橡膠材料歡迎學(xué)習(xí)橡膠材料課程！橡膠作為一種重要的高分子材料，在我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中扮演著不可替代的角色。從我們?nèi)粘Ｊ褂玫妮喬?、密封圈，到工業(yè)領(lǐng)域的傳送帶、減震器，橡膠材料無處不在。本課程將系統(tǒng)地介紹橡膠材料的基本知識、分類、性能特點(diǎn)、配方設(shè)計(jì)、加工工藝以及應(yīng)用領(lǐng)域，幫助大家全面了解這一重要材料。無論您是初次接觸橡膠材料的學(xué)生，還是希望深入了解橡膠知識的從業(yè)人員，本課程都將為您提供有價(jià)值的信息。課程大綱第一章：橡膠的定義與分類了解橡膠的基本定義、分類方法、分子結(jié)構(gòu)及特性第二章：天然橡膠探索天然橡膠的來源、化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性能及應(yīng)用領(lǐng)域第三章：合成橡膠學(xué)習(xí)合成橡膠的發(fā)展歷史及各種常見合成橡膠的特性第四至八章涵蓋橡膠性能測試、配方設(shè)計(jì)、加工工藝、制品及發(fā)展趨勢第一章：橡膠的定義與分類基本概念本章將介紹橡膠的基本定義，幫助學(xué)生理解什么是橡膠材料以及它與其他高分子材料的區(qū)別。通過了解橡膠的定義，可以更好地把握其本質(zhì)特性。分類體系我們將詳細(xì)講解橡膠的分類方法，包括按來源分類的天然橡膠和合成橡膠，以及按性能分類的通用橡膠和特種橡膠等多種分類方式。結(jié)構(gòu)與特性本章還將探討橡膠的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及由此帶來的獨(dú)特物理化學(xué)性能，這是理解后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)。橡膠的定義1高分子彈性體橡膠是一類在室溫下具有高彈性，能夠承受大變形而不斷裂，變形消除后能夠基本恢復(fù)原狀的高分子材料。這種獨(dú)特的性能來源于其特殊的分子結(jié)構(gòu)。2分子特征橡膠分子通常是由碳、氫、氧等元素組成的長鏈分子，分子量通常在幾萬到幾百萬之間。橡膠分子鏈具有柔順性好、鏈段運(yùn)動(dòng)活躍的特點(diǎn)。3網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過硫化后的橡膠形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子鏈之間通過交聯(lián)點(diǎn)連接，賦予橡膠穩(wěn)定的形態(tài)和更優(yōu)異的力學(xué)性能，這是橡膠實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。橡膠的分類按來源分類天然橡膠：主要來源于橡膠樹的膠乳，主要成分是順式-1,4-聚異戊二烯。它具有優(yōu)異的彈性和耐磨性，是重要的工業(yè)原料。合成橡膠：通過化學(xué)合成方法制備的橡膠，包括丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠等多種類型，能夠滿足不同領(lǐng)域的特殊需求。按性能分類通用橡膠：如天然橡膠、丁苯橡膠等，產(chǎn)量大，應(yīng)用廣泛，主要用于制造輪胎、輸送帶等普通橡膠制品。特種橡膠：如氟橡膠、硅橡膠等，具有特殊的耐油、耐熱、耐寒等性能，主要用于特殊環(huán)境中的密封、絕緣等領(lǐng)域。橡膠的分子結(jié)構(gòu)1線型大分子結(jié)構(gòu)橡膠是由碳原子組成的長鏈分子，這些分子鏈可以自由運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，使橡膠具有良好的柔順性。分子鏈的長度和排列方式?jīng)Q定了橡膠的基本性能。2不規(guī)則排列橡膠分子鏈通常呈現(xiàn)不規(guī)則的排列狀態(tài)，這種無序結(jié)構(gòu)使得橡膠難以結(jié)晶，保持了其柔軟和彈性的特點(diǎn)。順式結(jié)構(gòu)的天然橡膠比反式結(jié)構(gòu)具有更好的彈性。3硫化后的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過硫化后，橡膠分子鏈之間形成交聯(lián)，構(gòu)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。交聯(lián)密度的高低直接影響橡膠的硬度、彈性和耐熱性等性能。適當(dāng)?shù)慕宦?lián)密度能使橡膠獲得最佳的綜合性能。橡膠的特性高彈性橡膠最顯著的特性是高彈性，在外力作用下可以產(chǎn)生大變形（可達(dá)數(shù)百百分比），外力撤除后能基本恢復(fù)原狀。這種特性源于橡膠分子的柔性鏈段和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。1可塑性未硫化的生膠具有可塑性，可以在外力作用下發(fā)生永久變形，這種性質(zhì)對橡膠的加工非常重要。硫化后的橡膠可塑性減弱，彈性增強(qiáng)。2粘彈性橡膠同時(shí)具有粘性和彈性，其力學(xué)行為與時(shí)間和溫度有關(guān)，表現(xiàn)為蠕變、應(yīng)力松弛等現(xiàn)象。這種粘彈性使橡膠成為優(yōu)良的減震材料。3其他特性橡膠還具有良好的電絕緣性、氣密性、耐磨性等特性，同時(shí)對溫度、光、氧氣等敏感，易老化，這對橡膠的使用和保存提出了要求。4第二章：天然橡膠定義與來源本章將首先介紹天然橡膠的定義及其主要來源——巴西三葉橡膠樹。我們將了解橡膠樹的生長環(huán)境、割膠工藝以及膠乳的采集過程。結(jié)構(gòu)與性能接下來，我們將深入探討天然橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其獨(dú)特的物理性能，包括其優(yōu)異的彈性、耐磨性和抗疲勞性等方面。應(yīng)用領(lǐng)域最后，我們將分析天然橡膠在輪胎、運(yùn)輸帶、減震器等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及其不可替代的優(yōu)勢和局限性。天然橡膠的來源主要植物來源天然橡膠主要來源于三葉橡膠樹(Heveabrasiliensis)，原產(chǎn)于巴西亞馬遜河流域?，F(xiàn)在主要種植于東南亞地區(qū)，如泰國、印度尼西亞、馬來西亞等國家，這些國家是全球天然橡膠的主要產(chǎn)地。種植與采集橡膠樹通常在種植后5-7年開始可以采膠，其經(jīng)濟(jì)壽命可達(dá)25-30年。采膠工人每天早晨在樹皮上斜向切割，使膠乳從切口流出，收集到容器中，這種方法稱為"割膠"。膠乳處理收集的膠乳需要進(jìn)行凝固處理，通常添加甲酸或醋酸等使其凝固，然后經(jīng)過軋制、洗滌、干燥等工序，制成干膠，再分級包裝成為商品天然橡膠。天然橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)分子組成天然橡膠的主要成分是順式-1,4-聚異戊二烯，分子式為(C5H8)n，分子量通常在100萬以上。這種高分子結(jié)構(gòu)賦予了天然橡膠優(yōu)異的彈性和強(qiáng)度。立體規(guī)整性天然橡膠分子具有高度的立體規(guī)整性，幾乎全部為順式-1,4結(jié)構(gòu)，這種規(guī)則的分子排列使天然橡膠在拉伸時(shí)容易發(fā)生結(jié)晶，從而提高了其強(qiáng)度和抗撕裂性。