(一)橡胶从哪里来———底盘橡胶衬套设计系列教程

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橡胶从哪来？

橡胶分为天然橡胶和合成橡胶

1 天然橡胶生产过程

1）天然橡胶来源于橡胶树，在橡胶树上开口收集胶汁

2）收集，一般一颗树的一次收集要持续好几天，直至等割开的伤口愈合。

3）凝固，需要往里加水稀释，然后加甲酸使胶汁凝固，就像做豆腐一样。

4）擀平，像擀面片一样，并把其中的水分挤出。然后放入水中，将甲酸洗干净。然后自然晾干，晾干后在放入清洗的机器中，机器中有刷子，将橡胶片上的杂质清洗干净。

5）橡胶片清洗干净，晾干后，会用柴火熏干，一般要熏5天左右，然后室温冷却。

6）分拣、分级打包，将橡胶片中有树皮、昆虫部分剪除，然后分成不同的级别并按国际标准尺寸压缩包。当然级别越高，价钱越高。

7）喷涂保护溶液，可以防止细菌滋生，并防止橡胶片粘结在一起。

8）塑炼、混炼

生胶富有弹性，缺乏加工时的必需性能 ( 可塑性 ) ，因此不便于加工。为了提高其可塑性，所以要对生胶进行塑炼 ; 这样，在混炼时配合剂就容易均匀分散在生胶中 ; 同时，在压延、成型过程中也有助于提高胶料的渗透性 ( 渗入纤维织品内 ) 和成型流动性。将生胶的长链分子降解，形成可塑性的过程叫做塑炼。

混炼是指为了提高橡胶制品的物理机械性能，改善加工成型工艺，降低生产成本，需要在生胶或塑料胶中加入各种配合剂，如填充剂、补强剂、促进剂、硫化剂、防老剂、防焦剂等，这些配合剂有固体、液体等材料，将所加入的各种配合剂分散均匀，确保胶料的性质一致。所以在炼胶机上使各种配合剂均匀地分散到生胶或塑炼胶中的工艺过程称为混炼，经混炼制成的胶料称为混料胶。

9）压出成型为半成品，用于后续加工。

10）成型，分为压延成型、压出成型和模压成型

压延成型

压出成型

模压成型

2 合成橡胶

2.1 丁苯橡胶（SBR）

1）丁二烯和苯乙烯的共聚体，性能接近天然橡胶，是目前产量最大的通用合成橡胶，其特点是耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶，质地也较天然橡胶均匀。

2）缺点：弹性较低，抗屈挠、抗撕裂性能较差；加工性能差，特别是自粘性差、生胶强度低。

3）工作温度，约－50℃~＋100℃

4）主要用以代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。

5）丁苯橡胶用来替代天然橡胶，由德国化学家Water Bock在二战前发明，但工业化生产是在二战期间，因为南亚等生产天然橡胶的地区被日本占领，所以美国合成橡胶项目在二战期间大力推广丁苯橡胶。

2.2 其他合成橡胶

3 橡胶硫化

3.1 硫化

生胶中的化学键件的分子间作用力非常弱，通过硫化作用可以在分子链间形成较强的交联。

3.2 粘弹特性

为什么硫化橡胶有这样的特性？

3.2.1  橡胶分子特性

1000个自由分体单元

随机交联成三维结构

3.2.2  橡胶硫化后分子特性

自然的分子链交联和硫化的分子链交联A-B

3.3 交联密度和物理特性特性关系

4 辅料

4.1炭黑

炭黑是一种可以增加橡胶强度的辅料，并一定程度上可以增加抗磨损性。炭黑与高分子弹性体的结合，其强度比他们各自的强度都要强。

4.2 硫化橡胶分子结构

曲线代表橡胶分子链

圆球代表炭黑粒子

折线代表硫交联键

虚线代表分子间作用力

橡胶相持续网络结构化，辅料在橡胶网络结构中填充。填充辅料的橡胶可认为一种与橡胶相不同的一种分离相，其特性与机械性能完全不同。

5 橡胶混炼胶优化

1）主体材料

2）硫化辅料

3）加强辅料

4）抗氧化辅料

5.1 主体材料

各胶种的耐热等级不等,但并非说设计时非得局限于几种高耐热生胶不可,还得考虑所要求的耐热上限和配方设计上的协调配合,寻找出最佳的使用效果/成本平衡点。首先要掌握好主体材料的选用,为此应透彻了解产品的实际使用温度及持续时间。这种选择对配方人员来说往往因人而异,但大体上已形成下表所示的共识。

生胶的耐温等级很大程度上取决于分子结构：

1）主链为杂链的耐温性优于碳链的;

2）主链上不饱和度低的优于高的,饱和结构则更好;

3）侧链含卤族原子或极性基团的也都有较好的耐热性。

5.2 硫化辅料

1）长分子链被比分子间作用更强的力联接联接起来；

2）硫的加入促进了橡胶分子链之间的交联；

3）一般在170℃开始发生硫化作用；

4）单硫交联键或硫-硅交联键联接；

5）半有效硫化可以促成更多的硫交联键和二硫交联键产生；

也有过氢氧化法，不再这里讲解

5.3 加强辅料

1）炭黑和二氧化硅是常见的加强辅料，橡胶衬套采用炭黑，轮胎采用二氧化硅，便池垫采用黏土

2）用于增加刚度和耐磨损性

3）炭黑制造方法一般分为接触法炭黑、炉法炭黑和热解法炭黑

4）炭黑主要属于是粒径和结构，粒径是炭黑粒子有多大，结构是它们如何聚集在一起的，聚集物有多大；粒径越大意味着更高的弹性；结构越大，模量越大即强度高。

5.4 抗氧化辅料

5.4.1橡胶衬套的失效往往是受热后硫化返原产生的。

1）硫化返原是橡胶损坏并变成一种胶黏物，如果你用手触摸下，会黏在你的手掌上，你需要用甲基乙基酮来清洗，这就是硫化返原。

2）橡胶交联键受热后发生断裂、重组等情况

3）我们采用一些抗氧化剂来缓解返原情况

6 橡胶衬套疲劳试验时由于硫化返原发生的严重失效

高负载+受热=硫化返原

7 橡胶衬套的失效模式

7.1 硫化返原

1）脱硫

2）交联键重组

3）断裂

7.2 聚合物撕裂

1）强度过载

2）小强度的撕裂导致强度降低，产生的因素有很多，如受热、臭氧环境、压力和硫化返原。可采用撕裂裂纹扩展试验测试。

7.3 附着力损失

1）内金属骨架是主要发生零件（粘结面积小）；

2）清洁度:异物、溶剂、腐蚀；

3）粘结预处理：正确的预处理工艺、底漆+面漆、厚度；

4）零件流转过程中污染

8 橡胶衬套特性优化

抗热性

弯曲疲劳

弹力

裂纹扩展

永久变形

9 自润滑橡胶衬套

自润滑橡胶衬套是在橡胶配方中添加减少噪音的辅料，通过把蜡渗透到橡胶表面来实现自润滑功能。噪音一般是发生在低温扭转工况。

——完——