橡胶基础知识介绍 ppt

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橡胶加工原理和工艺
•五. 填充剂
• 填充剂按用途可分为两大类；即补强填充剂和惰性填充剂。 • 补强填充剂简称补强剂，是能够提高硫化橡胶的强力，撕裂强 度，定伸强度，耐磨性等物理机械性能的配合剂。最常用的补强剂 是炭黑，其次是白炭黑、碳酸镁、活性碳酸钙，活性陶土、古马隆 树脂、松香树脂、苯乙烯树脂、酚醛树脂、木质素等。 • 惰性填充剂又称增容剂，是对橡胶补强效果不大，仅仅是为了 增加胶料的容积以节约生脱从而降低成本或改善工艺性能(特别是压 出、压延性能)的配合剂。增容剂只好是比重小的、这时重量经而体 积大，虽常用的增容剂有硫酸钙，滑石粉、云母粉等。 • 下面着重讨论炭黑的补强机理及影响补强效果的因素。
• 防老剂一般可分为两类，即物理防老剂和化学防老剂。物理防老剂
主要有石蜡、微晶蜡等物质。由于在常温下此种物质在橡胶中的溶解度
较少，因而逐渐迁移到橡胶制品表面，形成一层薄膜，起隔离臭氧、氧
•气与橡胶的接触作用，用量一斑为1—3份。
• 化学防老剂主要有酚类和胺类。酚类一股无污染，但防老性能较差，
主要用于浅色和透明制品，而胺类一般部有污染做主要用于黑色和
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橡胶加工原理和工艺
•配方种类有三类，即基础配方、性能配方和生产配方。 • 基础配方是专供研究或鉴定新胶种，新配合剂用的，其配合组分 的比例一般采用传统的使用量，以便对比，并要求尽可能简单。通 用的基础配方其组分和用量如下；
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橡胶加工原理和工艺
•配方设计的原则：
•在配方设计之前，首先必须了解制品的使用条件，并考虑制品的质 量，使用寿命及物理机械性能。 •第二 必须了解对使用的生胶和配合剂的性质以及各种配合利的相互 间的关系，尤其是使用新型原材料时，对其质量，等级情况要有分折 和实验的结果。 •第三 原材料的使用必须立足于国内，因地制宜。 •最后， 在制定配方时，还必须考虑到设备的特点和制造工艺上 •的方便，尽量降低成本，降低原材料消耗。

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结构特点
➢ 平均摩尔质量较低，且分子量分布较窄。
高分子量的顺丁橡胶分子量为(80~120)×104； 中高分子量的顺丁橡胶分子量为(25~40)×104。
➢ 结构规整、无侧基的碳链橡胶，可以结晶。 ➢ 非极性橡胶。无极性、分子间作用力较小、分子链柔顺性好。 ➢ 每个结构单元上存在一个双键，为不饱和橡胶。但是因为双键
中顺式 ——顺式含量90%~95%。物理学性能和加工性能<高顺式聚丁二烯
橡胶，趋于淘汰。
低顺式 ——顺式含量40%以下。是含有较多的乙烯基（即1，2-结构）的中
乙烯基丁二烯橡胶。它具有较好的综合平衡性能，克服了高顺式丁二 烯橡胶的耐湿滑性差的缺点，最适宜制造轮胎。此外，低顺丁橡胶中 丁二烯的顺反异构体呈无规分布，具有最好的耐寒性。
➢ 目前尚有三种新型催化剂： 稀土催化剂（如环烷酸稀土、一氯二乙基铝三异丁基铝） π-烯丙基氯化镍催化剂（如(π-C3H5NiCl)2-四氯苯醌） 卤化π-烯丙基铀催化剂【如(π-C3H5)3UCl-AlRCl2,式中R为乙基】 通过上述三种新型催化剂均可制得高顺式(96%~99%)的顺丁橡 胶，而且活性和所得硫化胶的物理性能也很好。
一端没有甲基的推电子性而使得双键活性没有天然橡胶（NR） 大。
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性能—分子链非常柔顺、相对分子质量分布较窄
➢ 是目前橡胶中弹性最好的
➢ 是通用橡胶中低温性能最好的（Tg=-105℃）
➢ 动态生热低
➢ 滞后损失小
优
➢ 耐屈挠性能优异(制品的耐动态裂口生成性能好)
➢ 湿润能力强,硫化时流动性好,适于注射成型
• 顺丁橡胶是结晶性橡胶，但结晶能力不强，所以自补强能力较小
缺
• 撕裂强度较低