非橡膠成分天然橡膠中還含有少量的蛋白質(zhì)、脂肪酸、糖類等非橡膠成分，這些成分雖然含量少，但對橡膠的性能和加工性能有重要影響，如蛋白質(zhì)可以促進(jìn)硫化反應(yīng)。天然橡膠的物理性能性能指標(biāo)數(shù)值范圍特點(diǎn)說明拉伸強(qiáng)度20-30MPa未填充狀態(tài)下表現(xiàn)優(yōu)異斷裂伸長率700-800%具有極高的延展性硬度(邵爾A)30-90可通過配方調(diào)節(jié)回彈性75-80%優(yōu)于大多數(shù)合成橡膠使用溫度范圍-55~80℃低溫性能優(yōu)異天然橡膠具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能，特別是其未填充狀態(tài)下的高強(qiáng)度和高伸長率是大多數(shù)合成橡膠無法比擬的。此外，天然橡膠還具有良好的回彈性和抗疲勞性，使其在需要反復(fù)變形的場合表現(xiàn)出色。然而，天然橡膠的耐熱性、耐油性和耐老化性相對較差，在高溫、油類和臭氧環(huán)境中易發(fā)生老化，這限制了其在某些特殊環(huán)境中的應(yīng)用。天然橡膠的應(yīng)用領(lǐng)域輪胎工業(yè)天然橡膠最大的應(yīng)用領(lǐng)域是輪胎制造，特別是卡車輪胎、飛機(jī)輪胎等承受高負(fù)荷的輪胎。天然橡膠優(yōu)異的彈性、耐磨性和抗疲勞性使其成為輪胎胎面和胎側(cè)的理想材料。工業(yè)制品天然橡膠廣泛用于制造輸送帶、傳動(dòng)帶、減震器、密封件等工業(yè)制品。這些產(chǎn)品需要具備良好的彈性回復(fù)性和機(jī)械強(qiáng)度，天然橡膠正好滿足這些要求。醫(yī)療衛(wèi)生用品天然橡膠用于制造醫(yī)用手套、導(dǎo)管、注射器橡皮塞等醫(yī)療用品。不過，由于部分人群對天然橡膠蛋白過敏，現(xiàn)在這些產(chǎn)品逐漸被合成橡膠替代。日用消費(fèi)品天然橡膠還用于制造鞋底、橡皮擦、氣球、運(yùn)動(dòng)器材等日常用品。這些產(chǎn)品利用了天然橡膠良好的彈性和舒適的觸感。第三章：合成橡膠1本章概述合成橡膠種類與應(yīng)用2歷史發(fā)展從早期研究到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)3主要種類通用合成橡膠和特種合成橡膠4性能特點(diǎn)各類合成橡膠的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件本章將系統(tǒng)介紹合成橡膠的發(fā)展歷史、分類體系以及各種重要合成橡膠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能指標(biāo)。通過對比不同合成橡膠的特性，我們可以更好地理解如何在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適的橡膠材料。我們將重點(diǎn)講解丁苯橡膠(SBR)、丁腈橡膠(NBR)、氯丁橡膠(CR)、乙丙橡膠(EPDM)、硅橡膠(Q)和氟橡膠(FKM)等幾種最常用的合成橡膠，分析它們的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系及典型應(yīng)用實(shí)例。合成橡膠的發(fā)展歷史1萌芽期(1900-1930)20世紀(jì)初，科學(xué)家開始研究合成橡膠的可能性。1909年，俄國化學(xué)家列別捷夫首次成功合成了甲基橡膠。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國因天然橡膠供應(yīng)中斷，加速了合成橡膠的研究。2初步發(fā)展(1930-1950)1930年代，美國首次實(shí)現(xiàn)了丁苯橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于天然橡膠供應(yīng)再次中斷，美國實(shí)施了"合成橡膠計(jì)劃"，大力發(fā)展合成橡膠工業(yè)，生產(chǎn)了大量的丁苯橡膠和丁腈橡膠。3快速發(fā)展(1950-1980)戰(zhàn)后，齊格勒-納塔催化劑的發(fā)明推動(dòng)了立體規(guī)整橡膠的生產(chǎn)，順式聚丁二烯、順式聚異戊二烯等合成橡膠相繼問世。同時(shí)，特種橡膠如硅橡膠、氟橡膠等也得到發(fā)展，滿足了特殊領(lǐng)域的需求。4成熟期(1980至今)近幾十年來，合成橡膠技術(shù)日益成熟，不僅產(chǎn)量大幅增長，品種也更加豐富。新型功能橡膠、環(huán)保型橡膠和高性能特種橡膠成為研究熱點(diǎn)，合成橡膠已經(jīng)在許多領(lǐng)域超過了天然橡膠的應(yīng)用范圍。常見合成橡膠種類通用橡膠丁苯橡膠(SBR)順丁橡膠(BR)異戊橡膠(IR)這類橡膠產(chǎn)量大，價(jià)格相對較低，主要用于替代天然橡膠制造輪胎和一般工業(yè)制品。耐油橡膠丁腈橡膠(NBR)氯丁橡膠(CR)丙烯酸酯橡膠(ACM)這類橡膠具有較好的耐油性，主要用于制造油封、密封件、耐油軟管等產(chǎn)品。特種橡膠乙丙橡膠(EPDM)硅橡膠(Q)氟橡膠(FKM)聚氨酯橡膠(AU/EU)這類橡膠具有特殊的耐候性、耐熱性、耐化學(xué)品性等性能，用于特殊環(huán)境條件下的應(yīng)用。丁苯橡膠（SBR）結(jié)構(gòu)與合成丁苯橡膠是由丁二烯和苯乙烯共聚而成的合成橡膠，通常含有約23%的苯乙烯。根據(jù)合成方法不同，可分為乳液聚合SBR(E-SBR)和溶液聚合SBR(S-SBR)兩種。S-SBR具有更好的可控性和性能。分子式：[-(CH2-CH=CH-CH2)m-(CH2-CH(C6H5))n-]x主要性能丁苯橡膠具有較好的耐磨性、耐熱性和抗老化性，但彈性、強(qiáng)度和耐寒性略遜于天然橡膠。丁苯橡膠與填料相容性好，配合炭黑后可獲得良好的加工性能和機(jī)械性能。丁苯橡膠的耐油性、耐化學(xué)品性較差，在非極性溶劑中易溶脹，不適用于油環(huán)境中的應(yīng)用。丁苯橡膠是產(chǎn)量最大的合成橡膠，主要用于生產(chǎn)輪胎（占總用量的65%以上），其次用于生產(chǎn)傳送帶、鞋底、地板、電線電纜等產(chǎn)品。近年來，通過調(diào)整分子結(jié)構(gòu)和引入功能基團(tuán)，開發(fā)出了多種功能型丁苯橡膠，性能更加優(yōu)異。丁腈橡膠（NBR）1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈共聚而成的合成橡膠。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在碳鏈骨架上引入了極性較強(qiáng)的腈基(-CN)，這種極性基團(tuán)使丁腈橡膠具有優(yōu)異的耐油性和耐溶劑性。2性能特點(diǎn)丁腈橡膠最顯著的特點(diǎn)是優(yōu)異的耐油性，特別是對礦物油和脂肪油的抵抗能力。丙烯腈含量越高，耐油性越好。此外，丁腈橡膠還具有良好的耐磨性、氣密性和較寬的使用溫度范圍(-30~120℃)。3缺點(diǎn)與改進(jìn)丁腈橡膠的缺點(diǎn)是耐低溫性能較差，彈性較低，耐候性不佳。為克服這些缺點(diǎn)，已開發(fā)出氫化丁腈橡膠(HNBR)，通過氫化處理使分子中的雙鍵飽和，大幅提高了耐熱性、耐氧化性和機(jī)械強(qiáng)度。丁腈橡膠主要用于制造耐油密封圈、墊片、油管、輸油管、耐油鞋材等產(chǎn)品。在汽車、石油、航空等行業(yè)有廣泛應(yīng)用。不同丙烯腈含量(18%~50%)的丁腈橡膠可用于不同的應(yīng)用場合，含量高的適用于對耐油性要求高的場合。氯丁橡膠（CR）分子結(jié)構(gòu)氯丁橡膠是由2-氯-1,3-丁二烯(氯丁二烯)聚合而成的合成橡膠，分子鏈上含有氯原子。