橡胶材料基本知识及应用

橡胶材料基本知识及应用 李志虎

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基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶的历史哥伦布航海哥伦布航海天然橡胶（1500-1900）合成橡胶（1900-~~）热塑性弹性体~~~~~~

橡胶定义 基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶是一种在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复其原形状的能够被硫化改性的高分子弹性体。长链；链段柔软；侧链交联，形成网状结构

橡胶日用品 基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶分类热固性塑料塑料：通用塑料热塑性塑料工程塑料天然橡胶橡胶：通用合成橡胶合成橡胶特种合成橡胶热塑性弹性体高分子材料面料纤维：非金属材料油漆涂料胶、油、粘胶剂无机非金属材料金属材料

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶：长链；纤维：长链；侧链未交联；柔软侧链交联，形成网状；柔软热固性塑料：长链；侧链交联，形成网状；链段不旋转，无柔性。热塑性塑料：测链长链；侧链未交联

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶分类丁苯橡胶（SBR）天然橡胶（NR）顺丁橡胶（BR）丁腈橡胶（NBR）通用合成橡胶氯丁橡胶（CR）乙丙橡胶（EPDM）按来源和用途分类丁基橡胶（IIR）合成橡胶氟橡胶（FPM）硅橡胶（VMQ）聚氨酯橡胶（AU，EU）特种合成橡胶丙烯酸酯橡胶（ACM/AEM）氯醚橡胶（ECO）热塑性弹性体（TPE）聚硫橡胶（T）

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶分类 NR SBR 不饱和非极性橡胶 BR IR NBR 不饱和极性橡胶 CR 碳链橡胶 EPDM /EPM 饱和非极性橡胶 IIR 按化学结构分类 FKM ACM/AEM 饱和极性橡胶 CSM CM VMQ AU/EU 杂链橡胶 CO/ECO T

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶的性能橡胶是一种在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复其原形状的能够被硫化改性的高分子弹性体。高弹性：外力作用下，弹性形变可高达500%以上，除去外力恢复形变。塑料一般不超过200%；除去外力不能恢复形变柔软，模量低，一般105～107N/m2。低模量：塑料一般109 ～1010N/m2 低硬度：邵A30 ～邵D60 之间内摩擦比金属高1000倍左右。阻尼性：突出的滞后特性。多向形变：

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析耐热性能：以热空气老化来考察，试验温度要高于允许工作温度。耐寒性能：以低温脆性或低温弯曲性能考察。最低工作温度不允许低于试验温度。耐油性能：与油类接触或可能与油类接触的橡胶件需重点考察。耐候性能：暴漏在大气中的橡胶件需重点考察摩擦运动件需重点考察。耐磨性能：其它性能：

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析耐热性能、耐寒性能耐热性能：FKM≥VMQ ≥ACM/AEM ≥HNBR、ECO ≥EPDM ≥CSM ≥CR、NBR ≥NR，SBR 耐热性能：TPC≥TPV ≥TPU ≥TPO ≥TPS

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析耐油性能

耐候性能 双键结构，胶种基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析耐臭氧性能

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析耐磨性能聚氨酯橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶天然橡胶丁苯橡胶丁腈橡胶丁基橡胶乙丙橡胶丙烯酸酯橡胶氟橡胶氯磺化聚乙烯橡胶氯醇橡胶硅橡胶聚硫橡胶耐磨性与橡胶的强度有关。由于橡胶的强度高，所以耐磨性好。耐磨性与柔韧性有关。柔韧性越好，耐磨性越好。

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析减震性能一般减震橡胶 NR、SBR、IR 耐油减震橡胶 NBR 气候性减震橡胶 CR，EPDM 耐热减震橡胶 EPDM，Q

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析 NR SBR 不饱和非极性橡胶不耐候，不耐油，不耐热 BR IR NBR 不饱和极性橡胶耐油，不耐候（CR除外） CR 碳链橡胶 EPDM /EPM 饱和非极性橡胶耐候，不耐油，耐热 IIR 按化学结构分类 FKM ACM/AEM 饱和极性橡胶耐候，耐油，耐热 CSM CM VMQ AU/EU 杂链橡胶 CO/ECO T

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-NR ○优点 : 是一种结晶性橡胶，自补强度很大，经炭黑批补强后，机械强度性能较好，耐寒，耐曲绕，透气性好、多次形变生热少，隔振性亦好，耐碱性好 ○缺点: 耐臭氧性能差；天然橡胶在非极性溶剂中膨胀，耐油、耐溶剂都较差。非极性有双键

