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橡胶材料与工艺:天然橡胶加工流程、混炼胶加工流程

发表时间:2024-07-09 11:08

一、橡胶原料基础知识

  橡胶的主要特征:

有良好的柔顺性、易变性、强度、及扯断强度较好,具有良好的不透水性、不透气性,耐酸碱性及绝缘性。


    橡胶的分类:分天然胶与合成胶两种。

    1.天然胶(NR):

    天然胶的原材料来源于橡胶植物树。其优点为:弹性好、强度高、绝缘性好、变形小、加工方便。其缺点为:不耐油、耐温性能差、易老化,一般都是并用 掺合使用。一般生产汽车轮胎和一些减震耐磨的橡胶件。

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    2.合成胶:

    合成胶有:丁苯胶(SBR)、丁晴胶(NBR)、顺丁胶(BR)、乙丙胶(EPDM)、丁基胶(IIR)、氯丁胶(CR)、丙烯酸脂胶(ACM)、氢化丁晴(HNBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氟胶(FKM)、硅橡胶(MVQ)等。

    2.1.乙丙胶(EPDM)

优点:耐老化性能非常优异、耐天候、电绝缘性较好、冲击弹性较好、耐油。

缺点:硫化速度较慢、自粘性能、热撕裂性能差、加工性能不好。

用途:制造耐热运输带、蒸汽胶管,耐化学药品的密封件、减震垫和防水材料及汽车用皮碗、皮圈等。

    2.2.丁腈胶(NBR)

优点:耐油性能优良、还具有较好的耐热、耐老化、耐磨、耐腐蚀等性能。

缺点:耐寒性、耐酸性、电绝缘性等性能较差、且抗力撕裂强度较差。

用途:主要用于制造油封、轴封及垫圈(O型圈)等制品,还可用于制造耐油胶管、运输带、胶辊、真空胶管、减震制品和纺织配件。

    2.3丁苯胶(SBR)

优点:耐热性、耐老化性和耐磨性较好。

缺点:耐寒性、弹性、耐屈扰、龟裂性、耐撕裂性等性能较差、且加工性能较差可塑度变化小,压延压出变形大,自粘性差。

用途:主要用于充气轮胎,其次用于胶鞋、胶管、胶带、胶辊、胶布及模型制品,吸尘器密封圈等如吸口密封圈等。

    2.4氯丁橡胶(CR)

优点:耐屈扰性、耐热性、耐老化性、耐酸碱性等较好,且弹性好,有良好的气密性。具有耐寒性和耐水性。

缺点:储存稳定性较差,易结晶,电绝缘性较差

用途:主要生产家电、空调里的橡胶件

    2.5顺丁胶或聚丁二烯橡胶(BR)

优点:弹性、耐低温性、耐磨性较好。

缺点:拉伸强度、撕裂强度较低,抗湿滑性不好,粘性差。

用途:主要用于制造轮胎,还可用于制造耐磨制品(如胶鞋、胶辊),耐寒制品和防震制品。

    2.6丁基胶(IIR)

优点:最大特点是气密性好,耐天候老化、耐光老化、耐化学药品性能均优异,且耐高温、耐寒性较好,长期工作温度可在130℃以下;吸收冲击或吸收震动的效果较好,电绝缘性较好。

缺点:弹性不如天然胶,硫化速度较慢,加工性能,粘性差。

用途:最适合充气内胎,其次用于地下电缆、高压电缆、防辐射手套、化工设备里衬及防震橡胶制品等。

    2.7丙烯酸脂胶(ACM)

优点:兼有良好的耐热、耐油性能,在含有硫、磷、氯添加剂的润滑油中性能稳定。同时耐老化、耐氧和臭氧、耐紫外线、气密性优良。使用温度范围:约-25~+150℃。

缺点:耐寒性差,不耐水,不耐蒸汽及有机和无机酸、碱。在甲醇、乙二醇、酮酯等水溶性溶液内膨胀严重。同时弹性和耐磨性差,电绝缘性差,加工性能较差。

用途:可用于制造耐油、耐热、耐老化的制品,如密封件、胶管、化工衬里等。

    2.8氢化丁腈胶(HNBR)

优点:机械强度和耐磨性高,用过氧化物交联时耐热性比NBR好,其

它性能与丁腈橡胶一样。使用温度范围:约-30~+150℃。

缺点:价格较高。

用途:主要用于耐油、耐高温的密封制品中。

    2.9氯磺化聚乙烯(CSM)

优点:耐臭氧及耐老化优良,耐候性优于其它橡胶。阻燃、耐热、耐溶剂性及耐大多数化学药品和耐酸碱性能较好。电绝缘性尚可,耐磨性与丁苯橡胶相似。使用温度范围:约-20~+120℃。

缺点:抗撕裂性能差,加工性能不好。

用途:电线电缆护套、胶管、胶带、胶辊化工衬里。

    2.10氟橡胶(FKM

特点:耐磨性较好,具有良好的耐天候老化、耐光老化、耐臭氧老化、耐辐射,耐汽油、苯、甲苯、酒精、弱酸性优良,使用温度范围:约-20~+200℃,特殊品级-35~+250℃(可在250℃下长期工作)。

缺点:此胶价格昂贵。

用途:主要生产耐真空、耐高温(如飞机、火箭上)耐化学腐蚀的耐油、耐高温的橡胶制品。

    2.11硅橡胶(MVQ)