這種結(jié)構(gòu)使氯丁橡膠具有較高的分子間力和較強(qiáng)的極性，賦予了其優(yōu)良的綜合性能。性能特點(diǎn)氯丁橡膠具有優(yōu)異的耐候性、耐臭氧性、阻燃性和耐化學(xué)品性。同時(shí)，它還具有良好的耐油性(雖不如丁腈橡膠)、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度。它的使用溫度范圍為-40~120℃，具有良好的粘接性和較低的氣體滲透性。應(yīng)用領(lǐng)域氯丁橡膠廣泛用于制造耐候膠管、傳送帶、電纜外皮、防水材料、密封制品和粘合劑等。由于其良好的耐燃性和自熄性，特別適用于礦山、電線電纜等對安全性要求高的場合。乙丙橡膠（EPDM）分子結(jié)構(gòu)由乙烯、丙烯和少量非共軛二烯烴（如乙叉降冰片烯、二環(huán)戊二烯）共聚而成1性能優(yōu)勢優(yōu)異的耐候性、耐臭氧性、耐熱性、耐化學(xué)品性和電絕緣性2主要應(yīng)用汽車密封條、建筑密封材料、電線電纜護(hù)套、屋頂防水膜等3局限性耐油性差，不適用于接觸油類的場合；生膠粘性大，加工性能差4乙丙橡膠的分子骨架由飽和的碳鏈組成，不含雙鍵，因此具有極好的抗氧化性、耐臭氧性和耐候性，是戶外應(yīng)用的理想材料。第三單體的引入提供了硫化所需的不飽和度，使其易于硫化交聯(lián)。乙丙橡膠的常用牌號按照乙烯含量和第三單體含量進(jìn)行分類，乙烯含量影響結(jié)晶性和硬度，第三單體含量影響硫化速度和交聯(lián)密度。乙丙橡膠通常需要添加大量填料和油，既可降低成本，又可改善性能。硅橡膠（Q）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)硅橡膠是一類以硅-氧鍵(-Si-O-Si-)為主鏈骨架，側(cè)基通常為甲基或含有少量乙烯基、苯基等基團(tuán)的有機(jī)硅高分子。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使硅橡膠具有與碳鏈橡膠截然不同的性能特點(diǎn)。主要品種包括甲基乙烯基硅橡膠(VMQ)、甲基苯基硅橡膠(PVMQ)、氟硅橡膠(FVMQ)等。性能特點(diǎn)硅橡膠最突出的特點(diǎn)是卓越的耐熱性和耐寒性，使用溫度范圍寬(-60~250℃)。同時(shí)，它還具有優(yōu)異的電絕緣性、耐臭氧性、耐候性和生理惰性(無毒、無味、無刺激)。硅橡膠的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度低、耐磨性差、耐油性一般，且價(jià)格較高，這限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。硅橡膠按照硫化方式可分為高溫硫化硅橡膠(HTV)和室溫硫化硅橡膠(RTV)。HTV主要用于制造電子電器絕緣部件、汽車高溫零部件、醫(yī)療用品等。RTV通常以單組分或雙組分形式存在，主要用作密封劑、粘合劑和涂料等。近年來，硅橡膠在醫(yī)療、電子、航空航天等高端領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，其改性研究也取得了顯著進(jìn)展，如開發(fā)出導(dǎo)電硅橡膠、磁性硅橡膠等功能性材料。氟橡膠（FKM）分子結(jié)構(gòu)氟橡膠是指分子鏈中含有氟原子的特種合成橡膠，通常由偏氟乙烯、六氟丙烯等含氟單體共聚而成。根據(jù)氟含量的不同，可分為二元、三元和四元氟橡膠，氟含量越高，耐化學(xué)品性能越好。性能優(yōu)勢氟橡膠最突出的特點(diǎn)是優(yōu)異的耐熱性、耐油性和耐化學(xué)品性。它能在250℃左右長期工作，耐各種礦物油、脂肪油、芳香烴和多種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑。此外，氟橡膠還具有良好的耐候性和氣密性。應(yīng)用領(lǐng)域氟橡膠主要用于航空航天、汽車、石油化工、核工業(yè)等領(lǐng)域的高溫、強(qiáng)腐蝕環(huán)境中的密封件、墊片、閥門、管道等。它是目前耐化學(xué)品性能最好的彈性體材料之一。價(jià)格與局限氟橡膠的主要缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴（是普通橡膠的數(shù)十倍），加工性能較差，低溫性能不佳。因此，它主要用于其他橡膠無法滿足要求的特殊場合。第四章：橡膠的性能與測試1力學(xué)性能測試包括拉伸、撕裂、硬度、彈性等測試2熱性能測試包括耐熱性、耐寒性、熱老化性能等測試3介質(zhì)性能測試包括耐油、耐臭氧、耐大氣老化等測試4其他特殊性能測試包括電性能、阻燃性、摩擦磨損性能等測試本章將詳細(xì)介紹橡膠材料的各種性能測試方法和標(biāo)準(zhǔn)。掌握這些測試方法對于評價(jià)橡膠材料的質(zhì)量、預(yù)測使用壽命以及針對性地改進(jìn)材料性能具有重要意義。我們將學(xué)習(xí)測試的基本原理、操作流程、結(jié)果分析以及與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)。通過這些測試方法，可以全面了解橡膠材料的性能特點(diǎn)，為合理選材和配方設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。橡膠的力學(xué)性能1拉伸性能橡膠的拉伸性能包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和模量。拉伸強(qiáng)度表示橡膠在拉伸過程中所能承受的最大應(yīng)力，斷裂伸長率表示斷裂時(shí)的長度增加百分比，模量表示在特定伸長率下的應(yīng)力值。2撕裂強(qiáng)度撕裂強(qiáng)度表示橡膠抵抗撕裂的能力，是橡膠制品實(shí)際使用中的重要指標(biāo)。撕裂強(qiáng)度受橡膠分子量、交聯(lián)密度、填料種類和含量等因素的影響。3硬度硬度是表示橡膠軟硬程度的指標(biāo)，通常用邵爾硬度計(jì)測量。硬度值越高，表示橡膠越硬。硬度與交聯(lián)密度、填料含量密切相關(guān)，是評價(jià)橡膠性能最簡單、最常用的方法。4彈性與永久變形彈性通常用回彈率表示，表示橡膠變形后恢復(fù)原狀的能力。永久變形(compressionset)表示橡膠在受壓后解除壓力時(shí)不能恢復(fù)的變形比例，是評價(jià)橡膠密封件性能的重要指標(biāo)。拉伸強(qiáng)度測試測試原理拉伸強(qiáng)度測試是將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的橡膠試樣以恒定速率拉伸直至斷裂，記錄整個(gè)過程中的力-位移曲線，計(jì)算最大負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力(拉伸強(qiáng)度)和斷裂時(shí)的伸長率。拉伸強(qiáng)度(TS)=最大負(fù)荷(F)/原始截面積(A)斷裂伸長率(EB)=(斷裂長度-原始長度)/原始長度×100%測試標(biāo)準(zhǔn)常用的測試標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T528、ISO37、ASTMD412等。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試樣的形狀、尺寸、制備方法、測試條件和數(shù)據(jù)處理方法等。常用的試樣形狀有啞鈴型和環(huán)形兩種。