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1、橡胶材料知识了解,授课人：冯燕明2007年12月 第1 版,目录,1.橡胶材料的定义2.橡胶材料的分类与选用 3.橡胶材料的配合与加工工艺 4.橡胶材料在汽车上的应用,橡胶材料知识了解,橡胶材料的定义,1,橡胶的主要特征是分子量大，一般都在数十万，甚至达到上百万左右；其次是橡胶具有多分散性，也即橡胶的分子是大小不等的，有一个分布范围。这些内在的特点赋予橡胶在外力作用下很容易发生变形，除去外力后又很快恢复到原来的形状。这一特性是其它材料所不具备的，也是橡胶区别其它材料的主要标志。,橡胶(Rubber)是一种高弹性的高分子化合物。它具有其它材料所没有的高弹性，因而也称做弹性体。,这些内在的特点赋予
2、橡胶在外力作用下很容易发生变形，除去外力后又很快恢复到原来的形状。这一特性是其它材料所不具备的，也是橡胶区别其它材料的主要标志。,ASTM D1566定义如下：“橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速而有力地恢复其变形”。,能被改性（硫化）改性后的橡胶实质上不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯，丙酮和乙醇-甲苯混合物等溶剂中。改性后的橡胶在室温下被拉伸到原来长度的2倍并保持1分钟后除去外力，它能在1分钟内恢复到原来长度的1.5倍以下。,有关橡胶最早的文字记载是1525年西班牙人安吉拉著的New world，南美印地安人的方言土语则把橡胶称作“Caoutchouc”，原意为“树的眼泪”。至今还是法语对橡胶
3、的称呼。我们把这种未形成网状结构的相交材料叫生胶，生胶的性能很差，机械强度低，不耐老化。,1839年,美国人Goodyear发明硫化橡胶，即通过硫黄的交联，把生胶的线性结构变成三维结构，从这以后橡胶材料才作为一种重要的基础材料蓬勃发展起来。橡胶是热固性的材料-在温度下不可熔融，只能分解。,橡胶材料知识了解,橡胶材料的分类与选用,2,21橡胶的分类：根据原材料的来源不同，橡胶可分为天然和合成；根据性能和用途可分为通用橡胶，半通用橡胶和特种橡胶；根据物理状态又可分为生胶，混练胶，硫化胶，再生胶。,211美国材料与实验协会(ASTM)按橡胶的性能以ASTM D2000标准用代码给橡胶材料分类。参照该
4、标准，我国制订了HG/T2196-2004（机动车辆用橡胶材料）将橡胶材料分为20种，以“类型，级别，基本物性，品级数，标准号”进行标记。,212 PSA按橡胶的形态分为密实和发泡橡胶。同时也按橡胶的性能将橡胶材料分为6类，按“胶种，一般性能（类别，硬度，拉伸强度），特殊要求，标准号”进行标记（可参见标准B630100，硫化的密实橡胶分类-符号-性能）。如：EPDM 2710B1C2，B63 2100,213在PSA新的橡塑材料的图纸技术要求为B620030，分类标准B620300中，将热塑性，热固性塑料，热塑性弹性体和密实橡胶统一在该标准下。并用一些性能代码来表述要求，如：17/208E/3
5、2/40/52/A1/F2/G1/J5/P208E/M1/Q1R1，提醒注意同一个代码对不同类型的材料的试验项目和要求是不同的。,221力学性能：力学性能是材料的基础性能，橡胶零件是利用材料的弹性使之具有减震，缓冲，密封，柔性等作用，为了保证适于装配和保持零件的功能，要求橡胶材料具有一定的机械强度，良好的弹性和耐疲劳性能，而且在长期使用情况下保持其应有的性能。,橡胶材料的强度是不高的，即使是用碳黑补强的天然橡胶和聚氨酯橡胶（强度最高的橡胶材料），其拉伸强度也不大于50Mpa。而最低的硅橡胶仅为4 Mpa左右。完全无法与金属材料甚至与塑料材料相比，尤其当橡胶材料内部有缺陷或零件表面有裂纹时，拉伸
6、更容易使材料破坏。,因此除应按零件要求的承载能力选择材料品种和配方外，在设计时还应注意零件的受力情况，尽可能不处于拉伸状态，而应将其处于受压下工作；同时不要使橡胶零件承受的应力过高，以免零件出现早期破坏。为了防止产生应力集中现象，橡胶零件表面应有平滑的过渡，模具应倒圆角。,222工作温度：不同橡胶零件的工作温度有很大的区别，发动机和排气管附近要求材料能耐高温达150以上，一些密封或减震件要求材料在-30甚至更低的温度下仍保持弹性，而一些发动机上的运动件即要耐低温又要耐高温，同时还应保持适当的力学性能。,不同的橡胶材料耐高低温性能有很大差别，通用橡胶长期耐温在100左右，氟橡胶（FKM）可达25
