橡胶工艺学第九章 橡胶骨架材料

1、第八章第八章 橡胶骨架材料橡胶骨架材料一、橡胶骨架材料简介一、橡胶骨架材料简介 橡胶骨架材料是含骨架材料复合橡胶制品中橡胶骨架材料是含骨架材料复合橡胶制品中受力的主要部件受力的主要部件，同时也对这类橡胶制品在使用，同时也对这类橡胶制品在使用中中形状的稳定形状的稳定起了重要的作用。如轮胎、胶带、起了重要的作用。如轮胎、胶带、部分胶管、密封及减震橡胶制品就是由橡胶弹性部分胶管、密封及减震橡胶制品就是由橡胶弹性体部件与高模量高强度的骨架材料复合而成的。体部件与高模量高强度的骨架材料复合而成的。 这些橡胶制品对其骨架材料的要求各异，所以这些橡胶制品对其骨架材料的要求各异，所以就有了就有了不同材质不同材

2、质 不同结构不同结构的骨架材料。不同的材的骨架材料。不同的材质主要有质主要有天然纤维、合成纤维、金属材料天然纤维、合成纤维、金属材料。不同。不同的结构主要有的结构主要有线、绳、帘布、帆布、无纺布线、绳、帘布、帆布、无纺布等。等。n橡胶骨架材料的基本应用橡胶骨架材料的基本应用 橡胶材料是一种拥有高弹性、大变形、低模量的橡胶材料是一种拥有高弹性、大变形、低模量的高分子材料。橡胶制品中使用骨架材料目的是高分子材料。橡胶制品中使用骨架材料目的是赋予橡赋予橡胶制品更高的强度与尺寸稳定性胶制品更高的强度与尺寸稳定性。如充足的弹性可以。如充足的弹性可以吸收冲击震动、提供较高的耐磨性、摩擦系数和优异吸收冲击震

3、动、提供较高的耐磨性、摩擦系数和优异的附着性等。橡胶与其骨架材料牢固地结合，不仅可的附着性等。橡胶与其骨架材料牢固地结合，不仅可以保护骨架材料，同时骨架材料的增强作用也得到了以保护骨架材料，同时骨架材料的增强作用也得到了更充分的发挥。更充分的发挥。n橡胶骨架材料的种类与分类橡胶骨架材料的种类与分类 橡胶骨架材料的材质主要有三大材料制成橡胶骨架材料的材质主要有三大材料制成天然棉纤维、各种化学纤维及金属材料。除用金天然棉纤维、各种化学纤维及金属材料。除用金属直接加工出一定形状的骨架和普通属直接加工出一定形状的骨架和普通单根钢丝单根钢丝外，外，大多数橡胶骨架材料均由纤维丝或钢丝通过大多数橡胶骨架材料

4、均由纤维丝或钢丝通过加捻、加捻、合股、机织或浸渍而生产出的线绳、帘线或帆布合股、机织或浸渍而生产出的线绳、帘线或帆布等。含有骨架材料的橡胶制品见图等。含有骨架材料的橡胶制品见图8-18-1。（a）轮胎（b）普通输送带（c）胶管图8-1 含有骨架材料的橡胶制品 (1)棉纤维(cotton fiber) 棉纤维基本性能是强力较低，与橡胶的黏合性好。 (2)人造丝纤维(viscose fiber) 高强度黏胶纤维是橡胶工业常用的。人造丝干强度较高，但湿强度较低。 (3)维纶纤维(polyvinyl alcohol fiber) 维纶纤维强度高，耐磨性、耐光性好，但其耐湿热性不好。 (4)聚酰胺纤维(

5、polyamide fiber) 或称尼龙，也称锦纶 该纤维强度较高断裂伸长率也较高，弹性好，屈挠性好，耐磨性优于其他纤维，但其热稳定性差，目前已大量使用在斜交轮胎等制品中。骨架材料的性能取决于它的材质和它的结构，现将主要纤骨架材料的性能取决于它的材质和它的结构，现将主要纤维和钢丝特点简介如下。维和钢丝特点简介如下。(5)聚酯纤维(polyester fiber) 综合了尼龙的强力与伸长特性以又人造丝的模量特性，所以适用于很多用途，如半钢丝子午线轮胎中胎体骨架基本选用聚酯帘布。(6)芳族聚酰胺纤维(aramid fiber) 或称芳纶，强度高、延伸率低、耐热性好，有“人造钢丝”之称，但其价格较