啞鈴型試樣更為常用，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多種尺寸的模具，如1、2、3、4型等，不同類型適用于不同情況。拉伸測試可以獲得的信息不僅包括拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，還包括特定伸長率下的應(yīng)力值(如100%、300%模量)、屈服點(diǎn)(如果有)、應(yīng)力軟化現(xiàn)象等。這些數(shù)據(jù)對評價(jià)橡膠的機(jī)械性能、預(yù)測使用壽命、優(yōu)化配方設(shè)計(jì)都有重要意義。影響拉伸性能的因素很多，包括橡膠類型、交聯(lián)密度、填料種類和含量、軟化劑類型和含量、測試溫度和拉伸速率等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮這些因素。撕裂強(qiáng)度測試測試意義撕裂強(qiáng)度是衡量橡膠抵抗撕裂的能力，與實(shí)際使用中的抗刺穿、抗割傷性能密切相關(guān)。橡膠制品在使用過程中常因局部應(yīng)力集中或外部尖銳物體作用而引起撕裂破壞，因此撕裂強(qiáng)度是重要的性能指標(biāo)。測試方法撕裂強(qiáng)度測試是將帶有缺口或切口的標(biāo)準(zhǔn)試樣以恒定速率拉伸，使裂紋沿特定方向擴(kuò)展，記錄撕裂過程中的最大負(fù)荷，計(jì)算撕裂強(qiáng)度。撕裂強(qiáng)度(TR)=最大負(fù)荷(F)/試樣厚度(d)，單位通常為kN/m。試樣類型根據(jù)GB/T529、ISO34、ASTMD624等標(biāo)準(zhǔn)，常用的撕裂試樣有直角裂口型(A型)、新月形裂口型(B型)、直角無裂口型(C型)、新月形無裂口型(D型)等。不同試樣適用于不同材料和目的。硬度測試測試原理硬度測試是通過測量標(biāo)準(zhǔn)壓頭在特定壓力下對橡膠表面的壓入深度來確定橡膠的硬度值。壓入深度越小，硬度值越高，表示橡膠越硬。硬度測試簡單快捷，是橡膠性能測試中最基本、最常用的方法。測試設(shè)備橡膠硬度通常使用邵爾硬度計(jì)測量，根據(jù)橡膠的軟硬程度不同，分為邵爾A型和邵爾D型。A型適用于普通軟硬度的橡膠(10~90HA)，D型適用于較硬的橡膠(30~90HD)。此外，還有IRHD硬度計(jì)和微硬度計(jì)等設(shè)備用于特殊情況。測試標(biāo)準(zhǔn)硬度測試的主要標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T531、ISO7619、ASTMD2240等。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試樣的厚度(通常至少6mm)、測量點(diǎn)的數(shù)量和位置、壓頭保持時(shí)間(通常為15秒)等測試條件。影響因素影響硬度測量結(jié)果的因素包括試樣厚度、表面平整度、溫度、加載速度、壓頭保持時(shí)間等。在進(jìn)行硬度測量時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性。橡膠的熱性能耐熱性耐熱性表示橡膠在高溫下保持原有物理機(jī)械性能的能力。不同類型的橡膠具有不同的耐熱等級，如天然橡膠約80℃，丁苯橡膠約100℃，乙丙橡膠約150℃，硅橡膠約250℃，氟橡膠可達(dá)300℃。1耐寒性耐寒性表示橡膠在低溫下保持柔軟性和彈性的能力。低溫下橡膠會變硬、失去彈性，最終變脆斷裂。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是評價(jià)橡膠耐寒性的重要參數(shù)，Tg越低，耐寒性越好。2熱老化性熱老化是指橡膠在高溫下長期存放或使用過程中性能逐漸下降的現(xiàn)象。熱老化主要通過熱氧化反應(yīng)引起分子鏈斷裂或交聯(lián)，導(dǎo)致橡膠硬化、開裂或軟化、粘連。3熱膨脹性熱膨脹是指橡膠隨溫度升高體積增大的現(xiàn)象。橡膠的熱膨脹系數(shù)較大，在密封設(shè)計(jì)中需要考慮這一因素，特別是在溫度變化較大的場合。4耐熱性測試1空氣老化試驗(yàn)將橡膠試樣放置在特定溫度(如70℃、100℃、150℃等)的熱老化箱中，經(jīng)過規(guī)定時(shí)間(如24h、72h、168h等)后取出，測量其物理機(jī)械性能(如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、硬度等)的變化。常用標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T3512、ISO188、ASTMD573等。2壓縮永久變形試驗(yàn)將橡膠試樣在一定溫度下壓縮到原厚度的一定比例(通常為25%)，保持特定時(shí)間后釋放，測量試樣的恢復(fù)情況。這是評價(jià)橡膠密封件耐熱性的重要方法。常用標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T7759、ISO815、ASTMD395等。3熱重分析(TGA)利用熱重分析儀測量橡膠樣品在程序控溫條件下質(zhì)量隨溫度變化的曲線，獲得橡膠的熱分解溫度、熱穩(wěn)定性等信息。TGA還可用于分析橡膠配方中各組分的含量，如油含量、炭黑含量、灰分等。4熱氧指數(shù)(TOI)測試通過測定橡膠在高溫氧氣中的氧化誘導(dǎo)時(shí)間(OIT)，評價(jià)橡膠的抗氧化性能。OIT越長，表示橡膠的抗氧化性能越好，耐熱老化性能越好。耐寒性測試低溫脆性試驗(yàn)將橡膠試樣在逐漸降低的溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，記錄50%的試樣發(fā)生脆性斷裂時(shí)的溫度，即為脆性溫度。脆性溫度是評價(jià)橡膠耐寒性的直觀指標(biāo)，溫度越低，耐寒性越好。常用標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T1682、ISO812等。低溫回縮試驗(yàn)將橡膠試樣在低溫下拉伸到規(guī)定伸長率，保持一定時(shí)間后釋放，測量其在低溫下的回縮率?；乜s率越高，表示橡膠在低溫下保持彈性的能力越好。常用標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T2951、ISO1432等。溫度掃描硬度試驗(yàn)使用特殊設(shè)備測量橡膠硬度隨溫度降低的變化曲線，確定硬度急劇上升的溫度點(diǎn)，即為橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。Tg是評價(jià)橡膠耐寒性的重要參數(shù)，Tg越低，耐寒性越好。差示掃描量熱法(DSC)利用DSC設(shè)備測量橡膠在降溫過程中的熱流變化，確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。DSC法具有樣品用量少、操作簡便、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代橡膠耐寒性測試的重要方法。橡膠的耐介質(zhì)性能耐油性耐油性是指橡膠在各種油類(如礦物油、植物油、動(dòng)物油)中保持體積穩(wěn)定性和物理機(jī)械性能的能力。不同類型的橡膠耐油性差異很大，通常極性橡膠(如NBR、CR)耐非極性油的能力較強(qiáng)，而非極性橡膠(如NR、SBR)則較差。耐油性通常通過測量橡膠在油中浸泡前后的體積變化率(膨脹率)和物理機(jī)械性能變化來評價(jià)。耐臭氧性橡膠，特別是含不飽和雙鍵的橡膠，在臭氧作用下容易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。