滨州市绿洲密封制品有限公司
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橡胶密封制品技术

发布时间:2015-05-18     浏览次数:

众所周知,滨州绿洲密封制品有限公司告诉我们:橡胶密封制品是以橡胶为基本材质,通过加入各种助剂而制造不同种类,不同品种的密封制品。广泛应用于防止流体介质从机械、仪表、在静态和动态而 产生的泄漏,并能防止杂物及气体进入密封机构内部的部件。橡胶密封制品使用的橡胶原材料与其原橡胶制品如:轮胎、管带、胶鞋在性能要求上略有不同。笔者积 从事橡胶行业近五十年经验分析,按材料学观点,橡胶密封制品用的原材料的特殊性在于它除了要满足制品结构的特性如使用它的弹性,强度等力学性能外,还要满 足制品功能性的特性,如使用它的声、光、电磁、热等性能。同时橡胶密封制品所涉及的橡胶品种及其原材料是橡胶行业中使用最多的专业,所涉及的材料学科、精 密程度和方法、标准也是最广的。所以说,橡胶密封制品不是一般易损零件,而是基础元件。小小两个氟胶密封圈的失灵,导致美国“挑战者”号航天飞机机毁人 亡。生产橡胶密封制品随着科技发展、环保要求以及卫生要求,国际上有关机构已经制定了很多规范认证如NSF、ROHS、PAHS、UL、FDA、 WRAS、TZW等,对于微量重金属含量,要求非常严格,甚至不大于0.1PPM,要满足这些质量认证,就必须在生产加工中严格执行相关规范和标准。而原 材料则是第一关,没有达到专业标准的原材料,是做不出好产品的,橡胶密封制品更是如此,为了使麦丰员工更好地了解制造橡胶密封制品所用的原材料,从本期开 始继续介绍橡胶密封制品用原材料的主要品种、性能、标准和配合。

一、 天然橡胶

某些天然生长的植物具有乳管系统,乳管中含有液状的橡胶乳汁,这种乳汁常称为胶乳,经人工采集和适当加工后即成为橡胶。来源于一些天然含胶植物的橡胶 称为天然橡胶。含有胶乳的植物品种较多,但现代橡胶工业使用的天然橡胶,基巨本上都是由栽培的三叶橡胶树(因原产巴西,故也常称为巴西橡胶树)属大戟科采 集而得。天然橡胶是最早使用的橡胶品种,现今已经有许多合成橡胶品种,产量早已超过了天然橡胶,且各具特色,就某此性质而言,它们大大优越于天然橡胶,但 是从通用橡胶所要求的全面性能来看,天然橡胶仍为最好的通用橡胶,至今仍有广泛的用途,占有重要的地位。世界种植橡胶国家为43个,其中,印尼、泰国、马 来西亚、印度种植面积占77%,我国除云南、福建、广西、和广东高州地区种植外,主要集中在海南岛80多个农场。据2005年统计,我国橡胶种植面积为 63万公顷,泰国约200万公顷,马来西亚约100万公顷。

天然橡胶最突出的特性是具有很好的弹性和强度,且耐寒性亦较优,其主要缺点是不耐油,耐热性也较低。在密封制品工业中天然橡胶一般是用于制造各种垫片、垫圈及减震零件等。

(一)天然橡胶的来源及性质

天然橡胶来源于含胶植物,主要为人工栽培的三叶橡胶树。割胶时用刀子在离地面三、四尺高的树干上按一定倾斜角度割破树皮,断其乳管,胶乳即从割口排 出。胶乳通常呈白色似牛奶状,但也有带淡黄、灰色或玫瑰红色的。胶乳乃是橡胶的保护性水分散体,即以乳清为分散介质,乳胶粒子为分散质的分散体。分散质及 分散介质均非单一物质,如乳清即由水、蛋白质、脂肪酸盐、醣类及无机盐等到所组成。乳胶粒子大部分都呈球形,有些则呈长瓜形或梨形。应用电子显微镜观察的 结果证明非球形粒子是由大小不等的球形粒子了聚集而成。乳胶粒子的结构大致可以分为三层,外层是保护层,系由蛋白质、卵磷酯、脂肪酸及其它表面活性物质所 组成,它们使胶乳分散体系稳定,中层是不溶于乙醚的凝胶体,是一层比较硬的弹性橡胶,内层则是能溶于乙醚的凝胶体。由中层至内层是逐渐变化的,其组成相 同,均为异戊二烯的聚合物,只是溶胶体的分子量较低。胶乳的浓度因树龄、割胶部位、割胶季节等不同而异,一般固体的总量为25~35%左右,橡胶含量为固 体总含量的80%以上。胶乳的产量因树种、地域、气候、割胶方法差异 大,平均每棵树年产干胶为2~6KG,笔者在海南岛管理设计组建,东江农场等多间加工厂。橡胶树品种一般为600号、107号、73-397等高产树种。