7、0，为了提高橡胶零件的使用寿命应根据零件的使用环境和工作温度，选择适当的胶种，改善零件的受磨擦状态和散热条件。通过橡胶配方设计和耐温或耐寒添加剂的合理使用，在相同胶种也可在一定程度改善其耐温耐寒性能。值得注意的是随着零件装备和覆盖件的不断增加，零件间隔空间日益局促，散热越来越困难。很多橡胶零件的工作温度有提高的趋势。,223介质的影响：大部分橡胶零件是在各种介质的环境下工作的，包括各种燃油（汽油，含醇汽油，柴油天然气，液化石油气等），机油（发动油，减震器油，动力转向油，压缩机油等，）各种润滑酯，制动液，防冻液，玻璃清洗液，蓄电池液等。介质对橡胶材料的作用基本遵循相似相容原理,对零件的体积,质量
8、,性能产生影响,不同的胶种，它们抵抗介质侵蚀的能力有极大的不同。因此要选择适当的橡胶种类，保证其在工作环境中有良好的性能。,224 耐候和耐臭氧性能：在大气环境中存在的微量臭氧是橡胶产生龟裂的主要原因,尤其是在拉伸状态下的薄壁零件(例如防尘罩,橡胶管等),合理选择胶种,添加化学和物理抗臭氧老化剂,可提高材料的耐候和耐臭氧性能。,225其它性能：橡胶的弹性通常是用压缩永久变形来表征的,对密封类的零件在工作温度范围内低的压变是保持功能的基本要素。轮胎的胎面胶,橡胶皮带要考虑材料的摩擦和磨耗。动态变形零件，材料的疲劳破坏往往决定零件的使用寿命。各种橡胶材料有其各自的材料特性，合理利用优势避免材料缺陷
9、，达到物尽其用这才是材料设计的理想境界,橡胶材料知识了解,橡胶材料的配合与加工工艺,3,3.1配合剂制造橡胶零件的材料除生胶外,还必须有配合剂。配合操作传统上是采用手工开练，现在大型的密练机多采用上辅机系统和计算机控制系统实现了自动化。配合剂及其作用如下：,-生胶:母体材料-硫化及硫化促进体系:使橡胶由线性大分子快速变成立体网状大分子。-补强填充体系:提高力学性能,降低成本.通常是炭黑。,-防老体系:延长使用寿命,主要有防热氧,臭氧,光热,有害金属离子的催化老化,疲劳,湿热老化等,-增塑及操作体系:降低胶料粘度,改善加工性能,降低成本,主要有增塑剂,分散剂,塑解剂,防焦剂,脱模剂等.-特种配合
10、体系:赋予橡胶特殊的功能,如粘合,着色,发泡,抗静电,导电,润滑等,3.2加工过程不同的橡胶零件有不同的加工工艺,但炼胶,成型和硫化是橡胶加工的基本工艺,简介如下:-炼胶:分塑炼和混炼.塑炼可降低生胶分子量,增加塑性,改善加工性能,制成可塑性符合要求的塑炼胶.混炼是将生胶与配合剂均匀地混合和分散,制成混炼胶.炼胶的设备为密炼机,开炼机或螺杆挤出机。,-模压和注射成型:通过模压和注射使混炼胶进入加温的模腔,成型过程往往伴随硫化过程.,-挤出成型:通过螺杆挤出机将混炼胶从口模中挤出成型。,-压延成型:通过压延机可制成胶片及帘布,帆布,钢丝帘布等骨架材料的覆胶(辊轧和涂覆),-硫化：可连续或硫化罐硫
11、化。硫化的时间，温度和压力是关键工序三要素，由硫化仪测得的硫化曲线是确定生产工艺参数的依据。,橡胶材料知识了解,橡胶材料在汽车上的应用,4,汽车橡胶零件按用途通常分为6类：4.1挤出成型的密封条：主要涉及门密封条；玻璃导槽密封条；窗台内外密封条；流水槽密封条发动机罩密封条，前后风挡及角窗装饰条等等，由于EPDM橡胶良好的耐候性，高低温性能，该类产品上得到广泛应用。热塑性弹性体（TPE）有减化工艺，降低能耗和重复使用等优点，在密封条制品上的用量逐步提高，并且其气味轻，可挥发成份低，尤其适用于内饰的橡胶零件上。,4.2汽车胶管包含冷却水管，燃油管，空调软管，制动软管，转向油管等由于胶管内部工作介质
12、复杂，外部环境多样化，决定了要采用多种材料。冷却水管要求耐冷却液，耐温耐候，一般采用内外EPDM橡胶，针织加强层。燃油管和转向油管主要采用NBR，NBR+PVC，CM，ECO，CSM，ACM和PFM，选材的原则是内胶要耐汽油，柴油，含醇汽油，气体燃料或转向液压油，外部要耐温耐候且一定程度要耐油，零件的燃油渗透产生的蒸发排放要低；转向油管要求耐高压，中间含织物夹层。空调管要耐制冷剂渗透，耐压和耐温，采用尼龙做防渗透层，EPDM和卤化丁基橡胶做内外层胶料。制动软管材料目前以EPDM加织物夹层为主。,4.3橡胶减震件通常采用力学性能好，有一定阻尼作用的胶种，常用NR，CR，PU，IIR等。是最易产生
13、失效的橡胶零件，粘结层的脱胶和本体破裂是常见的失效方式。所以从零件的设计，胶料配方的优化，粘接工艺等各方面需严格控制。,4.4 油封和密封件：该类产品要求耐油耐介质，耐温；压缩永久变形低。油封随温度提高通常用NBR，HNBR，ACM，FPM。密封件根据工作介质选用不同胶种，要注意硫化配合体系的选择。例如为了提高EPDM耐高温和获得低压变，往往使用过氧化物硫化剂。4.5传动带中的多楔带由于解决了粘结问题，目前已用耐温性更好的EPDM取代CR，HNBR由于具有高温下能够保持其高强度的特性，在同步皮带得到应用。4.6轮胎是汽车橡胶材料用量最大的制品，约占整车重量的3-4%，轮胎结构复杂，胎冠胶要求耐磨，耐湿滑；胎侧胶要求耐候，耐曲绕生热，各种混炼胶要求同步硫化，而且胶料的必须要有成本优势，因此NR，SBR，BR等或其并用胶是主要橡胶材料。4.7应用举例-助力转向/液压悬挂橡胶管,