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-EPDM ○优点抗臭氧性，耐天候性和耐老化性能优异，居通常橡胶之首。电绝缘性、冲击弹性很好，耐酸碱，密度小，可进行高填充配合 ○缺点：硫化时间很慢，难于同其他橡胶并用，它的自粘性和互粘性很差，不易粘合，给加工带来很大的困难。无双键非极性

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能- NBR ○优点: 具有优良的耐油性，仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯橡胶和氟橡胶。丙烯腈含量的愈高，耐油性愈好，但耐寒性差。丁腈含量愈高，耐油性愈好，但耐寒性愈差。丁腈橡胶的耐热性优于天然橡胶，丁苯橡胶。 ○缺点：但是它不耐臭氧，且不适宜做绝缘材料。双键极性

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-CR ○优点：物理性能和天然橡胶相似，按耐天候、耐热、耐油及耐溶剂性都优于天然橡胶。氯丁橡胶阻燃性极好。 ○缺点：但是它自低温时变硬，贮藏稳定性差，电绝缘性不好，密度大，且加工不易控制。极性双键双键相邻有氯原子

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-ACM ○优点：耐高温氧化性和耐油性极好，在硫、磷、氯添加剂的润滑油中性能稳定。耐臭氧，气密性和耐曲挠性优良 ○缺点：耐寒性差，不耐水，不耐蒸汽及有机、无机酸和碱。在甲醇、乙二醇、酮、酯等水溶性溶液内严重膨胀。极性无双键

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-CSM ○优点： 1.耐臭氧,耐天候,耐化学药品性能极优耐不变色性好.2.耐热性好,连续适用温度120~140度,间断使用温度可达到140~160度3.因还较多的氯具有耐热性,燃烧十分缓慢,离开火焰立即熄灭.4.耐油,耐热油性良好,于含丙烯腈40的丁腈橡胶相当.5 .硫化胶的介电性能良好 ○缺点：不耐芳烃,耐低温性差. 极性无双键

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-AU/EU ○优点：拉伸强度高，伸长率大、弹性好、硬度范围窄、抗撕裂强度高、耐磨、耐热、耐低温、耐老化、耐臭氧及耐油，聚氨酯硫化胶的介点性能相当于天然橡胶，气密性相当于丁基橡胶。 ○缺点：易水解，在水蒸气，热水，强酸碱中，也都有分解作用，聚氨酯橡胶滞后和生热大，只宜做低速转动薄制品。分子链中含有结构的弹性体极性氮-碳键

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-VMQ ○特点：1.耐热性和耐寒冷优异,能在-50度到250度范围内长期使用而保持橡胶弹性, 2.耐臭氧性,电绝缘性也优良. 3.胶料的机械性能低. 4.厚制品硫化比较困难,硫化时容易起泡,耐湿热性差. 非极性硅-氧键结构

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析常用橡胶性能-FPM ○特点：耐热耐压缩耐燃料油良耐塞性、耐甲醇性差。极性无双键碳-氟键结构

配方组成 生胶硫化体系活化体系补强和填充体系防护体系软化剂（增塑剂）防焦、着色加工助剂基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析配方设计配方设计：就是根据产品的性能要求和工艺条件合理的选用原材料，确定各种原材料的用量和配比关系。？配方设计的必要性

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析硫化体系：是橡胶交联的体系。目前主要有硫黄硫化，过氧化物硫化，金属氧化物硫化等等。防老剂：是一类能防止（严格的说是延缓）橡胶老化的物质。因为橡胶老化的本质是橡胶的热氧老化和橡胶的臭氧老化，所以橡胶防老剂包括橡胶抗氧剂和抗臭氧剂。补强剂：橡胶的补强是指能使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性等获得明显提高的作用。对于非自补强的合成橡胶，如果没有加入补强剂，便没有使用价值。加入炭黑等补强剂，可以使这些橡胶的强度提高数倍至十倍。补强剂也使橡胶其它的性能发生变化，如硬度增大、定伸应力提高、应力松驰性能变差、弹性下降、滞后损失变大、压缩永久变形增大等。填充剂：起到增大体积，降低成本，改善加工工艺性能等，最常见的填充剂主要有无机填料，如陶土，碳酸钙，滑石粉等。促进剂：促进剂就是能降低硫化温度，缩短硫化时间，减少硫黄用量，同时改善硫化胶的物理性能的物质。增塑剂：降低橡胶分子链间的作用力，是粉末状配合剂与生胶很好的浸润，从而改善了混炼工艺的化合物，一般这类化合物分子量都比较小。各种添加剂的变动，都可能导致橡胶性能发生变化！