度下均呈高弹态。
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高弹形变的本质：高弹性是一种熵弹性
➢ 橡胶弹性是由熵变引起的 ➢在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变 为伸展状态，熵减小 ➢当外力移去后，由于热运动，分子链自发 地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复 卷曲状态 ➢形变可逆
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橡胶的热力学分析
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聚丁二烯的交联
➢天然橡胶、合成橡胶：化 学交联，硫化 ➢热塑性弹性体：物理交联
形变有热效应，橡胶拉伸放热，why？ 原因：a.蜷曲→伸展，熵减小，放热，b.分子
摩擦放热，c.拉伸结晶，放热）
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橡胶的热力学分析
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橡胶的热力学分析
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橡胶的热力学分析
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橡胶的热力学分析
13橡胶的热力学分析14橡胶的热力学分析15
橡胶弹性的统计理论
(Statistical Theories of Rubber Elasticity)
对孤立柔性高分子链，若将其一端固定在坐标的原 点(0,0,0)，那么其另一端出现在坐标(x,y,x)处小体积 dxdydz内的几率为：
W (x,y,z)dxd yd 3zexp2((x2y2z2)dxd
2=3/(2zb2) z – 链段数目
b – 链段长度 18
仿射形变 Affine deformation
①当ε很小时，符合虎克 定律。
②λ＜1.5时，理论与实验 符合较好。
偏差原因： a、很高应变，高斯链假 设不成立。 b、应变引起结晶作用。
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内能对橡胶弹性的贡献
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橡胶的发展
➢南美土著人1000多年前使用天然胶乳制造器具，“会流泪树的树” ；
➢哥伦布1493-1496年第二次航行时发现海地人玩的球能从地上弹起 来，欧洲人第一次认识到橡胶；

二.天然橡胶的分级方法
颜 色 限 度 “ 拉 维 邦 单 位 ” （ Colour limit“Lovibond Scale”）等7项指标进行分级。从此，通用天然橡胶随分级 方法的不同而名称就有差异。凡使用外观分级的片状胶， 仍使用原来的烟胶片、风干胶片或绉胶片的传统名称；凡 使用国际标准规定的生胶理化性能项目及指标进行分级的 生胶，不论是烟胶片、风干胶、绉胶片还是颗粒胶 （granular rubber）或碎裂胶（crumb rubber）都称为国 际标准天然生胶，或简称为标准胶。例如胶包上打的标志 为“标准胶—5—烟胶片”，其意思是胶包内是烟胶片，按 理化性能分级为5号标准胶。其它标志依此类推，即有标准 胶—10—烟胶片、标准胶—20 —烟胶片或标准胶—50—烟 胶片等标志，若上述几种橡胶是马来西亚生产的，则相应 的名称为：SMR—5—RSS、SMR—10—RSS、SMR—20—RSS或 SMR—50—RSS。
序言.天然橡胶概述
100年前，一位叫刀安仁的云南 干崖（今盈江县）土司远渡重洋， 将8000余株巴西三叶橡胶树引种到 了云南盈江县的新城凤凰山，中国 天然橡胶产业从此诞生。我国的天 然橡胶产业是在国外学者认为不能 种植橡胶的地区发展起来的。国外 植胶权威人士认为，橡胶树只适宜 在南纬10度和北纬15度以内的热带 地区种植。《大英百科全书》认定： “橡胶树仅仅生长在界线分明的热 带地区——大约是赤道南纬或北纬 10度以内……”而云南南部位于北 纬21度—25度，海南也处于被权威 专家认定为植胶禁区的热带北缘。
三.天然胶的品种及加工特点
（六）充油天然橡胶Oil-extended natural rubber 一种专用的天然橡胶品种。由天然橡胶中加入石油 系操作油制成。制造方法分湿法和干法两种。前者是把 乳化好的操作油加入胶乳中，充分搅拌，凝固、干燥后 制成。后者是将操作油加热后注入块状颗粒中，混炼均 匀即成。天然橡胶和油的比例3：1～3：2。 这种橡胶工艺性能好，制成的轮胎在-40℃冰雪中行 驶仍有较高的防滑性，并具有良好的耐损伤和扯裂性能。 （七）易操作橡胶 是由部分硫化胶乳和新鲜胶乳混合制成。其特点 是容易进行压延压出加压，半成品的收缩率小，表面光 滑，不易变形，特别适于制造各种压出制品。

