材料成型与工艺

关于材料成型与工艺4.1概述橡胶是一种高弹性的高分子化合物，在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复其原来形状。

一、橡胶的类型

1、按来源分类天然橡胶：天然橡胶树、虫胶、琥珀等合成橡胶：是以石油、煤为原料制备单体，通过加聚反应或缩聚反应合成的具有高弹性的高分子化合物。

2、合成橡胶分类通用合成橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶等特种合成橡胶：丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等第2页,共29页，2024年2月25日，星期天天然橡胶是从三叶橡胶树等植物中采集的胶乳经过凝固、干燥、加压制成片状生胶，再经硫化处理成为可以使用的橡胶制品。制造各种轮胎以及工业橡胶制品，如胶管、胶带和工业用橡胶杂品；日常生活用品如胶鞋、雨衣以及医疗卫生用品等。天然橡胶第3页,共29页，2024年2月25日，星期天天然橡胶牛筋底，网状填充给鞋帮提供最大限度的透气性天然橡胶手套天然橡胶应用第4页,共29页，2024年2月25日，星期天人们常用的合成橡胶有丁苯橡胶，顺丁橡胶和氯丁橡胶等。合成橡胶与天然橡胶相比，具有高弹性，绝缘性、耐油和耐高温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。合成橡胶第5页,共29页，2024年2月25日，星期天轮胎制品合成橡胶的应用第6页,共29页，2024年2月25日，星期天二、橡胶的组成橡胶制品主要组分是由生胶、再生胶、各种配合剂和增强材料等组成。三、橡胶的成形性能

1．流动性橡胶在一定的温度、压力作用下，能够充满型腔各个部分的性能称为橡胶的流动性。

2．硫化性能

为改善橡胶的性能必须进行硫化。

3．热性能热性能的影响因素是热导率、热扩散率和体积热容。第7页,共29页，2024年2月25日，星期天四、橡胶加工的工艺过程橡胶制品生产的基本过程包括：生胶的塑炼、胶料的混炼、橡胶成形和制品的硫化。

橡胶加工过程第8页,共29页，2024年2月25日，星期天1．塑炼天然橡胶和多数合成橡胶塑性太低，与橡胶配合剂不易混合均匀，也难以加工成型，所以生胶需要塑炼。常用的塑炼设备主要有开放式炼胶机和密闭式炼胶机。第9页,共29页，2024年2月25日，星期天2．混炼将塑炼胶和各种配合剂，用机械方法使之完全均匀分散的过程称为混炼。常用的混炼设备是开炼机和密炼机。第10页,共29页，2024年2月25日，星期天3．成形是将混炼胶制成所需形状、尺寸和性能的橡胶制品的过程。4．硫化即通过改变橡胶的化学结构(例如交联)而赋予橡胶弹性，或改善、提高并使橡胶弹性扩展到更宽温度范围的工艺过程。硫化是在一定温度、时间和压力下，混炼胶的线型大分子进行交联，形成三维网状结构的过程。硫化使橡胶的塑性降低，弹性增加，抵抗外力变形的能力大大增加，并提高了其他物理和化学性能，使橡胶成为具有使用价值的工程材料。

硫化是橡胶制品加工的最后一个工序。硫化的好坏对硫化胶的性能影响很大。第11页,共29页，2024年2月25日，星期天几种主要橡胶的玻璃化温度及使用温度范围4.2橡胶的特性1、具有高弹性2、玻璃化温度低高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度。通常用Tg表示，往往没有很固定的数值，随着测定的方法和条件而改变。在此温度以上，高聚物表现出弹性；在此温度以下，高聚物表现出脆性。第12页,共29页，2024年2月25日，星期天3、橡胶易老化

橡胶及其制品在加工，贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用而引起橡胶物理化学性质和机械性能的逐步变坏，最后丧失使用价值，这种变化叫做橡胶老化。表面上表现为龟裂、发粘、硬化、软化、粉化、变色、长霉等。4.3常见的橡胶1、天然橡胶NR由橡胶树采集胶乳制成,是异戊二烯的聚合物.具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率.在空气中易老化,遇热变粘,在矿物油或汽油中易膨胀和溶解,耐碱但不耐强酸.是制作胶带、胶管、胶鞋的原料，并适用于制作减震零件、轮胎等制品。第13页,共29页，2024年2月25日，星期天2、丁苯橡胶（SBR）：丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是产量最大的通用合成橡胶。与天然胶比较，品质均匀，异物少，具有更好耐磨性及耐老化性，但机械强度则较弱，可与天然胶掺合使用。广泛用于轮胎业、鞋业、布业及输送带行业等。第14页,共29页，2024年2月25日，星期天3、顺丁橡胶(BR)：