6、高，目前已在轮胎和高强力输送带等制品中使用。(7)玻璃纤维(glass fiber) 有较高的模量和耐热性，但耐屈挠性和与橡胶的黏合性均较差。(8)钢丝(steel cord) 钢丝帘线、钢丝绳及普通单根钢丝都具有极高的强度和模量。 橡胶骨架材料基本上是按照所用材料结合的结构类型而橡胶骨架材料基本上是按照所用材料结合的结构类型而分类的如聚酯线绳、钢丝帘线、锦纶帘布、棉帆布等，其分类的如聚酯线绳、钢丝帘线、锦纶帘布、棉帆布等，其基本结构见表基本结构见表8-18-1所示。所示。n橡胶骨架材料常用术语橡胶骨架材料常用术语10u纤维纤维长度为长度为121237mm37mm，具有很高的长，具有很高的长径

7、比。径比。u纱纱短纤维或长丝的束。短纤维或长丝的束。u线线/ /绳绳/ /多股芯绳多股芯绳两根以上的纱线通过两根以上的纱线通过加工捻在一起称为加工捻在一起称为“线线”，较粗的线称为，较粗的线称为“绳绳”，两根以上的绳捻在一起称为，两根以上的绳捻在一起称为“多多股芯绳股芯绳”。11u线密度线密度纱的直径难以测量，国际上用纱的直径难以测量，国际上用1000m1000m纤纤维或纱的质量（维或纱的质量（g g）表示，单位为）表示，单位为textex（特）。（特）。dtexdtex（分特）是（分特）是textex的的1/101/10；denierdenier（旦）为（旦）为9000m9000m纤维或纱的

8、质量（纤维或纱的质量（g g）。）。u捻度：每米长已知纱的螺纹圈数，捻度的方向分捻度：每米长已知纱的螺纹圈数，捻度的方向分Z Z（左捻）与（左捻）与S S（右捻）。线和绳的捻度增加，其强（右捻）。线和绳的捻度增加，其强度和模量下降，度和模量下降， 但耐疲劳性增加。但耐疲劳性增加。12u化纤绳化纤绳183.3 tex/5 183.3 tex/5 3 3，表示第一次，表示第一次用用183.3tex183.3tex线密度的纱线密度的纱5 5股加捻成纱线，第股加捻成纱线，第二次用二次用3 3股这样的线加捻成绳。股这样的线加捻成绳。u钢丝绳钢丝绳773 30.220.22，表示，表示0.22mm0.22

9、mm直径直径的细钢丝的细钢丝3 3根加捻为线，再由这样的根加捻为线，再由这样的7 7根加根加捻成帘线。捻成帘线。n线绳与钢丝二、橡胶骨架材料的应用二、橡胶骨架材料的应用n帘线帘线n帘布帘布n帆布帆布n金属骨架金属骨架14n线绳与钢丝 线绳与钢丝是以单根的形式在橡胶制品成型时复合在橡胶基质中，常用的材料有黏胶纤维、棉、维纶、尼龙、聚酯、芳纶及钢丝等。 这些线绳主要用在编织胶管、传动带、钢丝绳输送带、轮胎胎圈中使用，在制品中它们以一定的密度、角度和层数排列起到增强作用。 胶带钢丝绳是高强度橡胶输送带的骨架材料，广泛用于高速度、大运输量、长距离的输送带中。对所用钢丝绳的要求是表面清洁、平直柔软、无残