生产工艺分析 使用条件分析配方成本分析性能试验配方原材料基本数据配方性能数据库配方鉴定试验修正配方工厂扩试实用配方基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析配方设计流程

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析设计矩阵表备注：强相关 9 ；弱相关 3 ；不相关 1

物质名称 份数基体材料生胶 5#NR 100 硫磺 2.2 与橡胶线性大分子交联形成空间网格结构，提高性能，稳定形状促进剂DM 0.5 硫化体系促进剂NOBS 1.5 间接法氧化锌 5 硬脂酸 1 配合体系延缓橡胶老化，延长使用寿命防老剂RD 1 防老剂4010NA 1.5 防护体系降低混炼胶的粘度，改善加工性能，降低成品硬度石蜡 2 增塑体系芳香烃油 4 碳黑 N-550 68 补强体系提高橡胶力学性能，改善加工工艺性能，降低成本合计 187 基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析典型橡胶配方举例

门尼粘度试验机 门尼粘度硫化仪硫化特性混炼胶的加工性能炭黑分散度仪分散度邵尔硬度计，国际橡胶硬度计硬度橡胶配方性能的测试拉力试验机拉伸性能压变夹持器压变硫化胶的性能臭氧老化试验仪臭氧老化热老化箱热老化脆性温度试验仪脆性温度耐磨耗试验磨耗试验仪基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析配方性能测试

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析门尼粘度门尼粘度值的表示：55 ML1+4100 55：门尼粘度值。 ML：使用大的标准转子 1：预热1min 4：转子运行4min 门尼粘度值是衡量生胶，未硫化橡胶流动性能大小的指标。一般以实验温度100 ℃转子转动4分钟后的门尼粘度值表示ML1+4100。

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析硫化特性 ML；最小转矩值，反应未硫化胶在一定温度下的流动性 MH：最大转矩值，反应硫化胶最大交联度 T10；起始硫化时间 T90：正硫化时间硫化是橡胶加工中最重要的工艺过程之一，混炼胶的硫化性能通过硫化仪进行测定，正硫化时间的选取，决定了硫化胶性能的好坏。

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析分散度分散度等级从低到高分为10个等级粒度分析图分散度仪分散性是指混合过程中填料颗粒在橡胶中分散好坏的性能，分散性不好会降低橡胶的耐磨性，抗撕裂性和耐疲劳性等性能。

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析硬度邵尔A型硬度： F=550+75HA F：施加在压针上的力，mN HA：邵尔A型硬度示值邵尔D型硬度： F=445HD F：施加在压针上的力， mN HD：邵尔D型硬度示值硬度是表示橡胶抵抗施加外力的变形的能力。是快速简单测定橡胶性能的粗略差别的方法。硬度计的刻度在0～100之间，分成100个等分。

Fe Fb Se= TS = WT WT 100(Lb-L0) Eb = L0 基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析拉伸性能拉伸强度TS：试片拉伸至断裂时单位断面上所承受的负荷，单位为兆帕（MPa）。扯断伸长率Eb：试片拉断时，伸长部分与原长度之比，单位为%。定伸应力Se：试片拉伸到一定长度时（100%，300%）单位面积所承受的负荷。 Fb：断裂时记录的力 Fe；给定应变时记录的力 Lb：断裂时的试验长度 L0：初始试验长度 W：试验长度部分厚度 T：试验长度部分厚度拉伸应力应变是橡胶最普遍的测试。测量哑铃状试样在一定速率下（通常是500mm/min）拉伸时的应力应变性能。

压缩永久变形C(%)： H0 H1 － ×100 C(%) = H0 － Hs H0 ：试样原高：限制器高度：试样恢复后高度 Hs H1 基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析压缩永久变形 F H0 H1 Hs 试验前试验中试验后压缩永久变形表示橡胶件长期受力情况下恢复形变的能力。这项性能对密封材料，衬套，软垫等橡胶件尤为重要。

(A-O) ×100 % 性能变化率= O 基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析热老化试验结果用性能百分变化率表示： A：试样老化后的性能测定值 O：试样老化前的性能测定值硬度变化用(A-O)差值表示老化箱橡胶的性能在室温下随时间而变化，在受热时变化加快。热老化实验是在接近于实际产品使用温度的高温下测量橡胶的物理性能变化（硬度，强度，伸长率，重量等）。

