1、橡胶成型工艺及模具设计橡胶成型工艺及模具设计第第1章章 橡胶概述橡胶概述橡胶是高弹性的高分子材料，由于橡胶具有其他材料所没有的高弹性，因而也称作弹性体。粉末橡胶粉末橡胶液体液体橡胶橡胶热塑性橡胶热塑性橡胶板块板块固态固态橡胶橡胶通用橡胶通用橡胶特种特种橡胶橡胶功能橡胶功能橡胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶再生橡胶再生橡胶来源来源橡橡 胶胶用途用途形态形态生物胶生物胶熟橡胶熟橡胶硬硬橡胶橡胶混炼橡胶混炼橡胶物化状态物化状态天然橡胶（天然橡胶（NR）一般工作温度：一般工作温度：-73120基本特性：较好的强伸、弹性、低温、耐磨以及耐基本特性：较好的强伸、弹性、低温、耐磨以及耐泥水、油污泥水、油污
2、、酒精、酒精、甘油、甘油主要用途：减震、缓冲、防尘、膜片、密封、衬主要用途：减震、缓冲、防尘、膜片、密封、衬垫、制动液制品垫、制动液制品参考价格：参考价格：1.92.4万元万元/吨吨聚合单体聚合单体：异戊二烯：异戊二烯丁腈橡胶（丁腈橡胶（NBR）一般工作温度：一般工作温度：-40120基本特性：良好的耐油性，较好的综合性能。基本特性：良好的耐油性，较好的综合性能。主要用途：耐油和乳化液制品、密封制品、防主要用途：耐油和乳化液制品、密封制品、防尘罩、圈。尘罩、圈。参考价格：参考价格：2.02.3万元万元/吨吨聚合单体：丁二烯聚合单体：丁二烯/ /丙烯腈丙烯腈一般工作温度：一般工作温度：-6012
3、0聚合聚合单体：丁二烯单体：丁二烯 苯乙烯苯乙烯主要用途：轿车、轻卡车轮胎等、胶鞋、胶布、主要用途：轿车、轻卡车轮胎等、胶鞋、胶布、文体用品、胶板、蓄电池壳、胶带等文体用品、胶板、蓄电池壳、胶带等 参考价格：参考价格：1.82.4万元万元/吨吨丁苯橡胶（丁苯橡胶（SBR）性能：弹性比性能：弹性比NR稍差，耐磨和耐老化比稍差，耐磨和耐老化比NR好好聚合单体聚合单体: : 乙烯乙烯 丙烯丙烯 第三单体第三单体 三元乙丙胶三元乙丙胶 ( EPDM )一般工作温度：一般工作温度：-50150性能性能：耐老化耐臭氧性、耐极性液体、耐水及：耐老化耐臭氧性、耐极性液体、耐水及过热水、水蒸气好、耐电性能过热水
4、、水蒸气好、耐电性能好好用途用途：电线电缆绝缘层、汽车玻璃除水条：电线电缆绝缘层、汽车玻璃除水条、窗户、窗户密密封条、封条、 蒸汽胶管、输送带等蒸汽胶管、输送带等参考价格：参考价格：2.83.3万元万元/吨吨聚合聚合单体：氯丁二烯单体：氯丁二烯氯丁橡胶（氯丁橡胶（CR）用途：轮胎内衬层、低压电线电缆、输送带、减震用途：轮胎内衬层、低压电线电缆、输送带、减震橡胶、窗户密封条、胶粘剂、胶布、涂料橡胶、窗户密封条、胶粘剂、胶布、涂料特性：耐候性、耐臭氧性、阻燃、耐热性及耐化学特性：耐候性、耐臭氧性、阻燃、耐热性及耐化学药品性均好药品性均好 一般工作温度：一般工作温度：-35120参考价格：参考价格：
5、3.03.5万元万元/吨吨性能性能：使用温度范围最广：使用温度范围最广,毒性毒性最低、具生理惰性、最低、具生理惰性、透气性好、电绝缘性好，物理机械性能较差透气性好、电绝缘性好，物理机械性能较差硅胶硅胶 (Q )聚合单体：主链由硅原子和氧原子交替组成聚合单体：主链由硅原子和氧原子交替组成用途用途：胶管、胶带、胶辊、电绝缘制品、人造皮肤、：胶管、胶带、胶辊、电绝缘制品、人造皮肤、器官等器官等.一般工作温度：一般工作温度：-93250参考价格：参考价格：7.08.0万元万元/吨吨聚合单体：偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯聚合单体：偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯氟胶氟胶 ( FKM 、FPM、VITON)一