10、余扭应力、不松散和橡胶有良好的黏合力。常用线绳与钢丝的规格、主要性能及用途如表常用线绳与钢丝的规格、主要性能及用途如表8-3所示。所示。（a）三角带（b）钢丝编织胶管钢丝骨架（c）输送带钢丝绳钢丝及钢丝绳的复合橡胶制品钢丝及钢丝绳的复合橡胶制品17n线绳与钢丝二、橡胶骨架材料的应用二、橡胶骨架材料的应用n帘线帘线n帘布帘布n帆布帆布n金属骨架金属骨架n帘线帘线 帘线一般由几股线合并并加捻制成，与线绳基本相同，帘帘线一般由几股线合并并加捻制成，与线绳基本相同，帘线主要是为了制作帘布的，它的表示与线绳表示相同，常见的线主要是为了制作帘布的，它的表示与线绳表示相同，常见的规格如表规格如表8-4所示。

11、所示。19n线绳与钢丝二、橡胶骨架材料的应用二、橡胶骨架材料的应用n帘线帘线n帘布帘布n帆布帆布n金属骨架金属骨架n帘布帘布帘布是介于单根帘线和完全织物之间的布型织物，纬帘布是介于单根帘线和完全织物之间的布型织物，纬线比经线疏，其结构见图线比经线疏，其结构见图8-48-4所示，主要用于轮胎。所示，主要用于轮胎。（a)窗帘1.尼龙帘布尼龙帘布是目前最广泛应用于斜交结构轮胎的骨架材料，也称为尼龙帘布，该帘布不仅适用于一般载重型车辆，而且也适用于大型工程车辆轮胎。尼龙帘布包括尼龙66和尼龙6两种。主要帘线规格及参数见表8-5和表8-6所示n不同材质帘布不同材质帘布2.聚酯帘布聚酯帘布 聚酯帘布在轮胎

12、中主要应用于轿车轮胎和子午线轻聚酯帘布在轮胎中主要应用于轿车轮胎和子午线轻卡轮胎，卡轮胎， 聚酯帘线的胺解会降低其性能，天然橡胶中聚酯帘线的胺解会降低其性能，天然橡胶中的某些物质比合成橡胶更易引起降解，同时也应注意橡的某些物质比合成橡胶更易引起降解，同时也应注意橡胶配合剂的选择，秋兰姆类促进剂对聚酯的胺解影响最胶配合剂的选择，秋兰姆类促进剂对聚酯的胺解影响最严重，噻唑类促进剂影响最小。严重，噻唑类促进剂影响最小。 黏胶帘布在子午线带束层中有一定的应用，黏胶帘布在子午线带束层中有一定的应用，183. 3tex/2的拉伸强度约为的拉伸强度约为176N。但其吸湿率较高，强度下降大，黏。但其吸湿率较高

13、，强度下降大，黏合性差，故该布贮存期为半年，要保持干燥防光照，开包合性差，故该布贮存期为半年，要保持干燥防光照，开包后要立即使用，压延后也要立即使用。用于车轮的部分结后要立即使用，压延后也要立即使用。用于车轮的部分结构。构。3.黏胶帘布黏胶帘布 芳纶帘布主要应用在子午线轮胎的带束层以代替钢丝降低轮胎的整体质量主要帘布规格是166. 7tex/2或166. 7tex/3，其单根帘线的拉伸强度分别是482N和786N，其强度的表现极为出色，拉断伸长率为5.7%和5.9%，为尼龙帘线伸长率的27%。芳纶帘线在紫外线照射后易发生降解，应避光使用。 玻璃纤维帘布因其耐疲劳性差，仅用在制品屈挠变形小的部位

14、，如子午线轮胎的带束层等，但目前已被钢丝取代，其优异的热稳定性非常适合于在某些高温下使用的制品。常用的纤维直径为9m，因与橡胶黏合较差，所以要经过偶联剂、浸润剂的浸渍处理。5玻璃纤维帘布玻璃纤维帘布4芳纶帘布芳纶帘布 维纶帘布在人力车胎和维纶帘布在人力车胎和V V形带中有少量使用。形带中有少量使用。7棉帘布棉帘布 早期发明的轮胎采用的是棉帘布，因其强度低、早期发明的轮胎采用的是棉帘布，因其强度低、制作轮胎质量高、升热大而被合成纤维帘布替代，制作轮胎质量高、升热大而被合成纤维帘布替代，目前主要应用在要求不高的产品中，如人力车胎目前主要应用在要求不高的产品中，如人力车胎等。等。6维纶帘布维纶帘布2