是丁二烯经溶液聚合制得的，顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性，还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝大部分用于生产轮胎，少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。顺丁橡胶的缺点是抗撕裂性能较差，抗湿滑性能不好。第15页,共29页，2024年2月25日，星期天4、聚氨酯橡胶（UR）是由聚酯（或聚醚）与二异氰酸脂类化合物聚合而成的。耐磨性能是所有橡胶中最高的。强度高、弹性好。缓冲减震性好。耐油性和耐药品性良好。耐低温、耐臭氧、抗辐射、电绝缘、粘接性能良好。可应用于田径场塑胶跑道，汽车保险杆、方向盘及汽车外围部件。煤矿及矿山用传送带。还用于衬里和保护层，如耐油密封件，防尘密封件；电子元件和印刷电路的灌封材料。也可用在国防工业领域，如航天系统中的聚氨酯绝热材料，具有粘接性能优异、高强等优点。第16页,共29页，2024年2月25日，星期天5、硅橡胶硅橡胶具有优异的耐热性、耐寒性、介电性、耐臭氧和耐大气老化等性能，硅橡胶突出的性能是使用温度宽广，能在-60℃（或更低的温度）至+250℃（或更高的温度）下长期使用。在生物医学工程中，硅橡胶是医用高分子材料中特别重要的一类，它具有优异的生理惰性，无毒、无味、无腐蚀、抗凝血、与机体的相容性好，能经受苛刻的消毒条件。根据需要可加工成管材、片材、薄膜及异形构件，可用做医疗器械、人工脏器等。第17页,共29页，2024年2月25日，星期天4.4橡胶成形方法

1．压延成形指经过混炼的胶料通过专用的压延设备上两对转辊筒，利用两辊筒之间的挤压力，使胶料产生塑性延展变形，制成具有一定断面尺寸规格、厚度和几何形状的片状或薄膜状聚合物或使纺织材料、金属材料表面实现挂胶的工艺过程。胶布压延工艺过程第18页,共29页，2024年2月25日，星期天2．模压成形

模压成形是橡胶制品生产中应用最早且最多的生产方法，是将预先压延好的橡胶半成品按一定规格下料后置于压制模具中，合模后在液压机上按规定的工艺条件压制，在加热加压的条件下，使胶料呈现塑性流动充满型腔，再经一定的持续加热时间后完成硫化，再经脱模和修边后得到制品的成型方法。模压法生产橡胶制品的工艺程序第19页,共29页，2024年2月25日，星期天

3．挤出成形使胶料在挤出机中塑化和熔融，并在一定的温度和压力下连续均匀地通过机头模孔挤出成为具有一定的断面形状和尺寸的连续材料。挤出成形的主要设备是橡胶挤出机，其基本结构同塑料挤出机。

第20页,共29页，2024年2月25日，星期天4．注射成形

是一种将胶料直接从机筒注入闭合模具，硫化的生产工艺。注射成形的主要设备是橡胶注射机，其基本结构同塑料注射机。。国产卧式六模胶鞋注射机第21页,共29页，2024年2月25日，星期天附：纤维介绍纤维是指柔韧、纤细，具有相当长度、强度、弹性和吸湿性的丝状物。大多数是不溶于水的有机高分子化合物，少数是无机物。聚丙烯晴纤维涤纶纤维第22页,共29页，2024年2月25日，星期天纤维天然纤维化学纤维胶黏纤维铜氨纤维醋酸纤维纤维素纤维锦纶系列纤维蛋白质纤维涤纶系列纤维腈纶系列纤维聚乙烯醇系列纤维聚烯烃纤维含氯纤维耐高温纤维其他纤维一、纤维的分类第23页,共29页，2024年2月25日，星期天二、常用纤维1、聚酯纤维（涤纶纤维）

聚酯是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。以聚酯为基础制得的纤维称为涤纶，是三大合成纤维（涤纶、锦纶、腈纶）之一，是最主要的合成纤维。聚酯纤维即可以纯纺也或以与其他纤维混纺制成各种机织物和针织物。聚酯长丝可用于织造薄纱女衫、帷幕窗帘等，与其他纤维混纺可制成各种棉型、毛型及中长纤维纺织品。聚酯纤维在工业上可作为轮胎帘子线、制作运输带、篷帆、绳索等。第24页,共29页，2024年2月25日，星期天2、锦纶纤维（尼龙纤维）锦纶纤维是以聚酰胺基础制得的纤维，是三大合成纤维之一，也是一种主要的合成纤维。聚酰胺纤维具有耐磨性好、耐疲劳强度和断裂强度高、抗冲击负荷性能优异、容易染色及与橡胶的附着力好等突出性能，因此，聚酰胺纤维多用于作衣料和轮胎帘子线，其产量仅次于聚酯纤维，居第二位。第25页,共29页，2024年2月25日，星期天3、腈纶纤维

聚丙烯腈纤维大多数是以丙烯腈为主体的三元共聚物。工业生产中主要以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等为第二单体，用量5%～10%就可以减少聚丙烯腈分子间力，消除其脆性，从而可纺制成具有适当弹性的合成纤维—腈纶纤维。聚丙烯纤维具有优良的耐光、耐气候性，所以除作衣着及