6、般工作温度：一般工作温度：-30250性能性能：防火：防火.耐油耐油.耐溶剂是所有胶中最好的耐溶剂是所有胶中最好的.用途用途：导弹、飞机、汽车等用密封件，化工厂耐：导弹、飞机、汽车等用密封件，化工厂耐腐蚀皮碗、衬垫、薄膜，油箱衬层、胶管及泵用零腐蚀皮碗、衬垫、薄膜，油箱衬层、胶管及泵用零件等件等 参考价格：参考价格：4080万元万元/吨吨丙烯酸酯橡胶（丙烯酸酯橡胶（ACM）一般工作温度：一般工作温度：-10150基本特性：良好的耐高温，较好的耐油（包括含基本特性：良好的耐高温，较好的耐油（包括含硫的油）、耐磨性，硫的油）、耐磨性，耐寒性耐寒性差。差。主要用途：耐油、耐热、密封、板、囊、护套制主
7、要用途：耐油、耐热、密封、板、囊、护套制品。品。参考价格：参考价格：10.012.0万元万元/吨吨聚合单体：丙烯酸与带有可提供交联反应活性基团的单体共聚制得橡胶的基本特性橡胶的基本特性1. 1.高弹性高弹性：弹性模量低，伸长变形大，有可恢复：弹性模量低，伸长变形大，有可恢复的变形的变形, ,并能在很宽的温度（并能在很宽的温度（-50150-50150）范围内）范围内保持弹性。保持弹性。2 2. .粘弹性粘弹性：橡胶材料在产生形变和恢复形变时受：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温度和时间的影响，表现有明显的应力松弛 和蠕和蠕变变 现象，在震动或交变应力作用下
8、，产生滞后损现象，在震动或交变应力作用下，产生滞后损失。失。3 3. .电绝缘性电绝缘性：橡胶和塑料一样是电绝缘材料。：橡胶和塑料一样是电绝缘材料。4 4有有老化老化现象：如金属腐蚀、木材腐朽、岩石风现象：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。现象，使性能变坏，寿命下降。5 5. . 必须进行必须进行硫化硫化才能使用，热塑性弹性体除外。才能使用，热塑性弹性体除外。6. 6. 必须加入必须加入配合剂配合剂。其它如比重小、硬度低、柔软性好、气密性好等其它如比重小、硬度低、柔软性好、气密性好等特
9、点，都属于橡胶的宝贵性能。特点，都属于橡胶的宝贵性能。橡胶基本加工工艺橡胶基本加工工艺无论什么橡胶制品，都要经过无论什么橡胶制品，都要经过混炼和硫化混炼和硫化这两个这两个过程。橡胶基本加工工艺主要包括塑炼、混炼、过程。橡胶基本加工工艺主要包括塑炼、混炼、压延、压出、成型和硫化等。另外，对于一些特压延、压出、成型和硫化等。另外，对于一些特殊产品还包括注压、浇注和黏合。殊产品还包括注压、浇注和黏合。塑炼塑炼为了为了改善生胶黏度过改善生胶黏度过大和不均匀现象，在大和不均匀现象，在炼胶机中通过机械应炼胶机中通过机械应力、热氧或加入塑解力、热氧或加入塑解剂等方法对生胶进行剂等方法对生胶进行加工，使生胶由
10、强韧加工，使生胶由强韧的弹性状态转变为柔的弹性状态转变为柔软、便于加工的塑性软、便于加工的塑性状态。状态。高温塑炼：自动氧化降解高温塑炼：自动氧化降解为主机械力强化橡胶与氧为主机械力强化橡胶与氧的接触的接触塑塑炼炼的的方方法法 机械塑炼法机械塑炼法 化学塑解法化学塑解法低温塑炼：机械降解为主低温塑炼：机械降解为主 降低分子量是生胶获得可塑性的最有降低分子量是生胶获得可塑性的最有效方法。只有这样才能使粘度下降，可塑性效方法。只有这样才能使粘度下降，可塑性增加。增加。 降低分子量，实质上就是使分子链断降低分子量，实质上就是使分子链断链链。橡胶塑炼的实质橡胶塑炼的实质一、定义一、定义指在炼胶机上将各