臭氧首先攻擊橡膠分子中的雙鍵，導(dǎo)致分子鏈斷裂，形成可見的裂紋。耐臭氧性的評價(jià)方法是將橡膠試樣在一定拉伸狀態(tài)下暴露在特定濃度的臭氧環(huán)境中，觀察表面裂紋的出現(xiàn)時(shí)間和發(fā)展程度。除了油和臭氧外，橡膠還可能接觸各種其他介質(zhì)，如酸、堿、鹽溶液、有機(jī)溶劑等。不同類型的橡膠對這些介質(zhì)的抵抗能力也各不相同。例如，丁腈橡膠對脂肪族溶劑有良好的抵抗力，但對極性溶劑如酮類、酯類抵抗力較差；氟橡膠對大多數(shù)化學(xué)品都有優(yōu)異的抵抗力，但對酮類和胺類抵抗力較差。在選擇橡膠材料時(shí)，必須充分考慮使用環(huán)境中可能接觸的各種介質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)南鹉z類型或通過配方設(shè)計(jì)提高其耐介質(zhì)性能。耐油性測試IRM901油中膨脹率(%)IRM903油中膨脹率(%)耐油性測試的基本方法是將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的橡膠試樣浸泡在特定油液中，在規(guī)定溫度(如70℃、100℃、150℃等)下保持一定時(shí)間(如24h、72h、168h等)，測量試樣浸泡前后的質(zhì)量、體積和物理機(jī)械性能的變化。常用的測試油液包括ASTM標(biāo)準(zhǔn)油(如IRM901、IRM903等)、汽車燃料(如汽油、柴油)、潤滑油、液壓油等。常用的測試標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T1690、ISO1817、ASTMD471等。體積變化率是最主要的評價(jià)指標(biāo)，通常膨脹率小于10%表示耐油性優(yōu)異，10%~25%表示耐油性良好，大于25%表示耐油性較差。耐臭氧性測試測試設(shè)備耐臭氧性測試通常使用臭氧老化箱進(jìn)行，該設(shè)備能產(chǎn)生穩(wěn)定濃度的臭氧并控制溫度和濕度?，F(xiàn)代臭氧老化箱通常配備自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)監(jiān)控臭氧濃度、溫度和濕度等參數(shù)，確保測試條件的穩(wěn)定性。試樣準(zhǔn)備試樣通常為啞鈴型或矩形，在特定的拉伸裝置上拉伸到規(guī)定伸長率(如20%、40%等)。拉伸狀態(tài)下的橡膠更容易受到臭氧攻擊，因?yàn)榉肿渔溙幱趶埦o狀態(tài)，雙鍵更容易暴露。靜態(tài)拉伸測試最為常用，但也有動(dòng)態(tài)拉伸測試方法。評價(jià)方法測試結(jié)束后，在規(guī)定的放大倍數(shù)下觀察試樣表面是否出現(xiàn)裂紋，如有裂紋，記錄裂紋的密度和深度。評價(jià)方法包括目視法、顯微鏡法和計(jì)算機(jī)圖像分析法等。常用標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T7762、ISO1431、ASTMD1149等。第五章：橡膠配方設(shè)計(jì)配方基本組成了解橡膠配方的主要組分及其功能，包括生膠、補(bǔ)強(qiáng)填料、軟化劑、防老劑、硫化體系等。各組分的選擇掌握各組分的種類、特點(diǎn)及選擇原則，包括不同填料、軟化劑、防老劑的性能特點(diǎn)和適用范圍。硫化體系設(shè)計(jì)了解硫化體系的組成、硫化機(jī)理及硫化體系設(shè)計(jì)原則，學(xué)習(xí)如何根據(jù)橡膠種類和性能要求選擇合適的硫化體系。配方優(yōu)化掌握橡膠配方設(shè)計(jì)的基本原則和配方優(yōu)化方法，學(xué)習(xí)如何平衡各項(xiàng)性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)性能和成本的最優(yōu)組合。橡膠配方的基本組成生膠橡膠配方的基礎(chǔ)，決定橡膠制品的基本性能1補(bǔ)強(qiáng)填料提高橡膠的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能2軟化劑改善加工性能，降低成本，調(diào)節(jié)硬度和低溫性能3防老劑防止橡膠在使用過程中因氧化、臭氧、熱等因素而老化4硫化體系使橡膠分子鏈交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，獲得彈性5除了上述主要成分外，橡膠配方中還可能添加其他功能性助劑，如促進(jìn)劑活化劑(如氧化鋅、硬脂酸)、增塑劑、著色劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等，以滿足特定的性能要求或加工需求。橡膠配方通常以生膠用量為基準(zhǔn)，其他各組分的用量以"份"(phr)表示，即每100份生膠所添加的其他組分的重量。例如，某配方中炭黑50份，表示每100份生膠添加50份炭黑。這種表示方法便于配方的理解和調(diào)整。生膠的選擇1單一生膠使用單一類型的生膠可以充分發(fā)揮該膠種的特性，配方簡單，性能穩(wěn)定。例如，對耐油性要求高的密封件可選用單一的丁腈橡膠，對耐熱性要求高的制品可選用單一的硅橡膠。2混合生膠兩種或多種生膠復(fù)合使用，可以互補(bǔ)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，獲得更好的綜合性能。常見的混合體系有NR/SBR、NR/BR、EPDM/PP等?；旌仙z的選擇需考慮各膠種間的相容性。3選擇因素選擇生膠需要考慮多種因素：性能要求(如耐熱性、耐油性、機(jī)械強(qiáng)度等)、使用環(huán)境、加工方法、成本控制等。同一類型的橡膠，不同品牌或牌號的性能也有差異，需要具體分析。4生膠預(yù)處理有些生膠在使用前需要進(jìn)行預(yù)處理，如天然橡膠的塑煉、含膠乳的合成橡膠的干燥等。預(yù)處理的目的是改善生膠的加工性能，確?；鞜掃^程順利進(jìn)行。補(bǔ)強(qiáng)填料補(bǔ)強(qiáng)填料的作用補(bǔ)強(qiáng)填料是橡膠配方中僅次于生膠的重要組分，其主要作用是提高橡膠的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能。沒有補(bǔ)強(qiáng)填料的硫化橡膠通常強(qiáng)度低、耐磨性差，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。此外，補(bǔ)強(qiáng)填料還可以改善橡膠的加工性能，降低成本，并賦予橡膠特定的功能，如導(dǎo)電性、阻燃性等。補(bǔ)強(qiáng)填料的種類常用的補(bǔ)強(qiáng)填料主要有：炭黑：最常用的黑色補(bǔ)強(qiáng)填料，種類繁多，性能各異白炭黑：重要的白色補(bǔ)強(qiáng)填料，主要成分為二氧化硅碳酸鈣：常用的廉價(jià)填充劑，補(bǔ)強(qiáng)效果一般粘土：包括高嶺土、蒙脫土等，價(jià)格適中，補(bǔ)強(qiáng)效果一般其他：如滑石粉、碳酸鎂、氧化鋅等填料的補(bǔ)強(qiáng)效果與其粒徑、結(jié)構(gòu)、表面活性等因素密切相關(guān)。通常，粒徑越小，比表面積越大，表面活性越高，補(bǔ)強(qiáng)效果越好。在實(shí)際應(yīng)用中，常根據(jù)性能要求和成本控制選擇合適的填料類型和用量。