常见橡胶材料及性能.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,常见橡胶材料及性能,Page,2,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,Page,3,一、橡胶材料的概念,Page,4,什么是橡胶？,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）。,ASTM D1566,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。,Page,5,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。,Page,6,4,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：,Page,7,二、配方设计介绍,Page,8,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,Page,9,1,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,Page,10,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,Page,11,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,Page,12,配方设计程序,配方设计介绍,Page,13,配方的基本组成以及主要作用,Back,配方设计介绍,Page,14,基础配方举例,配方设计介绍,Page,15,三、常见橡胶材料及其特性,Page,16,16,1.,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,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,Page,17,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,EPDM,Page,18,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,Page,19,19,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,Page,20,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,Page,21,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,Page,22,3,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,Page,23,4.,氯丁橡胶,常见橡胶材料及特性,Page,24,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,Page,25,丁腈橡胶,常见橡胶材料及特性,Page,26,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,Page,27,6,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。,Page,28,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,1421MPa,。,自粘性和互粘性都较差。,常见橡胶材料及特性,Page,29,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,Page,30,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,Page,31,四、硫化基本原理及胶料,主要性能项点,Page,32,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。,Page,33,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,Page,34,ML,（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+1,T2,（焦烧时间）：对应,ML+2,TH,（理论正硫化时间）,TC90,（工艺正硫化时间）,硫化曲线及其参数,Page,35,橡胶性能在硫化过程中的变化,Page,36,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,Page,37,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,Page,38,五、减振橡胶制品对,橡胶材料的要求,Page,39,关于胶料的通用技术标准,常用胶料技术标准,ASTM D2000/SAE J200,汽车用橡胶材料分类系统,HG-T 2196-2004,汽车用橡胶材料分类系统,BN 918043,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,GB 9899,防震橡胶制品用橡胶材料,TB/T 2843,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,Page,40,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。,Page,41,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,Page,42,Page,43,Page,44,Page,45,2.,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。,Page,46,弹性形变：可逆，可恢复,塑性形变：不可恢复,Page,47,Page,48,28时不同压力下,SBR,的压缩蠕变曲线,1-600,g；2-500g；3-400g,400,g,负荷下不同温度时,SBR,的压缩蠕变曲线,1-50 2-28,Page,49,静压蠕变,mm,普通硫化体系,有效硫化体系,进口,样品,第一次,4.18,1.39,2.21,第二次,3.07,1.05,1.86,Page,50,Page,51,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。,Page,52,3.,耐疲劳性能,柔性关节类产品,Page,53,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,Page,54,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,Page,55,10,20,30,裤型撕裂强度,/kN/m,改进前,改性后,27.7,8.5,Page,56,10,20,30,裤型撕裂强度,/kN/m,改进前,改性后,27.7,8.5,Page,57,4.,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,。,Page,58,低动静刚度比,高阻尼比,Page,59,阻尼因子,Tan,越低，动态生热越低，动静刚度比越小,60,Page,60,谢谢！,