11、种配合剂加入到指在炼胶机上将各种配合剂加入到橡胶中制成混炼胶的工艺过程橡胶中制成混炼胶的工艺过程 二、混炼的二、混炼的目的和意义目的和意义 1.保证产品的质量保证产品的质量3.高效节能高效节能2.适合于进一步的加工适合于进一步的加工混炼混炼第一种状态：第一种状态：不能紧包前辊不能紧包前辊第二种状态：第二种状态：紧包前辊紧包前辊第三种状态：第三种状态：脱辊脱辊出兜出兜第四种状态：第四种状态：粘流态包辊粘流态包辊 原因：温度适宜，胶料的可塑性中。原因：温度适宜，胶料的可塑性中。 原因：温度略高，胶料的可塑性略大。原因：温度略高，胶料的可塑性略大。 原因：温度太高，可塑度太大原因：温度太高，可塑度太
12、大 生胶的混炼性生胶的混炼性 原因：混炼温度低，胶料的可塑性小。原因：混炼温度低，胶料的可塑性小。压延压延指将混炼胶在压延设备上制成胶片或与骨架指将混炼胶在压延设备上制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程。材料制成胶布半成品的工艺过程。 压片压片 贴合贴合 压型压型 挂挂胶（贴胶、擦胶）胶（贴胶、擦胶） 压延压延压延压延从原理上看，压延过程主要是通过两个辊筒从原理上看，压延过程主要是通过两个辊筒作用把胶料辗压成具有一定厚度和宽度的胶片作用把胶料辗压成具有一定厚度和宽度的胶片的过程。的过程。从表面上看，压延只从表面上看，压延只是胶料造型的变化，但是胶料造型的变化，但实质上是一种流体流动实质
13、上是一种流体流动过程。过程。在压延过程中，胶料在压延过程中，胶料一方面发生粘性流动，一方面发生粘性流动，一方面又发生弹性变形。一方面又发生弹性变形。压片是指将热炼好的胶料用压延机在辊速相等的压片是指将热炼好的胶料用压延机在辊速相等的情况下，压制成有一定厚度和宽度的胶片。情况下，压制成有一定厚度和宽度的胶片。 1.工艺方法工艺方法（1）中下辊不积胶）中下辊不积胶（2）中下辊积胶）中下辊积胶（3）四辊压延机压片）四辊压延机压片压片压片贴合贴合工艺方法：工艺方法：二辊压延机贴合二辊压延机贴合 三辊压延机贴合三辊压延机贴合 四辊压延机贴合四辊压延机贴合 贴合贴合 贴合是通过压延机将两层薄胶片贴合成一层
14、胶片的作业。 压型工艺要求规格准确，花纹清晰，胶料密致，故要求胶料收缩变形率小及配方中含胶率不宜过高。 压型工艺方法压型压型 压型是将胶料压制成一定断面形状的半成品或表面有花纹的胶片。 贴胶贴胶压力贴胶压力贴胶 贴胶贴胶是利用压延机上转速相是利用压延机上转速相同辊筒的压力将一定厚度的胶片贴同辊筒的压力将一定厚度的胶片贴于纺织物上。于纺织物上。 进行贴合的两辊筒之间有积胶，进行贴合的两辊筒之间有积胶，利用积胶的压力将胶料挤压到布缝利用积胶的压力将胶料挤压到布缝中去。中去。 纺织物挂胶（贴胶、擦胶）纺织物挂胶（贴胶、擦胶） 纺织物挂胶是使纺织物通过压延机辊筒间隙，纺织物挂胶是使纺织物通过压延机辊筒
15、间隙，使使其表面其表面挂上一层薄胶，制成挂胶帘布或挂胶帆挂上一层薄胶，制成挂胶帘布或挂胶帆布，作为布，作为橡胶制品橡胶制品的骨架层。的骨架层。擦胶擦胶擦胶擦胶是利用辊速不同所产生的剪切是利用辊速不同所产生的剪切力和辊筒的压力，将胶料挤擦入纺力和辊筒的压力，将胶料挤擦入纺织物的缝隙中，以提高胶料与纺织织物的缝隙中，以提高胶料与纺织物的附着力。物的附着力。 擦胶只能处理帆布，不能处理擦胶只能处理帆布，不能处理帘布。帘布。挤出与压延的比较挤出与压延的比较 挤出是使胶料通过挤出机连续地制成各种不同形状半成品的工艺过程。 挤出机具有如下优点：补充混炼和热炼作用，使胶料质量更致密，更均匀。适用面广，可压出