炭黑的種類與應(yīng)用炭黑類型粒徑(nm)比表面積(m2/g)結(jié)構(gòu)性主要用途N11018-25140-155較高高耐磨制品N22024-33110-130高輪胎胎面、高耐磨制品N33028-3670-90中等通用型，輪胎等N55040-4840-50低擠出、模壓制品N66049-6035-45較低內(nèi)胎、密封件炭黑是橡膠工業(yè)中最重要的補(bǔ)強(qiáng)填料，按制造方法分為爐法炭黑、氣法炭黑、乙炔炭黑和導(dǎo)電炭黑等。其中爐法炭黑產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣。炭黑按顆粒大小和結(jié)構(gòu)特性分為多個(gè)牌號，國際標(biāo)準(zhǔn)使用字母N或S加三位數(shù)字表示。炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理包括填充補(bǔ)強(qiáng)、吸附補(bǔ)強(qiáng)和化學(xué)鍵合補(bǔ)強(qiáng)等。炭黑與橡膠的相互作用越強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)效果越好。粒徑越小、結(jié)構(gòu)性越高、表面活性越強(qiáng)的炭黑，補(bǔ)強(qiáng)效果越好，但分散性越差，加工難度越大。白炭黑的特性與用途化學(xué)組成白炭黑主要成分是二氧化硅(SiO?)，按制造方法分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑(氣相二氧化硅)。沉淀法白炭黑價(jià)格較低，應(yīng)用廣泛；氣相法白炭黑純度高，粒徑小，補(bǔ)強(qiáng)效果好，但價(jià)格較高。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)白炭黑顆粒表面含有大量硅醇基(-SiOH)，使其具有較強(qiáng)的親水性和表面活性。這種特性使白炭黑與橡膠的相容性較差，通常需要添加偶聯(lián)劑(如硅烷偶聯(lián)劑)改善其與橡膠的界面結(jié)合。性能特點(diǎn)白炭黑的主要優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)強(qiáng)效果好，不影響橡膠的顏色，能提高橡膠的耐熱性、耐撕裂性和抗?jié)窕?。在硅橡膠、淺色或有色橡膠制品中應(yīng)用廣泛。在輪胎工業(yè)中，白炭黑能降低輪胎的滾動(dòng)阻力，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)用領(lǐng)域白炭黑主要用于硅橡膠、淺色橡膠制品、節(jié)能輪胎、鞋底、運(yùn)動(dòng)器材等。近年來，隨著綠色輪胎概念的興起，白炭黑在輪胎工業(yè)中的應(yīng)用日益增加，部分替代傳統(tǒng)的炭黑，成為輪胎行業(yè)的重要原料。軟化劑的選擇1礦物油礦物油是最常用的橡膠軟化劑，按化學(xué)結(jié)構(gòu)分為芳香油、環(huán)烷油和石蠟油。芳香油補(bǔ)強(qiáng)效果好，但易污染、易遷移；環(huán)烷油性能均衡；石蠟油耐寒性好，色澤淺，但補(bǔ)強(qiáng)效果差。不同類型的橡膠適合使用不同類型的礦物油。2植物油植物油如亞麻油、蓖麻油等，具有良好的環(huán)保性，主要用于食品級橡膠制品。棕櫚油、大豆油等可用于替代部分礦物油，降低橡膠制品的環(huán)境影響，符合綠色環(huán)保要求。3合成軟化劑合成酯類、聚醚類等合成軟化劑具有良好的耐寒性和穩(wěn)定性，主要用于特種橡膠如氯丁橡膠、丙烯酸酯橡膠等。這類軟化劑通常價(jià)格較高，但性能優(yōu)異，能滿足特殊要求。4軟化劑的選擇原則選擇軟化劑需考慮多種因素：與橡膠的相容性、加工性能的改善效果、對硫化速度的影響、對成品性能的影響、環(huán)保要求、成本等。軟化劑用量過高會導(dǎo)致機(jī)械性能下降，永久變形增加，使用壽命縮短。防老劑的作用與分類老化機(jī)理橡膠在空氣、光、熱、臭氧等因素作用下，分子鏈容易發(fā)生氧化、斷裂或交聯(lián)，導(dǎo)致橡膠性能下降，如硬化、開裂、變軟、粘連等現(xiàn)象，這就是橡膠的老化。防老劑的作用就是阻止或延緩這些老化過程?？寡鮿┛寡鮿┦亲罨镜姆览蟿?，主要包括胺類抗氧劑(如PPD類)和酚類抗氧劑(如BHT)。胺類抗氧劑效果好但易污染、易著色；酚類抗氧劑不污染、不變色，但效果較弱。兩者常配合使用，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。防臭氧劑防臭氧劑包括化學(xué)防臭氧劑(如IPPD、6PPD等)和物理防臭氧劑(如防臭氧蠟)。化學(xué)防臭氧劑通過與臭氧反應(yīng)消耗臭氧；物理防臭氧劑通過在橡膠表面形成保護(hù)膜隔絕臭氧。兩者常結(jié)合使用，獲得最佳效果。硫化體系設(shè)計(jì)硫化體系組成硫化體系通常包括硫化劑、促進(jìn)劑、活化劑和其他助劑。硫化劑如硫磺、過氧化物、樹脂等，用于形成交聯(lián)；促進(jìn)劑如噻唑類、磺酰胺類等，用于加速硫化反應(yīng)；活化劑如氧化鋅、硬脂酸等，用于激活促進(jìn)劑。硫磺硫化體系硫磺硫化體系是最傳統(tǒng)、最常用的硫化體系，適用于含不飽和雙鍵的橡膠如NR、SBR、BR等。根據(jù)硫磺與促進(jìn)劑的比例，分為普通硫化體系(C)、半高效硫化體系(S)和高效硫化體系(EV)。EV體系形成的交聯(lián)主要是單硫鍵和碳-碳鍵，熱穩(wěn)定性好。過氧化物硫化體系主要用于不含雙鍵的飽和橡膠如EPDM、硅橡膠等，也可用于不飽和橡膠。過氧化物體系形成的交聯(lián)主要是碳-碳鍵，熱穩(wěn)定性好，但加工安全性差，成本高。常用的過氧化物有DCP、DICUMYL等。樹脂硫化體系主要用于丁基橡膠，也用于鹵化丁基橡膠、EPDM等。樹脂硫化形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱穩(wěn)定性好，但硫化速度慢。第六章：橡膠加工工藝1成品制造硫化和后處理2半成品加工成型和預(yù)硫化工藝3膠料制備混煉和塑煉過程4原材料準(zhǔn)備生膠和各類添加劑的處理本章將系統(tǒng)介紹橡膠加工的整個(gè)工藝流程，從原材料準(zhǔn)備、膠料制備、成型到硫化成型等各個(gè)環(huán)節(jié)。我們將詳細(xì)講解每個(gè)加工步驟的目的、原理、設(shè)備和操作要點(diǎn)，以及影響加工質(zhì)量的因素和常見問題的解決方法。了解橡膠加工工藝對于生產(chǎn)高質(zhì)量的橡膠制品至關(guān)重要。不同的加工方法適用于不同類型的橡膠和不同形狀的制品，選擇合適的加工工藝能夠提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，改善產(chǎn)品質(zhì)量。橡膠混煉混煉目的橡膠混煉是將生膠與各種配合劑(如補(bǔ)強(qiáng)填料、軟化劑、防老劑、硫化劑等)均勻混合的過程?；鞜挼哪康氖鞘垢鹘M分充分均勻分散，形成性能穩(wěn)定的膠料，為后續(xù)加工做準(zhǔn)備?；鞜捯罅己玫幕鞜捯蟾鹘M分分散均勻，無結(jié)塊；膠料塑性適中，滿足后續(xù)加工需要；配合劑不受污染，不出現(xiàn)提前硫化；溫度控制適當(dāng)，不過熱或過冷?；鞜捹|(zhì)量直接影響最終產(chǎn)品的性能?；鞜挿椒ǜ鶕?jù)設(shè)備不同，橡膠混煉主要有開煉機(jī)混煉和密煉機(jī)混煉兩種方法。開煉機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，適用性廣，但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；密煉機(jī)效率高，自動(dòng)化程度高，但投資大，維護(hù)成本高?；鞜掃^程中需要控制多個(gè)因素，如混煉溫度、時(shí)間、轉(zhuǎn)速、加料順序等。