15、6n线绳与钢丝二、橡胶骨架材料的应用二、橡胶骨架材料的应用n帘线帘线n帘布帘布n帆布帆布n金属骨架金属骨架n帆布帆布帆布在夹布胶管、输送带及胶布制品中作为其骨架材料大量使用。根据制品强度要求不同，一般采用多层复合使用，所用材料有棉、尼龙、聚酯、维纶等。 其常用编织结构如下。 (1)平纹结构 (2)牛津式结构 (3)直经纱结构：在直经纱骨架层中，经纱呈直线状态承受拉力，在直经纱上、下布置直线纬纱。 (4)紧密编制结构：由经线、纬线复合编织的多层整体结构骨架层，亦称整体带芯结构。 输送带帆布骨架输送带帆布骨架结构示意图结构示意图单根经线与单根纬线交织。单根经线与单根纬线交织。两根经线与一根纬线交织

16、。两根经线与一根纬线交织。经线承受拉力，与纬线交织经线承受拉力，与纬线交织多层复编多层复编n金属骨架金属骨架 在橡胶密封制品中，油封大量使用着环形金属骨架，见图8-7所示，减震制品中也使用金属板等骨架材料与橡胶构成复合制品。这些金属骨架以其良好的刚度赋予了橡胶制品稳定的形状尺寸。这些金属板或一定形状的金属冲压件，其表面需另行清洗处理、喷砂、磷化或涂胶黏剂等，这样可以改善橡胶与金属的黏合强度。30一、概述一、概述二、配方设计与性能关系二、配方设计与性能关系31硫化胶的主要性能指标及指标范围工艺性能主体材料和配合剂确定第一节第一节 橡胶配方设计概述橡胶配方设计概述一、橡胶配方设计的内容一、橡胶配方

17、设计的内容一、内容一、内容二、原则二、原则三、配方分类和设计程序三、配方分类和设计程序四、配方组成和表示方法四、配方组成和表示方法32二、橡胶配方设计原则二、橡胶配方设计原则硫化胶具有指定的技术性能，使产品达到优质；硫化胶具有指定的技术性能，使产品达到优质；在胶料和产品制造过程中加工工艺性能良好，能使在胶料和产品制造过程中加工工艺性能良好，能使产品达到高产；产品达到高产；在不降低质量的前提下，降低胶料成本，提高劳动在不降低质量的前提下，降低胶料成本，提高劳动生产率，减少加工制造过程中的能耗，以提高企业的生产率，减少加工制造过程中的能耗，以提高企业的经济效益；经济效益；所用的生胶、聚合物和各种原

18、材料质量可靠而且有所用的生胶、聚合物和各种原材料质量可靠而且有稳定的来源；稳定的来源；优质、加工性好、成本、来源广、环保优质、加工性好、成本、来源广、环保33 三、橡胶配方分类和设计程序三、橡胶配方分类和设计程序 配方分类：基础配方，技术配方，生产配方。配方分类：基础配方，技术配方，生产配方。 1. 基础配方基础配方:又称标准配方，用于生胶和配合剂的鉴定。基础配又称标准配方，用于生胶和配合剂的鉴定。基础配方的组分是缺一不可的。由这些基本组分组成的胶料，可反映方的组分是缺一不可的。由这些基本组分组成的胶料，可反映出胶料的基本工艺性能和硫化胶的基本物理性能。出胶料的基本工艺性能和硫化胶的基本物理性

19、能。343536372. 性能配方（技术配方）性能配方（技术配方）为达到某种性能要求而进行的配方设计，其目的为达到某种性能要求而进行的配方设计，其目的是为了满足产品的性能要求和加工工艺要求，提是为了满足产品的性能要求和加工工艺要求，提高某种特性等。高某种特性等。一般实验室进行的产品研发。一般实验室进行的产品研发。3. 实用配方又称生产配方实用配方又称生产配方由于在实验室条件下研制的性能配方，在投入生由于在实验室条件下研制的性能配方，在投入生产时有时会出现一些工艺上的问题。经过现场生产时有时会出现一些工艺上的问题。经过现场生产设备和生产工艺条件的考核（扩试，中试）通产设备和生产工艺条件的考核（扩