16、各种尺寸、断面形状半成品。设备占地面积小，重量轻，结构简单，造价低， 灵活机动性大。 压出（挤出）压出（挤出） 挤出机由螺杆、机身、机头（包括口型和芯型）、机架和传动装置等部件组成。 一、螺杆螺杆种类：按螺纹分：单头、双头、三头按螺距分：等距收敛式和复合螺纹等按螺杆外形分：圆柱形、 圆锥形三、机头与口型1.机头直向形机头 如圆筒形、喇叭形 T形、Y形 2.口型二、机身(机筒)压出实心及片状半成品的口型压出中空半成品的口型 由口型、芯型和芯型支座构成 。 机筒为中空圆筒,为了及时散发和提供热量,机筒备有夹套,可通入冷却水和蒸汽。硫化硫化 但是所有这些产品凡是遇到气温高和经太阳暴晒后就变软发粘，在
17、气温低时就变硬和脆裂.制品不能经久耐用. 直到美国人C.Goodyear（固特异）在一个偶然的机会发现硫磺粉洒在晾晒的胶块上可以避免胶块发粘，使胶块表明光滑有弹性，后经一年多的实验，证明在橡胶中加入硫磺粉和碱式碳酸铅，经共同加热熔化后所制出的橡胶制品可以长久的保持良好的弹性. C.Goodyear（固特异）于1839年发现了橡胶的硫化，从此天然橡胶才真正被确定具有特殊的使用价值，成为一种极其重要的工业原料 硫化前硫化前 线形结构，分子间以范德华力相互作线形结构，分子间以范德华力相互作用用 性能：性能：可塑性大，伸长率高，具可溶性。可塑性大，伸长率高，具可溶性。 硫硫化时化时 分子被引发，发生化
18、学交联反应分子被引发，发生化学交联反应 硫化后硫化后 网状结构，分子间主要已以化学键结网状结构，分子间主要已以化学键结合合 结构：结构：1 1）化学键；）化学键；2 2）交联键的位置；）交联键的位置；3 3）交联程度）交联程度；4 4）交联）交联 性能：性能：1 1）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度、伸长率、伸长率、弹性、弹性）；）；2 2）物理性能；）物理性能；3 3）化学稳定性）化学稳定性CH2CCHCH2CH3SCH2CCHCH2CH3CH2CCHCH2CH3SS橡胶模具类别橡胶模具类别 橡胶模具的种类很多，但根据模具结构和压制工艺的不同，大体上讲橡
19、胶压制成型模具分别为四个大类一、一、 压制成型模具压制成型模具二、二、 压铸成型模具压铸成型模具三、三、 注压成型模具注压成型模具四、四、 压出成型模具压出成型模具压制成型压制成型模具模具 压制成型模具又称普通压模。它是将混压制成型模具又称普通压模。它是将混炼过的、经加工成一定形状和称量过的半成品胶炼过的、经加工成一定形状和称量过的半成品胶料直接放入敞开的模具型腔中，而后将模具闭合，料直接放入敞开的模具型腔中，而后将模具闭合，送入平板硫化压机中加压、加热。胶料在加热和送入平板硫化压机中加压、加热。胶料在加热和压力作用下硫化成型。根据分型面处型腔与外界压力作用下硫化成型。根据分型面处型腔与外界相
20、同的形式不同，压制成型模具可分为相同的形式不同，压制成型模具可分为开放式、开放式、半封闭式、半封闭式、和和封闭式封闭式三种结构。三种结构。 压制成型模具的特点：结构简单、压制成型模具的特点：结构简单、通用性强、适用性广、操作方便通用性强、适用性广、操作方便开放式开放式开放式模具利用上下模最终吻合时的压力压制制品，多余胶料易从分型面流掉（外溢），制品有水平方向飞边。开放式模具适用于硬度较低并具有较大流动性的胶料制造形状简单的制品。封闭式模具型腔上端带有一定高度的镶嵌结构，压制过程中胶料不易外溢而充分地充满型腔，制品致密性好。封闭式模具适用于夹布、夹其它织物的制品以及胶料硬度较高、流动性较差的制品