气泡
五、产品缺陷、4M原因分析、措施
气泡4M分析：人（man ）
主要生产原因
1. 上料不到位（如部分产品在生产 时，竖放则会造成闷气，从而产生气 泡）。
2. 排气次数过少。
解决措施 1.进行现场培训，提高员工技
能和质量意识及自检意识。 2.严格按工艺规定操作，按照
作业指导书生产。
五、产品缺陷、4M原因分析、措施
五、产品缺陷、4M原因分析、措施
裂口4M分析：机（machine）
主要生产原因
解决措施
1.热板温度过高 。
2.模具结构设计不合理：型腔部位有 尖角、模具拐角处R偏小。 3.脱模器具有尖角 。
1.调整热板温度。 2.及时修理模具，将有尖角地
方打磨和拐角处R增大 。 3.将脱模器砂成圆角。 4.定期清洗模具。
3.上料方法不合理。
根据具体问题重新制定合理工 艺。途径：由班长/工序质控 员以《硫化工艺完善记录》形 式提出更改，或工艺员主动更 改。
4.脱模剂选用不当，浓度大，未规定 喷涂位置、喷涂次数。
5.胶料从上模流道板溢出造成产品缺 料。
增加压力，减小注射压力流量 ，检查增压时间和模具行程。
五、产品缺陷、4M原因分析、措施
入合格骨架内生产。
五、产品缺陷、4M原因分析、措施
缺陷名称：缺 料
定 义：胶料流动时,型腔 没有完全充满， 失去应有的形状 导致产品外形不 完整。
缺料
五、产品缺陷、4M原因分析、措施
缺料4M分析：人（man ）
主要生产原因
1.硫化人员不按作业指导书要求操作 ，没有得到有效培训或操作工技能不 熟练：如：上料不到位(上错、上偏) 、初压过大、排气次数过少、脱模剂 使用不当：如临时选用其它脱模剂或 不同浓度的同类脱模剂、喷涂不均匀 。

➢ 填充体系
分类
作用 增加生胶硬度、强度及其他性能 填充降低成本
➢ 填充体系
作用机理
➢ 软化体系
作用 降低分子间作用力、增加可塑性、流动性、耐寒性等。常用品种：环烷油、芳烃 油、石蜡油、凡士林、古马隆树脂、增塑剂DOP、松焦油等
➢ 防护体系
抗臭氧。化学抗臭氧剂， 防老剂AW、DBPD、4010、4010NA、4020、4030、H 等。物理抗臭氧剂，地蜡，微晶蜡，静态抗臭氧龟裂。
Change in Hardness/IRHD
Resistance to Hydraulic Fluid
Permeability
ISO 1817 to hydraulic fluid used
in hydro mount 168 -2 h; at +100 ± 3°C
Change in Volume/% Change in Elongation at
➢ 水喷砂磷化线
喷砂-水洗-脱脂-水洗-表面调整-磷化-水洗
粘结工艺
➢ 原材料
美国Lord 公司 美国陶氏化学 罗门哈斯
➢ 粘结机理
大多数Chemlok产品最低活化温度为135℃。
➢ 手工喷胶 ➢ 浸胶
➢ 滚喷
• 辊涂
➢ 自动喷胶
• 粘结强度测试
• 失效模式
成型工艺
模压成型（CM）
ISO 23529, -30 ± 3°C; 5 +1 h
Change in Hardness
ISO 23529, -30 ± 3°C; 5 +1 h
Bending test (Bending radius r =
2.5 mm)
+10 -40 -40 30 maximum