工业中所用的固体生胶其主要品种为烟片胶和皱片胶。烟片胶或称烟胶片,又简称烟片,是以鲜胶乳作原料,经过滤除去杂质后,放入凝聚槽中,加水稀释至浓 度为10~15%,再加入醋酸或甲酸等进行凝聚,凝块经洗涤,挤压去水,压片、熏烟干燥等过程而制得。压片时可将其置于带有槽形花纹的辊筒上,压成一定厚 度(如3.0~3.5毫米)并带有特种花纹的胶片。槽形花纹可以增大胶片的表面,促使橡胶更快干燥,同时还可以防止胶片在以后的加工过程中发生粘连。在熏 烟的过程中,胶片在干燥的同时吸收熏烟中的酚类及其它组分。胶片所吸收的熏烟组分起着防止橡胶氧化和抵抗发酵的防老剂和防腐剂的作用。烟片胶观呈棕黄色并 具有熏烟的气味。制成的烟胶片经包装成胶包即为成品。

皱片胶是胶乳经过过滤和加入亚硫酸钠作漂白剂与防腐剂后,用酸凝聚再经洗涤、轧片和空气干燥等工序而制得,一般在35℃的热空气中需干燥5~6天。根 据原料、外观颜色和杂质含量等分为白皱和褐皱片。白皱片采用鲜胶乳作原料,这种胶片杂质较多,质量较低。国产烟片胶和皱片胶,根据橡胶的外观标准、化学成 分及物理机械性能,将烟片分为六个等级,即一级、二级、三级、四级、五级和等外级;皱片胶共分七级,即白皱片分为特一级、一级、二级、三级、褐皱片分为一 级、二级、三级。国际橡胶 分级法主要是根据外观进行分级,将天然橡胶划分为八个品种35个等级,是一种老分级法,难以表明橡胶的实际质量。因此,我国对进口的天然橡胶还进行化学成 分和物理性能的补充检验,指标与国产天然橡胶相同。马来西亚提出了“马来西亚标准橡胶”分级法,简称为SMR分级法,即以有关的工艺性能为标准进行分级, 即以有关的工艺性能为标准进行分级,以杂质含量为主要指标,抗氧指数为次要指标,同时考虑到蛋白质含量、灰分和颜色等作为保证指标。该方案受到了各产胶国 的广泛支持及消费者的欢迎,这种分级法具有级数少而同一等级橡胶质量又较一致等显著的优点。

为了使天然橡胶具备某些专门的性能以及进一步改善加工性能,出现了一些专用天然品种,现简介如下。

恒粘(CV)和低粘(LV)橡胶:

在胶乳凝聚前加入少量的抑制剂,如加入0.15~4%的盐酸羟胺,羟胺与天然橡胶分子中的醛基起反应生成肟,从而避免了醛基的缩合作用,防止了因橡胶 分子间的交联等原因而使天然橡胶在运输的存放期间门尼粘度增高的现象。此种保持门尼粘度稳定的橡胶称为恒粘度天然橡胶。如在胶乳中加入盐酸羟胺后,再加入 占干胶重4%的惰性塑化油(环烷油)使门尼粘度进一步下降,保持在50±5范围即为低粘度天然橡胶。

如往胶乳或自然凝聚胶中加入少量的塑解剂,例如,五氯硫酚锌盐,即可制得增塑天然橡胶。恒粘度、低粘度和增塑天然橡胶的优点在于一般不需要进行塑炼。 低粘度橡胶由于充有少量的油、在低温贮存时也不容易冻结硬化,可以减少烘胶时间。恒粘度橡胶与有效硫化体系相结合制做胶料时,则生热性低,耐屈挠性和耐磨 性都好,是制造高速轮胎的重要原料。

充油天然橡胶(DENR):