溫度過高會導(dǎo)致提前硫化或組分分解；時(shí)間過短會導(dǎo)致分散不均勻；加料順序不當(dāng)會影響混煉效果和膠料性能?；鞜挷僮麟m然看似簡單，但實(shí)際上是需要豐富經(jīng)驗(yàn)和精細(xì)控制的技術(shù)活。開煉機(jī)混煉開煉機(jī)結(jié)構(gòu)開煉機(jī)由兩個(gè)水平并列的金屬滾筒(輥)組成，兩輥之間保持一定的間隙，通過調(diào)節(jié)間隙大小控制混煉效果。輥面通常有冷卻水道，用于控制輥面溫度。根據(jù)輥的直徑和長度，開煉機(jī)分為不同規(guī)格，如XK-160、XK-400等?；鞜掃^程開煉機(jī)混煉過程包括塑煉、加料和均化三個(gè)階段。塑煉階段使生膠變軟、增塑；加料階段按一定順序添加各種配合劑；均化階段使膠料充分混合均勻?；鞜掃^程中需要反復(fù)切片、過橋、調(diào)整輥距等操作。操作技巧開煉機(jī)混煉的關(guān)鍵在于操作技巧：控制輥距，使膠料形成適當(dāng)?shù)哪z輥；調(diào)節(jié)輥速(通常前輥慢，后輥快)，產(chǎn)生足夠的剪切力；控制混煉溫度，避免過熱；按正確順序添加配合劑，如先軟化劑，后填料，最后硫化劑。密煉機(jī)混煉1設(shè)備裝料將預(yù)先稱量好的生膠和各種配合劑按特定順序通過加料口加入密煉室。裝料應(yīng)迅速、均勻，一般先加生膠，再加各種配合劑，最后加炭黑等填料?，F(xiàn)代密煉機(jī)常配備自動(dòng)加料系統(tǒng)，提高加料精度和效率。2混煉在密閉的混煉室內(nèi)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，對膠料施加強(qiáng)烈的剪切和擠壓作用，使各組分充分混合?；鞜掃^程中溫度迅速升高，需要通過控制轉(zhuǎn)速、設(shè)置冷卻水系統(tǒng)等方式控制溫度，防止提前硫化。3排膠混煉結(jié)束后，打開下料門，膠料在自重或壓力作用下排出密煉室。排出的膠料溫度較高，通常需要經(jīng)過開煉機(jī)冷卻處理，并調(diào)整塑性，制成膠片備用。4清洗設(shè)備每批膠料混煉完成后，需要清潔密煉機(jī)內(nèi)部，特別是換用不同配方時(shí)。清潔工作可以使用專用的清潔膠料或清潔劑，確保下一批膠料不受污染。橡膠成型1成型的目的成型是將混煉后的膠料制成特定形狀的半成品(生胚)的過程，為后續(xù)的硫化做準(zhǔn)備。成型的質(zhì)量直接影響最終產(chǎn)品的尺寸精度、外觀和性能。良好的成型工藝可以減少硫化缺陷，提高生產(chǎn)效率。2成型方法橡膠成型的主要方法包括擠出成型、壓延成型、模壓成型、注射成型和熱罐成型等。不同的成型方法適用于不同形狀和尺寸的橡膠制品。成型方法的選擇取決于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、尺寸精度要求和生產(chǎn)批量。3成型工藝參數(shù)成型過程中需要控制多個(gè)工藝參數(shù)，如溫度、壓力、時(shí)間、速度等。這些參數(shù)的選擇取決于橡膠類型、配方組成、設(shè)備特性和產(chǎn)品要求。參數(shù)控制不當(dāng)會導(dǎo)致成型不良，如表面粗糙、氣泡、變形等缺陷。4硫化前處理生胚成型后，通常需要進(jìn)行硫化前處理，如清潔、涂布隔離劑、預(yù)熱等。這些處理有助于提高硫化效果，減少硫化缺陷。某些特殊制品還需要進(jìn)行預(yù)硫化處理，如輪胎的半成品部件。擠出成型擠出機(jī)結(jié)構(gòu)橡膠擠出機(jī)主要由機(jī)筒、螺桿、機(jī)頭、模具和輔助設(shè)備組成。根據(jù)螺桿數(shù)量，分為單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)。單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，但螺旋送料能力較弱；多螺桿擠出機(jī)(如雙螺桿、四螺桿)送料能力強(qiáng)，混合效果好。擠出過程擠出過程包括喂料、輸送、壓縮、均化和成型幾個(gè)階段。膠料在螺桿的推動(dòng)下沿機(jī)筒前進(jìn)，同時(shí)受到加熱和剪切作用，逐漸塑化并均勻化，最后通過模具口成型為特定截面形狀的制品。適用產(chǎn)品擠出成型主要用于生產(chǎn)具有連續(xù)截面的橡膠制品，如橡膠管、橡膠條、橡膠密封條、電纜護(hù)套等。這些制品截面形狀可以很復(fù)雜，但沿長度方向是一致的。擠出后的制品通常需要進(jìn)行硫化處理。工藝控制擠出工藝的關(guān)鍵控制點(diǎn)包括溫度控制(機(jī)筒溫度、機(jī)頭溫度)、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出壓力和牽引速度等。溫度過高會導(dǎo)致提前硫化；速度不匹配會導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定；壓力波動(dòng)會引起產(chǎn)品截面不均勻。壓延成型壓延機(jī)結(jié)構(gòu)橡膠壓延機(jī)由多個(gè)輥筒(通常為三輥或四輥)組成，輥筒之間形成間隙，膠料通過間隙被壓制成薄片。每個(gè)輥筒都有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)和溫控系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和溫度。壓延機(jī)還配有輔助設(shè)備如送料裝置、牽引裝置、冷卻裝置等。壓延機(jī)按照輥筒排列方式，分為L型(三輥)、Z型(三輥)、F型(四輥)等多種結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)適用于不同的壓延工藝和產(chǎn)品要求。壓延工藝壓延過程包括膠料預(yù)熱、喂料、壓延、冷卻和收卷等步驟。膠料首先經(jīng)過預(yù)熱使其塑性增加，然后均勻地送入壓延機(jī)的輥筒間隙，在輥筒的擠壓作用下形成均勻的膠片，最后經(jīng)過冷卻處理后收卷或切片。壓延工藝的關(guān)鍵控制點(diǎn)包括輥筒溫度、輥筒間隙、轉(zhuǎn)速、喂料量和牽引力等。這些參數(shù)直接影響膠片的厚度均勻性、表面質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。壓延成型主要用于生產(chǎn)橡膠片材、膠布、膠帶等片狀橡膠制品，以及輪胎內(nèi)層膠、簾布層等輪胎半成品。通過在壓延過程中將布、簾布等增強(qiáng)材料與橡膠復(fù)合，可以制造具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。模壓成型配料準(zhǔn)備根據(jù)產(chǎn)品要求計(jì)算每個(gè)模腔所需膠料量，通常需要略多于模腔體積，以補(bǔ)償密度變化和確保模腔充滿。膠料可預(yù)先切成與模腔形狀相近的塊狀，也可制成預(yù)成型的生胚，以便于放入模具。模具準(zhǔn)備清潔模具，涂布隔離劑(如硅油、石蠟等)以防止膠料粘模。模具預(yù)熱到適當(dāng)溫度，通常接近硫化溫度，以減少硫化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。裝模將準(zhǔn)備好的膠料放入模腔中，注意放置位置，避免氣泡產(chǎn)生。復(fù)雜形狀的產(chǎn)品可能需要多次裝料或使用預(yù)成型生胚，確保膠料能充滿整個(gè)模腔。模壓硫化關(guān)閉模具，施加壓力使膠料充滿模腔。