天然橡胶的生产
天然橡胶的下游消费
天然橡胶的主要消费地集中在东亚、美国和 西欧。其中，东亚是消费量居世界第一的地 区.2008年，仅中国、日本和台湾对橡胶的消费量 已经超过了30%。其中，中国消费约占22.7%，居 世界第一，而美国则由原先天然橡胶消费量最大 的国家下降为第二位，约占全球15%，西欧消费量 约占全球的14%。 2002年开始，我国天然橡胶的消费已经居世 界第一，同时自给率也从原先的50%左右下降到约 30%，随着中国逐渐成为“世界工厂”，天然橡胶 的需求量继续加大，2008年中国进口天然橡胶占 消费总量的比例已经达到近75%。
72.61%
73.33%
74.36%
天然橡胶的消费
天然橡胶的消费
• 我国天然橡胶的消费主要集中在轮胎行业，轮胎行业的使 用量占到了轮胎消费总量的近70%，因此在关注橡胶的下 游消费时以关注轮胎行业和汽车行业为主。下面是轮胎行 业和汽车行业的上市公司。国内轮胎企业上市公司 • 贵州轮胎股份有限公司；青岛双星轮胎总公司；江西黑猫 炭黑股份有限公司；安徽佳通轮胎有限公司；风神轮胎股 份有限公司；青岛黄海轮胎厂；双钱集团股份有限公司； 海马投资集团股份有限公司； • 国内汽车企业上市公司 • 长安汽车(集团)有限责任公司；一汽轿车股份有限公司； 天津一汽夏利汽车股份有限公司；上海汽车集团股份有限 公司；江西昌河铃木汽车有限责任公司；沈阳金杯车辆制 造有限公司；长丰汽车集团；江铃汽车股份有限公司；中 国重汽集团有限公司；东风汽车股份有限公司；北京福田 汽车股份有限公司；安徽江淮汽车集团有限公司等 • 另外国内上市的橡胶制品企业还有浙江三力士橡胶股份有
天然橡胶的生产
天然橡胶的生产
泰国天胶产量
40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

"The scientific results were abundant in quantity but perhaps a little disappointing in quality."
反式-1，4-聚氯丁二烯 1，2-聚氯丁二烯
顺式-1，4-聚氯丁二烯 3，4-聚氯丁二烯
发展简史
氯丁橡胶的生产最早采用本体聚合法，现在世界各国生产氯丁橡 胶，普遍采用乳液聚合法，即以水为介质，以松香酸皂为乳化剂， 以过硫酸钾为引发剂，使氯丁二烯进行聚合的方法。
42,000 20,000 6,000 70,000 30,000 30,000 20,000 50,000 25,000
20,000 26,400
商品 名称 Neoprene Neoprene Neoprene Petor-Tex neoprene
Nairit是世界上实现工业化的第二大氯丁橡胶公司
Du Pout公司自1931年生产氯丁橡胶以来，垄断氯丁橡胶 市场近30年，直至进入60年代，世界各国才陆续发展了自 己的氯丁橡胶，现在已有10多个国家生产氯丁橡胶，尽管 各国的氯丁橡胶牌号有所不同，但其生产方法大致是相同 的。
国外氯丁橡胶主要生产国家一览表
Father Julius Arthur Nieuwland
Wallace Hume Carothers In His Lab American chemist Wallace Carothers works in his laboratory at Du Pont's experimeቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtal station. His research in high polymers in 1928 led to the development of nylon, circa 1920s.

《高阻尼橡胶》PPT课件
欢迎来到今天的演讲，我们将介绍高阻尼橡胶，它的原理和应用，以及制备 方法和可持续性。
什么是高阻尼橡胶？
高阻尼橡胶是一种具有很高阻尼特性的橡胶材料。它能够吸收和消散机械能， 减少振动和冲击的传递。
高阻尼橡胶的原理
高阻尼橡胶利用内部分子结构的粘滞耗能和弹性变形特性，来实现对振动和高阻尼橡胶材料的可持续性包括资源利用率高、废物回收和再利用、低碳排放等。其可持续属性使其成为环保 和可替代材料的选择。
总结和展望
高阻尼橡胶是一种功能强大的材料，广泛应用于各个领域。未来，我们可以 期待更多创新和进一步提升高阻尼橡胶的性能和可持续性。
高阻尼橡胶的应用
高阻尼橡胶广泛应用于建筑、桥梁、机械、交通工具等领域，用于减震、降 噪、防护和改善人机环境。
高阻尼橡胶的性能
高阻尼橡胶具有良好的耐磨性、耐油性、耐高温性和耐候性。它的阻尼性能 能够有效减少结构的振动响应和应力集中。
高阻尼橡胶的制备方法
高阻尼橡胶的制备方法包括传统的加热硫化法、化学交联法和物理交联法。 不同的制备方法可以获得不同性能的高阻尼橡胶。