在天然橡胶中加入石油系操作油即制成充油天然橡胶。如将乳化好的操作油加入胶乳中,充分搅拌,加酸凝聚后制成颗粒,然后在100℃温度下干燥即可制得 充油天然橡胶。也可将胶块、胶团压制成颗粒并烘干,取定量的操作油加热致90℃,注入颗粒胶中,然后再置于炼胶机中混合均匀,然后包装即得。天然橡胶和油 的比例范围由75:25~60:40。

据称,该胶不仅工艺性能好,且制成的轮胎在-40℃冰雪上行驶有高的防滑性,并具有良好的耐损伤和扯裂性能。

接枝橡胶(MG):

天然橡胶可以与含烯键的化合物进行反应生成接枝共聚物。如接枝橡胶MG49和MG30即为天然橡胶与甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物,接枝率分别为49% 和30%,此类接枝橡胶的胶料具有良好的粘着性和流动性,除用于工业橡胶制品外并可用于胶粘剂。其硫化胶具有硬度高及在低频振动下的动态性能优良等特性。

经研究确定天然橡胶的化学结构为异戊二烯的聚合物,按照亚甲基对于双键的位置来说,三叶橡胶具有顺式结构,其结构中顺式结构约为98%以上。

以三叶橡胶为代表的顺式结构,在室温下具有弹性及柔软性是名符其实的弹性橡胶。橡胶植物的种类不同,所含橡胶烃聚合物的结构也可能不同,因而其性质亦 异,如古塔波橡胶、巴拉塔橡胶及杜仲橡胶亦为聚异戊二烯,但均为反式结构,在室温下呈硬凝固状态,实际上是一种具有塑料性质的物质。

通常所谓的天然橡胶即指以三叶橡胶为代表的天然橡胶。天然橡胶的分子量布约在10~180万之间,平均分子量约为70万左右。

天然橡胶的比重为0.91~0.93左右,能溶于苯、汽油中,天然橡胶受热时逐渐变软,在130~140℃下软化致熔融状态,200℃左右开始分 解,270℃下则剧烈分解。天然橡胶具有较好的耐低温性能,其玻璃化温度为-70℃~-72℃在此温度下则呈显脆性。将天然橡胶缓慢冷却或长时间保存或者 将天然橡胶进行拉伸,均可能使橡胶形成部分结晶。晶相形成的速度与结晶中心的生成束祺以及它们的生长速度有关。由于在较高温度时结晶中心太少,而在较低温 度时晶体的生长速度有缓慢,故只有在一定温度范围内晶相形成速度才最快。天然橡胶的结晶速度在-35℃以下时接近于零,-25℃左右结晶速度最大,至室温 附近则迅速降低。晶体的形成,使得在结晶区域内分子链段按一定方式整齐排列,因此分子链段从一个构象到另一个构象的转变难以实现,故结晶时总是发生硬化, 即弹性模数增大和形变能力减小。而这种结晶具有可逆性,在升高温度的条件下,晶相熔化使之双重新恢复原来的弹性状态。未拉伸的天然橡胶,其结晶 过程是进行得相当缓慢的,如果将天然橡胶拉伸,则可以加速其结晶过程,并提高结晶温度和晶相的熔融温度。晶相的熔融是在高于结晶温度的范围内进行的。结晶 温度之所以随着拉伸度的增大而升高,或者说随着应力的增大而升高,则是因为结晶温度要符合下式的热力学条件:Ham-Hkp=T(Sam-Skp)式中 Hkp和Hkp,Sam和Skp分别表示无定形橡胶和结晶橡胶的热焓和熵,T 表示结晶温度。按照橡胶弹性的本质而言,橡胶伸长时Sam是会减小的,因而结晶温度就要增高。

橡胶经过硫化之后,结晶过程会受到阻碍。含有较多结合硫磺的未经变开的硫化橡胶,通常是不会生成结晶的。硫化也会使橡胶的玻璃化过程发生变化,极小量的结合硫磺实际上不会改变玻璃化温度,但含硫3%以上时,玻璃化温度就会升高。

由于天然橡胶在应力作用下发生变形时能形成部分结晶,使之具有很大的自补强性,未加入炭黑增强的硫化胶就具有相当高的机械强度,其抗张强度为 16.7~29.4Mpa,天然橡胶的弹性模量为2.94~5.88 Mpa左右,约为钢铁的1/30,000,而伸长率则为其300倍左右。弹回率在0~100℃范围内,可达70~80%以上。弹性伸长率最大可达 1000%,在350%范围内伸缩时,其弹回率达85%以上,即永久(伸长)变形在15%以下。

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