20、试，中试）通过，正式投产。过，正式投产。38实用配方的设计程序实用配方的设计程序分阶段：分阶段：1、调查研究、调查研究2、制定试验计划、制定试验计划3、试验室试验、试验室试验4、扩试试验、扩试试验5、产品试验、产品试验3940四、橡胶配方的组成和表示方法四、橡胶配方的组成和表示方法 1.橡胶配方的组成包括 主体材料 硫化体系 防护体系 补强填充体系 增塑体系 特种性能体系41a.基本配方，以生胶的质量为100份，其他配合剂用量都以相应的质量份表示。b.质量分数配方，即以胶料的总质量为100%，生胶和各种配合剂都以相应的质量分数来表示。c.体积分数配方，即以胶料的总体积为100%，生胶和各种配合

21、剂都以相应的体积分数来表示。d.生产配方，符合生产要求的质量配方，生产配方的总质量通常等于炼胶机的实际容量。2. 橡胶配方的表示方法橡胶配方的表示方法42五、橡胶配方性能的检测五、橡胶配方性能的检测未硫化橡胶未硫化橡胶加工性能加工性能的试验的试验硫化橡胶硫化橡胶性能性能的试验的试验43未硫化橡胶加工性能的试验未硫化橡胶加工性能的试验1 1）配合剂在混炼胶中配合剂在混炼胶中分散度分散度的检验的检验 直接测定分散度的方法直接测定分散度的方法观察断面观察断面 间接测定分散度的方法间接测定分散度的方法物理性能物理性能2）生胶、混炼胶的）生胶、混炼胶的流变性能：黏度、弹性流变性能：黏度、弹性 可塑度的测

22、定可塑度的测定塑性计塑性计 门尼黏度的测试门尼黏度的测试门尼黏度计门尼黏度计 门尼焦烧的测试门尼焦烧的测试门尼黏度计门尼黏度计 应力松弛加工性能的试验应力松弛加工性能的试验应力松弛加工性能试验机应力松弛加工性能试验机 胶料的流变性能和口型膨胀的测试胶料的流变性能和口型膨胀的测试毛细管流变仪毛细管流变仪 胶料加工综合性能的测试胶料加工综合性能的测试塑性仪塑性仪 胶料硫化特性的测试胶料硫化特性的测试硫化仪硫化仪441 1）硫化橡胶力学性能的试验硫化橡胶力学性能的试验 1拉伸性能，包括拉伸强度、定伸应力、定应力伸长率、拉断伸长率、拉伸永久变拉伸性能，包括拉伸强度、定伸应力、定应力伸长率、拉断伸长率、

23、拉伸永久变形。形。拉力试验机拉力试验机。2撕裂强度撕裂强度拉力试验机拉力试验机3硬度硬度硬度计硬度计4压缩变形压缩变形恒定形变压缩永久变形和静压缩试验恒定形变压缩永久变形和静压缩试验压缩变形试验机压缩变形试验机5摩擦与磨耗性能摩擦与磨耗性能摩擦磨损试验机摩擦磨损试验机6疲劳破坏性能疲劳破坏性能2 2）硫化橡胶黏弹性能试验）硫化橡胶黏弹性能试验 1静态粘弹性能试验：回弹、蠕变、应力松弛、有效弹性和滞后损失静态粘弹性能试验：回弹、蠕变、应力松弛、有效弹性和滞后损失 2动态粘弹性能试验动态粘弹性能试验动态模量仪、黏弹谱仪动态模量仪、黏弹谱仪 3老化性能试验老化性能试验 4低温性能试验：脆性温度、耐寒