• 1.5橡胶材料的分类
• 橡胶品种很多，分类方法也不统一。按材料来源可分为天然橡胶和合成橡胶 两大类。按其性能和用途可分为通用橡胶和特种橡胶两大类：凡是性能与天 然橡胶相同或接近，物理性能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其它一般 橡胶制品的橡胶称为通用橡胶；凡是具有特殊性能，专供耐热、耐寒、耐化 学腐蚀、耐油、耐溶剂、耐辐射等特殊性能橡胶制品使用的称为特种橡胶。 应该指出，通用橡胶和特种橡胶之间并无严格的界限。例如，乙丙橡胶就兼 具以上述两方面的特点。据此，橡胶材料的分类如下表所示：
• （1）具有高弹性 橡胶的弹性模量小，一般在1~9.8MPa。伸长变形大，伸 长率可高达1000%。仍表现有可恢复的特性，并能在很宽的温度（-50~+150 ℃ ）范围内保持有弹性，这就是“橡胶状弹性”。 （2）具有粘弹性 橡胶是粘弹性体。由于大分子间作用力的存在，使橡胶 受外力作用。产生形变时受时间、温度等条件的影响，表现有明显的应力松 弛和蠕变现象。在振动或交变应力等周期作用下，产生滞后损失。 （3）具有缓冲减震作用 橡胶对声音及振动的传播有缓和作用，可利用这一 特点来防除噪音和振动。 （4）具有电绝缘性 橡胶和塑料一样是电绝缘材料。例如天然橡胶和丁基橡 胶的体积电阻率可达到105Ω.cm以上。 （5）具有温度依赖性 高分子一般都受温度影响。橡胶在低温时处于玻璃态 变硬变脆，在高温时则发生软化、熔融、热氧化、热分解以至燃烧等。 （6）具有老化现象 如同金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因 环境条件变化而发生老化，使性能变坏，使用寿命缩短。
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除此之外，橡胶密度低，属于轻质材料；硬度低，柔软性好；透气性差，可做气 密性材料；还是较好的防水性材料等等。正因为这些宝贵的性能，使得橡胶材料 和橡胶制品的应用范围特别广泛，制品多达数万种。它对我国国民经济各部门的 发展，满足人民生活的需要，都起着极为重要的作用。 橡胶是重要的战略物质。在国防军工、现代科学技术发展中具有更重的意义。例 如，航空航天技术要求耐高温、耐低温橡胶；原子能工作要求耐高能辐射、耐腐 蚀橡胶材料；火箭、导弹要求的高燃值橡胶等等，都要求提供具有特殊性能的橡 胶材料和制品。

d (ln L) dL / L
剪切：受大小相等、方向相反、不在一条直线上旳力作用
A0
s
f
剪应力 = f/A0
剪应变 s tg
d
剪切模量 G = /
d
剪切柔量 J = 1/G = /
f
体积压缩：受流体静压力作用
V0
P
V
体积应力 静压力 P
体积应变 V0 V V
V0
V0
体积模量 B P PV0
]
拉伸前各向同性，由Pythagorean定理（勾股定理）：
r02 x02 y02 z02
x02
y02
z02
1 3
r02
y02
x02
z02
r02
G
NkT 2
r02 r2
f
,
j
(12
22
32
3)
G
NkT 2
r02 r2
f
,
j
(12
22
32
3)
r2 f,j
为高斯链，按高斯假设， r02
亦为高斯链
拉伸前材料尺寸为 a0，b0，c0
拉伸后材料尺寸为 a，b，c
宏观变化
c0 a0 b0
c
a
b
变形前后旳拉伸比为
a 1a0, b 2b0, c 3c0
(2)相同形变假定
拉伸前末端距矢量为
r0 (x 0 , y0, z0 )
拉伸后末端距矢量为
r (x, y, z)
x
微观变化
z
r0 (x0, y0, z0 )
r (x, y, z)
y
变形前后旳坐标关系为
x '1 x0, y '2 y0, z '3 z0