优点:既耐高温(最高300℃)又耐低温(最低-100℃),是目前最好的耐寒、耐高温橡胶;同时电绝缘性优良,对热氧化和臭氧的稳定性很高,化学惰性大。

缺点:机械强度较低,耐油、耐溶剂和耐酸碱性差,较难硫化,价格较贵。

用途:用于制作耐高低温制品(胶管、密封件等)、耐高温电线电缆绝缘层。由于其无毒无味,还用于食品及医疗工业。

    3.混炼胶:

生胶中加入硫化剂、促进剂、活性剂、补强剂、填充剂、软化剂、防老剂、防交剂等配合剂,在炼胶机中均匀地进行掺和,而制得的胶叫混炼胶。

图片二、橡胶工艺基础知识


名词解释:

1.橡胶:它是一种有机高分子弹性化合物,具有:

(1)长链高分子(分子量在几万至几十万以上)

(2)分子链各链节的运动活泼。

(3)分子链各链节间容易转动,卷曲。

(4)分子间作用力小。

(5)常温为无定型。

(6)分子间可以交联,且交联前后具有必要的性能。

2.硫化:混炼胶在一定条件下,橡胶分子由线形结构转变成网状结构的交联过程称为硫化。

3.老化:

橡胶制品在成型加工、长期储存和使用过程中,由于受氧、臭氧、变价金属离子以及其他化学物质的作用,受机械应力、光、高能辐射等物理作用以及霉菌、昆虫等生物的作用和侵蚀,会逐渐变软发粘、变硬、发脆或龟裂,物性降低,这种现象就称为老化。

4.焦烧:

在硫化以前的各个加工操作及贮存过程中,由于机械作用产生的热量或高温条件,使胶料产生早期硫化,导致塑性下降,从而使其后的操作难以进行,这种现象为焦烧或早期硫化。

5.硫化三要素:

即:硫化时间、硫化温度、硫化压力称为硫化三要素。

硫化三要素在硫化过程的作用以及他们之间的相互关系:

1.硫化各阶段:

从整个硫化时间来分,可分为四个阶段,即:硫化诱导阶段、热硫阶段、正硫阶段、过硫阶段。

1.1硫化诱导阶段(焦烧期)

在这个阶段内,交联尚未开始,橡胶在模腔中有良好的流动性,这个阶段时间的长短决定胶料的焦烧性及操作安全性。

从这一阶段的终点起,胶料开始发硬并丧失流动性,如在模压硫化中,则胶料停止在模内流动,根据所用助剂不同,这一阶段可长可短。

1.2热硫化阶段

继诱导阶段之后,交联便以一定的速度开始进行,其初期交联过程较低,各项性能也较低,但到了此阶段后期,硫化胶的抗张强度,弹性等不能达到理想水平,但此时抗撕和动态裂口性能都超过正硫化阶段的相应值。

1.3正硫化阶段

在这一阶段,硫化胶的各项物理机械性能分别达到或接近最佳点或者说它们之间取得最佳综合平衡。在这一阶段所取的温度、时间分别为正硫化温度和正硫化时间,合称正硫化条件。

1.4过硫阶段

正硫化阶段之后,继续硫化便进入过硫阶段。对于一般橡胶来说,此阶段一开始,各项物理性能基本上保持稳定的阶段,即硫化平坦期,过了平坦期以后,即为过硫阶段,在这一阶段会出现两种情况:a:天然胶出现“复原”的现象。b:大部分合成胶(丁基胶除外)则变硬。


2.硫化三要素

2.1硫化温度:温度是橡胶硫化工艺中最主要的控制条件之一。橡胶硫化温度开始起步发展时一般控制在140℃-150℃的范围内。但为提高生产效率,缩短硫化时间,现在把温度控制在180±5℃之间。

2.2以下是硫化温度与硫化时间的关系一般如下:

硫化温度(℃)130140150160170

硫化时间(分)30157.53.751.8

从以上情况看,温度每上升10℃,硫化时间将会缩短一半,但它还受以下因素的影响:

橡胶是不良导热体,故对厚制品来说,采用高温很难使内外层胶料同时达到平坦范围之内。

2.3各种橡胶的耐高温能力高低不一(如天然胶需低温长时间硫化)硫化温度提高一定程度后对橡胶性能或多或少带来影响。

2.4高温对橡胶制品中的纤维也起破坏作用,会使纺织物强度降低。例如:夹布产品在240℃连续加热4小时,则其夹布将完全受到破坏,因此在提高和选定硫化温度时,对胶种,硫化体系,硫化工艺方法及产品结构都应有所考虑。

3.硫化压力

它是橡胶硫化的一个重要条件,对成品质量起着重要的作用。本部各种压机的极限压力:台湾200T(含真空)为21Mpa; 湖州150T为18.6 Mpa;湖州100T为20 Mpa。

3.1硫化压力在制品硫化时可以起到以下作用:

3.1.1提高胶料的致密性,清除气泡;

3.1.2促进胶料在模腔内的流动,使其迅速填满模腔;

3.1.3使胶料与模具表面贴合紧密,得到光滑的表面及清晰的花纹;

3.1.4提高橡胶与布层,金属骨架的密着力和产品的耐曲扰性。

总之,硫化压力对产品质量起着重要作用,但对硫化速度的影响很小基本上不预考虑。

4.硫化时间

硫化的一个交联过程必须在一定的时间内才能完成。

硫化时间的长短必须服从于达到正硫化时间的硫化效应,时间过短将会使制品欠硫。过长将导致制品过硫。

因此,在硫化生产过程中就必须严格遵守硫化时间,随意延长或缩短硫化时间是工艺纪律绝对不允许的。


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