24、系数、吉门扭转、玻璃化温度和温度低温性能试验：脆性温度、耐寒系数、吉门扭转、玻璃化温度和温度-回弹试验回弹试验 5热性能试验：导热率、比热容、线膨胀系数、分解温度、马丁耐热性、维卡耐热热性能试验：导热率、比热容、线膨胀系数、分解温度、马丁耐热性、维卡耐热性性6阻燃性能：氧指数、燃烧速率、燃烧时间、烟密度等阻燃性能：氧指数、燃烧速率、燃烧时间、烟密度等 7耐介质性能：油、酸、碱、盐、气体介质等耐介质性能：油、酸、碱、盐、气体介质等8电性能试验：绝缘电阻率、介电常数、导电性等电性能试验：绝缘电阻率、介电常数、导电性等9扩散和渗透性能：透湿性、透水性扩散和渗透性能：透湿性、透水性10粘接性能：黏合强

25、度、剥离强度等。粘接性能：黏合强度、剥离强度等。硫化橡胶性能的试验硫化橡胶性能的试验45第二节第二节 橡胶配方设计与性能的关系橡胶配方设计与性能的关系一、橡胶配方设计与硫化橡胶物理性能的关系橡胶配方设计与硫化橡胶物理性能的关系二、橡胶配方设计与胶料工艺性能的关系二、橡胶配方设计与胶料工艺性能的关系三、橡胶配方设计与使用性能的关系三、橡胶配方设计与使用性能的关系46一、橡胶配方设计与硫化橡胶物理性能的关系一、橡胶配方设计与硫化橡胶物理性能的关系n拉伸强度拉伸强度n定伸应力和硬度定伸应力和硬度n撕裂强度撕裂强度n耐磨耗性能耐磨耗性能n弹性弹性n疲劳和疲劳破坏疲劳和疲劳破坏n耐疲劳破坏与防护耐疲劳破

26、坏与防护n拉断伸长率拉断伸长率橡胶分子结构橡胶分子结构硫化体系硫化体系填充体系填充体系其他：增塑体系、硬化剂、其他：增塑体系、硬化剂、防护体系、胶种防护体系、胶种47二、橡胶配方设计与胶料工艺性能的关系二、橡胶配方设计与胶料工艺性能的关系生胶和胶料的黏度挤出膨胀率压延包辊性自粘性焦烧性注压注压喷霜喷霜胶种、橡胶分子结构胶种、橡胶分子结构硫化体系硫化体系填充体系填充体系配合剂配合剂其他：增塑体系、硬化剂、其他：增塑体系、硬化剂、防护体系防护体系48三、橡胶配方设计与使用性能的关系三、橡胶配方设计与使用性能的关系1.耐热性2. 耐寒性3. 耐油性4. 耐化学腐蚀性5. 减震阻尼性6. 电绝缘性7.

27、 耐辐射性胶种、橡胶分子结构胶种、橡胶分子结构硫化体系硫化体系填充体系填充体系配合剂配合剂其他：增塑体系其他：增塑体系(软化剂软化剂)、硬化剂、防护体系硬化剂、防护体系49n三、橡胶配方设计与使用性能的关系三、橡胶配方设计与使用性能的关系 1.耐热性 n选择对热稳定性好的橡胶n选择耐热的硫化体系n选择优良的防护体系 a)橡胶的选择：热稳定性好的聚合物，分子链高度有序；刚性大；分子链作用力大；具有较高的熔点或软化点。b)硫化体系的选择：键能大，耐热性好c)防护体系的选择：选择挥发性小的防老剂；d)填充剂的影响：无机填料耐热性好；e)软化剂的影响： 热稳定好，不易挥发的品种。502. 耐寒性在低温下，保持其弹性和正常工作的能力。a)橡胶分子结构对耐寒性的影响。分子链柔性大、分子间作用力小、分子的对称性、分子量小、结晶性。c)增塑剂的影响：加入增塑剂可降低橡胶的玻璃化温度，提高其耐寒性，d)硫化体系的影响：交联生成的化学键使玻璃化温度升高，对耐寒性不利。e)填充体系的影响513. 耐油性n抗油的能力，通常用标准试验油测定硫