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析耐磨性能测试试样磨耗体积计算： m1 m2 V= ρ V：试样磨耗体积 m1：试样磨损前的质量 m2：磨损后的质量 ρ：试样的密度将试样与砂轮在一定的角度和一定的负荷下作用下摩擦，测定试样一定里程的磨耗体积。橡胶制品耐磨耗性能的优劣在很大程度上决定着产品的使用寿命。

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析臭氧老化试样框架结果判定： 0级：无裂纹 1级：轻微裂纹 2级：显著裂纹 3级：严重裂纹 4级：临断裂纹臭氧老化箱耐臭氧老化试验用来测定橡胶抵抗臭氧龟裂产生的能力。通用橡胶须加入石蜡和抗臭氧剂来提高橡胶的臭氧老化性能。

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析脆性温度试样出现破坏时的最高温度，就是脆性温度脆性温度是指所有硫化橡胶样品在特定速度的打击下没有出现裂纹和断裂的最低温度。

以容量为80升的密炼机为例： 配方质量成本=2.739元/0.161kg=17.01元/kg 配方体积成本=2.739元/0.14171L=19.33元/L 配方密度=161g/141.71cm3=1.14g/cm3 体积成本用来计算产品成本时更方便准确胶料体积 67.62kg = =0.74 填充系数= 密炼机容量 1.14g/cm3 ×80L 填充系数和密炼机类型，转子构造，胶料类型，密炼机新旧等有关系，一般控制在0.7-0.8之间基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析基本配方到生产配方的转化

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶加工工艺 --合成橡胶的合成石油开采石油炼制合成

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶加工工艺 --天然橡胶的提炼烘干割胶出胶造粒过滤压包凝固压薄打包

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析橡胶加工工艺油品炭黑生胶助剂按配方称量密炼机初炼开炼机补炼冷却出片硫化橡胶零件装配应用

基本知识 橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析天然橡胶-NR NR是从植物中获得，主要有巴西橡胶树，（三叶橡胶树），银菊，橡胶草，杜仲等。中国：居于印度之前，世界五大NR橡胶生产国之一。2000年万吨 65 2008年万吨 78 2010年万吨

挤出溶液聚合石脑油密封条硫化乙烯热裂解混炼轻烃,如乙烷注射悬浮聚合皮膜乙丙橡胶混炼胶补强填充剂其他助剂蒸汽裂解模压石脑油防尘罩气相聚合丙烯催化裂解 FCC原料基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析三元乙丙橡胶-EPDM 催化裂解乙丙橡胶主要生产国产能国内：吉林化学（日本三井技术）国外：杜邦陶氏弹性体、DSM、埃克森美孚、拜耳、尤尼洛伊尔、日本JSR、日本三井、埃尼弹性体、锦湖、住友、开姆特拉（尤尼劳尔）备注：乙丙橡胶(EPR)是继Ziegler-Natta催化剂的发明、聚乙烯和聚丙烯的出现后问世的一种以乙烯、丙烯为基本单体的共聚橡胶，分二元乙丙橡胶(EPM)和三元乙丙橡胶(EPDM)两大类。

氯化、异构化脱氯化氢 丁二烯胶管混炼乳液聚合氯丁橡胶氯丁二烯混炼胶补强填充剂其他助剂部分氧化防尘罩热裂法乙炔乌尔夫法电弧法基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析氯丁橡胶-CR 氯丁橡胶主要生产国产能国内：重庆长寿化工、山西合成橡胶集团国外：美国杜邦陶氏弹性体、日本电气化学工业、日本杜邦-昭和电工、日本TOSOH公司、德国拜耳公司、法国埃尼弹性体公司备注：氯丁橡胶1931年实现工业化，开始由美国杜邦生产。现已有10多个国家生产，全世界产量约70万吨。

乙烯装置 副产品胶管丁二烯硫化乳液聚合混炼注射密封件丁腈橡胶混炼胶补强填充剂其他助剂氨氧化模压丙烯腈丙烯垫片基本知识橡胶性能配方与加工厂家与资源汽车上应用失效分析丁腈橡胶-NBR 挤出 C4抽提丁腈橡胶主要生产国产能国内：吉林化学、兰州石化、台湾南帝国外：日本瑞翁、日本JSR、固特异、尤尼洛伊尔、DSM、拜耳、锦湖石油化学、韩国现代石油化学、印度合成化学品公司备注：兰州石化软丁腈橡胶生产技术引进日本瑞翁技术，吉林化学引进日本JSR公司技术。丁腈橡胶主要用于制造耐油橡胶制品。

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