H型—1，4-己二烯CH2CH2CH3CHCHCH根据是否加入第三单体分为：二元乙丙橡胶（EPM）和三元乙丙橡胶（EPDM）EPDM根据第三单体的不同，分为：常见橡胶材料及特性Page30乙丙橡胶的性能优秀的耐臭氧性能：D型＞E型＞H型较高的热稳定性；好的的耐热老化性能：在130℃下可长期使用。优秀的耐天候老化性能；优秀的耐化学腐蚀性；耐极性油，但不耐非极性油类及溶剂;卓越的耐水、耐过热水及耐水蒸汽性;优秀的电绝缘性;硫化速度慢，机械强度不高，自粘性和互粘性都很差。常见橡胶材料及特性Page31四、硫化基本原理及胶料主要性能项点Page32硫化的概念硫化前后示意图(a)生胶（b)硫化胶橡胶的线型大分子链通过化学交联而构成三维立体网状结构的化学变化过程。Page33硫化历程A.焦烧阶段；B.热硫化阶段；C.平坦硫化阶段；D.过硫化阶段A1.操作焦烧时间；A2.剩余焦烧时间硫化历程图Page34ML（最小转矩）MH（最大转矩）M10＝ML＋（MH－ML）×10％M90＝ML＋（MH－ML）×90％T1(焦烧时间）：对应ML+1T2（焦烧时间）：对应ML+2TH（理论正硫化时间）TC90（工艺正硫化时间）硫化曲线及其参数Page35橡胶性能在硫化过程中的变化Page36硫化特性相对密度炭黑分散度可塑度：物体受外力作用发生形变，当外力除去后不能恢复原状的性质。门尼粘度：未硫化胶在一定温度、压力和时间内的抗剪切能力。与工艺性能有关的物性项目橡胶性能的主要项点Page37•硬度•拉伸强度•扯断伸长率•定伸应力•扯断永久变形•撕裂强度•粘合强度•热老化性能•臭氧老化性能•紫外老化性能•低温性能•耐介质性能•屈挠性能•磨耗性能•压缩性能•冲击弹性•动态性能与制品使用性能有关的物性项目Page38五、减振橡胶制品对橡胶材料的要求Page39关于胶料的通用技术标准常用胶料技术标准ASTMD2000/SAEJ200汽车用橡胶材料分类系统HG-T2196-2004汽车用橡胶材料分类系统BN918043用于技术目的的合成橡胶供货技术条件橡胶和橡胶弹性高分子聚合物GB9899防震橡胶制品用橡胶材料TB/T2843机车车辆用橡胶弹性元件通用技术条件EN13913铁路方面使用的合成橡胶基弹性元件合成橡胶基机械部件Page40减振橡胶制品对橡胶材料的要求1.耐久性为保证制品的耐久性，必须考虑的一点是随时间老化的性能保持性，因此尽可能从材料及配方两方面将橡胶的耐热温度提高。减振橡胶随时间老化的原因来自于多方面，但主要的还是热氧、动态疲劳、臭氧等老化现象。Page41提升老化性能化学防护提高疲劳性能物理防护结构设计配方设计耐久性交联形态的最佳化防护橡胶基体Page42Page43Page44Page452.抗蠕变性能蠕变是指在一定的温度和恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象，是一种随时间呈非线性变化的力学松弛过程。橡胶的蠕变性能反应了材料的尺寸稳定性和长期的负载能力，有重要的实用性。Page46弹性形变：可逆，可恢复塑性形变：不可恢复Page47Page4828℃时不同压力下SBR的压缩蠕变曲线1-600g；2-500g；3-400g400g负荷下不同温度时SBR的压缩蠕变曲线1-50℃2-28℃Page4902468100122436486072时间，小时蠕变指数×10-2CV体系SEV体系EV体系静压蠕变mm普通硫化体系有效硫化体系进口样品第一次4.181.392.21第二次3.071.051.86Page50Page51橡胶减振器的最大使用力应该考虑能够避免过度蠕变，设计时应注意：在相同应力情况下，为了减小蠕变，橡胶制品设计时应尽量避免受到拉伸力作用和剪切力作用。在相同应力情况下，橡胶蠕变的大小：拉伸蠕变＞剪切蠕变＞压缩蠕变从使用条件方面考虑，温度的影响最大，所以严格控制温度是十分必要的。选择合适的生胶的品种和配合体系。Page523.耐疲劳性能柔性关节类产品Page53机械疲劳破坏产品在使用过程中，振动频率较低或振幅较小，经过机械往复振动，虽然温度升高，但升高的幅度不大，并依然在产品胶料的使用允许温度范围内。球铰的疲劳破坏形式硫化返原破坏在使用过程中，振动频率较高或振幅较大，温度不断升高超过胶料允许范围，使橡胶发生二次硫化返原破坏。通过产品结构设计分析，改正局部应变过大的情况采用材料技术或配方技术来降低胶料的动态生热Page54采用四面体与六面体单元来描绘橡胶垫，取55度胶料的经验弹性模量值，最大应力为1.355MPa。局部放大图Page55102030裤型撕裂强度/kN/m改进前改性后27.78.5Page56102030裤型撕裂强度/kN/m改进前改性后27.78.5Page574.动态性能（动静刚度比、阻尼性能）理想的橡胶减振制品应具有以下功能：支撑功能：为支撑要求重量的物体，必须确保足够的静态弹簧常数Ks；减振功能：相对要求的频率，应具有足够低的动态弹簧常数Kd；防振功能：为了控制共振（不可避免的）时的传导率增幅，所以应具有足够的高阻尼性。在所要求频率下的动态弹簧常数Kd和静态弹簧常数Ks的比值，称之为动态比例因子。这一比值愈小，减振性能愈好，但通常是Kd／Ks＞1。Page58低动静刚度比高阻尼比Page59阻尼因子Tanδ越低，动态生热越低，动静刚度比越小60Page60