21、。封闭式封闭式p半封闭式模具即模腔的一端带有半封闭式模具即模腔的一端带有一定深度锥面镶嵌配合。其特点一定深度锥面镶嵌配合。其特点是操作安全，定位可靠，并且不是操作安全，定位可靠，并且不易拉毛配合面，使用面广。易拉毛配合面，使用面广。p半封闭式半封闭式 模具适用于上下模带模具适用于上下模带有型腔，制品同轴度要求较高的有型腔，制品同轴度要求较高的单腔模具。单腔模具。半封闭式半封闭式 压铸成型模具又称传递式模具或挤胶法压铸成型模具又称传递式模具或挤胶法模具。它是将混炼过的、形状简单的、限量模具。它是将混炼过的、形状简单的、限量一定的胶条或胶块半成品放入压铸模料腔中，一定的胶条或胶块半成品放入压铸模料
22、腔中，通过压铸塞的压力挤压胶料，并使胶料通过通过压铸塞的压力挤压胶料，并使胶料通过浇注系统进入模具型腔中硫化定型的。浇注系统进入模具型腔中硫化定型的。 压铸成型模具的特点：结构比普通压模压铸成型模具的特点：结构比普通压模复杂，适用于制作普通模压法所不能压制或复杂，适用于制作普通模压法所不能压制或勉强压制的薄壁、细长易弯的制品以及形状勉强压制的薄壁、细长易弯的制品以及形状复杂的制品，制品致密性好，质量优越。复杂的制品，制品致密性好，质量优越。压铸成型模具压铸成型模具 注射成型注射成型模具又称为注射法模具，它模具又称为注射法模具，它是利用注射机或注压机的压力，将预加热或是利用注射机或注压机的压力，
23、将预加热或塑性状态的胶料经注压模的浇注系统注入模塑性状态的胶料经注压模的浇注系统注入模具型腔中定型硫化。具型腔中定型硫化。 注射成型注射成型模具的特点：比压铸成型模具模具的特点：比压铸成型模具复杂，适用于大型、厚壁、薄壁以及形状复复杂，适用于大型、厚壁、薄壁以及形状复杂的制品，生产效率高，质量稳定。杂的制品，生产效率高，质量稳定。注射成型模具注射成型模具卧式注射机卧式注射机立式注射机立式注射机注注 压压 机机 压出成型模具又称挤出口型摸。它是在压压出成型模具又称挤出口型摸。它是在压出机中对胶料加热与塑化，通过与螺杆的旋转，出机中对胶料加热与塑化，通过与螺杆的旋转，使胶料在螺杆和机筒筒壁之间受到
24、强大的挤压力使胶料在螺杆和机筒筒壁之间受到强大的挤压力并不断的向前移送，通过安装在机头的成型模具并不断的向前移送，通过安装在机头的成型模具而制成各种截面形状的橡胶型材半成品以达到初而制成各种截面形状的橡胶型材半成品以达到初步造型的目的而后经过冷却定型输送到硫化罐内步造型的目的而后经过冷却定型输送到硫化罐内进行硫化或用作模压法所需的预成型半成品。进行硫化或用作模压法所需的预成型半成品。 特点特点：成本低，功效高，制品致密性好。：成本低，功效高，制品致密性好。压出成型模具压出成型模具模具材料模具材料橡胶模具常橡胶模具常用材料用材料压铸成型和压制成型橡胶模具：压铸成型和压制成型橡胶模具：优质碳素钢优
25、质碳素钢大批量生产的注射模型腔零部件：大批量生产的注射模型腔零部件：工具钢或工具钢或合金钢合金钢热处理热处理下料下料正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加工精加工精加工表面淬火表面淬火低温回火低温回火精磨精磨45号钢模具加工号钢模具加工常用碳素工具钢：常用碳素工具钢：T8、T10、T12、T8A、和、和T12A。下料下料锻造锻造球化退火球化退火粗、精加工粗、精加工淬火加低温回火淬火加低温回火精磨精磨橡胶模具常用合金结构钢：橡胶模具常用合金结构钢：40Cr、45Cr、18CrMnTi合金工具钢：合金工具钢：CrWMn和和9CrSi下料下料锻造锻造正火正火粗、精加工粗、精加工渗碳渗碳淬火和回火淬火和回火精磨精磨低碳合金钢低碳合金钢合金工具钢合金工具钢下料下料锻造锻造球化退火球化退火淬火加低温回火淬火加低温回火精磨精磨粗、精加工粗、精加工模具加工工艺（略）模具加工工艺（略）普通加工方法 车、铣、锯、刨、磨、镗等。特种加工 电火花加工、电子束加工、离子束加工、超声波加工、激光加工等。