在一定溫度下保持一定時(shí)間，使橡膠發(fā)生硫化反應(yīng)，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。硫化時(shí)間和溫度根據(jù)橡膠類型、配方和產(chǎn)品厚度確定。脫模硫化完成后，打開模具，取出產(chǎn)品。必要時(shí)進(jìn)行修邊、去除溢料等后處理。復(fù)雜產(chǎn)品可能需要特殊的脫模技巧，如使用脫模銷或壓縮空氣輔助脫模。橡膠硫化1硫化的本質(zhì)硫化是橡膠加工的關(guān)鍵步驟，其本質(zhì)是在熱、壓和硫化劑作用下，使橡膠分子鏈之間形成化學(xué)交聯(lián)，從而將塑性的生膠轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥缘牧蚧z。硫化使橡膠獲得穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，顯著改善其機(jī)械強(qiáng)度、彈性、耐熱性等性能。2硫化機(jī)理傳統(tǒng)的硫磺硫化主要是在促進(jìn)劑和活化劑的作用下，硫原子與橡膠分子鏈上的不飽和雙鍵反應(yīng)，形成硫橋。單硫鍵、雙硫鍵或多硫鍵的比例影響硫化膠的性能。過氧化物硫化則是通過自由基機(jī)制形成碳-碳交聯(lián)。3硫化工藝參數(shù)硫化的主要工藝參數(shù)包括溫度、壓力和時(shí)間。溫度影響反應(yīng)速率和交聯(lián)密度；壓力確保膠料充滿模腔并排出氣體；時(shí)間決定硫化程度。這些參數(shù)的選擇取決于橡膠類型、配方組成、產(chǎn)品厚度和硫化設(shè)備。4硫化不足與過硫化硫化不足會導(dǎo)致強(qiáng)度低、彈性差、永久變形大；過硫化則導(dǎo)致橡膠變硬、脆性增加、老化加速。因此，控制適當(dāng)?shù)牧蚧潭戎陵P(guān)重要?，F(xiàn)代工廠通常使用硫化儀監(jiān)測硫化過程，確保最佳硫化狀態(tài)。硫化方法平板硫化使用平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化，適用于片狀橡膠制品如墊片、膠板等。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但熱效率較低，產(chǎn)品厚度均勻性較難控制。平板硫化機(jī)通常配有多層硫化模板，可同時(shí)硫化多件產(chǎn)品，提高生產(chǎn)效率。熱罐硫化使用熱罐(蒸汽釜)進(jìn)行硫化，適用于輪胎、大型橡膠軟管等產(chǎn)品。熱罐內(nèi)通入高壓蒸汽或熱水作為加熱介質(zhì)，通過模具傳遞熱量實(shí)現(xiàn)硫化。熱罐硫化熱效率高，溫度分布均勻，但設(shè)備投資大，能耗較高。連續(xù)硫化適用于長條狀產(chǎn)品如橡膠管、橡膠條等。常用設(shè)備有微波硫化機(jī)、熱風(fēng)硫化機(jī)、鹽浴硫化機(jī)等。連續(xù)硫化生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，但設(shè)備復(fù)雜，投資大，對膠料配方要求較高。硫化溫度與時(shí)間控制硫化時(shí)間(分鐘)140℃硫化率(%)150℃硫化率(%)160℃硫化率(%)硫化溫度和時(shí)間是硫化工藝中最關(guān)鍵的參數(shù)。溫度越高，硫化速度越快，但可能導(dǎo)致過硫化或焦燒；溫度過低則硫化不充分。時(shí)間過長會導(dǎo)致過硫化，時(shí)間過短則硫化不足。兩者需要綜合考慮，找到最佳平衡點(diǎn)。硫化溫度和時(shí)間的確定需要考慮多種因素：橡膠類型(不同橡膠的最適硫化溫度不同)、配方組成(如促進(jìn)劑類型和用量)、產(chǎn)品厚度(厚度越大，需要的時(shí)間越長)、硫化設(shè)備特性等。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常通過實(shí)驗(yàn)確定最佳硫化條件，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行微調(diào)。第七章：橡膠制品本章將介紹幾種常見的橡膠制品，包括輪胎、橡膠管、密封件和減震制品等。我們將分析這些制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料要求、制造工藝和性能指標(biāo)，幫助大家了解橡膠材料在各領(lǐng)域的具體應(yīng)用。橡膠制品種類繁多，用途廣泛，幾乎涉及到工業(yè)和日常生活的各個(gè)方面。通過學(xué)習(xí)這些典型制品的案例，可以加深對橡膠材料性能-結(jié)構(gòu)-工藝-應(yīng)用關(guān)系的理解，為實(shí)際工作提供參考。輪胎制造輪胎結(jié)構(gòu)現(xiàn)代輪胎主要由胎面、帶束層、胎側(cè)、胎圈、內(nèi)襯層等部分組成。胎面直接與路面接觸，要求耐磨、抗?jié)窕?；帶束層由鋼絲或紡織簾布與橡膠復(fù)合而成，提供強(qiáng)度；胎側(cè)保護(hù)輪胎側(cè)面；胎圈確保輪胎與輪輞緊密結(jié)合；內(nèi)襯層保證氣密性。材料選擇輪胎使用多種橡膠：胎面多用SBR/BR/NR混煉膠，兼顧耐磨性和抗?jié)窕裕惶?cè)主要用NR/BR混煉膠，具有良好的抗撕裂性和耐屈撓性；內(nèi)襯層主要用鹵化丁基橡膠，具有極低的氣體滲透性；胎圈包覆膠多用NR，具有良好的粘合性。輪胎制造工藝復(fù)雜，主要包括配料、混煉、壓延(制作內(nèi)襯層、胎側(cè))、擠出(制作胎面、胎圈)、裁斷、成型、硫化等步驟。成型是將各半成品按特定順序組裝在一起，形成生胎；硫化在特定的模具中進(jìn)行，使各部分結(jié)合為一體?，F(xiàn)代輪胎制造技術(shù)不斷創(chuàng)新，如無內(nèi)胎輪胎、低滾動(dòng)阻力輪胎、自修復(fù)輪胎等。環(huán)保型輪胎使用硅石替代部分炭黑，減少滾動(dòng)阻力，提高燃油經(jīng)濟(jì)性；智能輪胎內(nèi)置傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測胎壓、溫度等參數(shù)，提高安全性。橡膠管制造設(shè)計(jì)與配方根據(jù)使用要求(如耐壓、耐油、耐溫等)確定橡膠管的結(jié)構(gòu)和材料。橡膠管通常由內(nèi)層、增強(qiáng)層和外層組成，不同層使用不同的材料。如輸油橡膠管內(nèi)層多用NBR，具有耐油性；高壓膠管增強(qiáng)層使用鋼絲或紡織品增強(qiáng)；外層需耐候性好，多用CR或EPDM。擠出成型內(nèi)層和外層通常采用擠出工藝成型。內(nèi)層先在擠出機(jī)上擠出成管狀，經(jīng)過冷卻后，纏繞增強(qiáng)層(如紗線、鋼絲等)。增強(qiáng)層纏繞有多種方式，如螺旋纏繞、編織纏繞等，不同方式提供不同的強(qiáng)度特性。最后在外層擠出機(jī)上覆蓋外層橡膠。硫化橡膠管的硫化通常采用連續(xù)硫化或分批硫化。連續(xù)硫化使用鹽浴、熱空氣、微波等方式加熱；分批硫化使用硫化罐或蒸汽釜。硫化過程使各層橡膠交聯(lián)固化，并與增強(qiáng)層牢固結(jié)合，形成整體結(jié)構(gòu)。質(zhì)量檢測橡膠管制造后需進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，包括外觀檢查、尺寸測量、耐壓測試、脈沖測試等。對于特殊用途的橡膠管，如燃油管、制動(dòng)管等，還需進(jìn)行特殊的性能測試，確保滿足使用要求。橡膠密封件O型圈O型圈是最簡單、最常用的橡膠密封件，橫截面為圓形的環(huán)狀密封件。工作原理是利用介質(zhì)壓力使其變形，增加與密封表面的接觸壓力。O