橡膠的基本知識

1、徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)設(shè)計教師姓名姚亮授課班級課次1授課主要形式理論課授課時數(shù)2授課內(nèi)容情境一橡膠概述單元一 橡膠的基本知識教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.了解橡膠的概念與作用2.了解橡膠加工的基本工藝過程3.理解橡膠與塑料的異同能力目標(biāo)能夠初步確定典型橡膠制品的工藝流程素質(zhì)目標(biāo)認(rèn)真、細(xì)致教學(xué)重點(diǎn)橡膠的性能特點(diǎn)及加工工藝教學(xué)難點(diǎn)橡膠的加工工藝課后作業(yè)補(bǔ)充1題參考文獻(xiàn)王文英 橡膠加工工藝楊清芝 現(xiàn)代橡膠工藝學(xué)主要教學(xué)方法案例教學(xué)備注 教學(xué)內(nèi)容與設(shè)計時間分配或備注說明1-1-1 橡膠的概念、歷史1-1-2 橡膠的特性及應(yīng)用1-1-3 橡膠加工的基本流程1-1-1 橡膠的概念、歷史一、橡膠橡膠=橡膠制品 橡膠

2、=生膠【作用】：橡膠是一種高彈性高聚物材料，是制造橡膠制品的基礎(chǔ)材料，一般情況下不含配合劑?！拘螤睢浚合鹉z一般情況下多呈塊狀、片狀，也有顆粒狀和粘稠液體狀及粉末狀?！靖拍睢浚篈STM D1566中定義：橡膠是一種材料，它在大的形變下能迅速而有力恢復(fù)其形變，能夠改性。習(xí)慣上將高分子彈性體統(tǒng)稱為橡膠，所有橡膠及彈性體，在橡膠工業(yè)上稱為生膠。而由廢舊橡膠“脫硫”制造的再生橡膠，稱作再生膠。二、橡膠的歷史1、發(fā)展歷程發(fā)現(xiàn)簡單應(yīng)用初期工業(yè)化應(yīng)用加工出現(xiàn)問題開煉機(jī)出現(xiàn)性能問題出現(xiàn)橡膠配方完善一戰(zhàn)二戰(zhàn)促進(jìn)橡膠工業(yè)發(fā)展高分子學(xué)說及石油工業(yè)發(fā)展推動橡膠工業(yè)超更高的方向發(fā)展。2、發(fā)展簡史【NR的發(fā)現(xiàn)】：.11世紀(jì)

3、，南美人就發(fā)現(xiàn)了并利用了NR，作防水的鞋套、盛水器、橡皮船；.14931496年，哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸時，從海地帶回橡膠球，歐洲人才開始認(rèn)識NR；.1735年，法.科學(xué)家康達(dá)明（Condamine）赴南美考查，記述了當(dāng)?shù)厝烁钅z乳，制膠鞋、容器等生動情景，并將樣品寄回巴黎；【NR的應(yīng)用與發(fā)展】：隨著加工技術(shù)、配方不斷發(fā)展，橡膠工業(yè)的研究和應(yīng)用開始于19世紀(jì)。.1823年，英國建立第一個橡膠工廠，生產(chǎn)雨衣；.1826年，漢考克（Hancock）發(fā)現(xiàn)塑煉工藝，奠定了現(xiàn)代橡膠加工方法的基礎(chǔ)；.1830年，英國人開始在遠(yuǎn)東地區(qū)（印尼、新、馬等地）種植橡膠樹；. 1839年，美.固特異（Goodyear）發(fā)

4、現(xiàn)硫磺硫化，開辟了橡膠制品廣泛應(yīng)用的前景，是橡膠發(fā)展史上重要的里程碑；附：人物介紹（Goodyear）.1888年，英.鄧祿普（J.Dunlop）發(fā)明充氣輪胎，促進(jìn)硫化速率問題必須解決；.1904年，發(fā)現(xiàn)某些金屬氧化物有促進(jìn)硫化的作用（效果不理想）；1906年，發(fā)現(xiàn)苯胺有促進(jìn)硫化作用，較上要好；1919年，開始大量應(yīng)用噻唑類促進(jìn)劑；.20世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)氧化鋅、陶土有補(bǔ)強(qiáng)作用，并將炭黑用作著色劑；.1920年，碳黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑被大量應(yīng)用，促進(jìn)了橡膠工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展；【SR的出現(xiàn)】：隨橡膠工業(yè)發(fā)展，NR已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要；在高分子鏈狀結(jié)構(gòu)學(xué)說和橡膠彈性分子動力學(xué)理論指導(dǎo)下，促進(jìn)了SR研究與發(fā)展（一戰(zhàn)二戰(zhàn)

5、促進(jìn)SR發(fā)展）。.19141918年，一戰(zhàn)間，德生產(chǎn)了甲基橡膠，開創(chuàng)了合成橡膠生產(chǎn)的新紀(jì)元；.1932年，蘇聯(lián)大規(guī)模生產(chǎn)了丁鈉橡膠；.20世紀(jì)30年代，德.發(fā)明乳液聚合，合成了SBR、NBR；美.研制了T、CR、IIR；.二戰(zhàn)期間，美.英.加.大力發(fā)展了SBR的生產(chǎn)（其NR來源被切斷）；.50年代中期，齊格勒（Ziegler）和納塔（Natta）創(chuàng)立了定向聚合，生產(chǎn)了一代嶄新的SR，如BR、IR；.60年代，SR產(chǎn)量超過NR，1976年世界合成橡膠總產(chǎn)量突破1000萬噸；【橡膠分子設(shè)計】：.70年代以來開始進(jìn)入了橡膠分子設(shè)計時期，如1,2-聚丁二烯橡膠（或稱中乙烯基聚丁二烯橡膠）保留了BR的耐

6、磨性，又克服了BR抗?jié)窕圆畹谋撞。?近年，又開發(fā)了新品種的橡膠，如液體橡膠、粉末橡膠、熱塑性彈性體等；（補(bǔ)充各種通用橡膠的改性）3、我國橡膠行業(yè)發(fā)展從小橡膠工廠的建立到大規(guī)模種植天然橡膠，并打破北緯15度的禁區(qū)論，到橡膠工業(yè)體系的不斷完善，科研機(jī)構(gòu)和人才的不斷建立、培養(yǎng)，橡膠工業(yè)已很壯大，但是與國外相比，差距還是很遠(yuǎn)，需要不斷改革和發(fā)展。附：（1）人物介紹（刀安仁）；（2）南郊北移1-1-2 橡膠的特性及應(yīng)用一、橡膠的特性1、分子量大10萬100萬以上，室溫下有極大的彈性；在50100之間開始軟化，此時進(jìn)行機(jī)械加工能產(chǎn)生很大的塑性形變，易于將配合劑均勻地混入塑煉膠中并制成各種膠料和半成品。配

7、合好的混煉膠在140180下，經(jīng)過240min的硫化，喪失塑性，成為既有韌性又很柔軟的有使用價值的彈性體。2、模量小、彈性高彈性模量24MPa，鋼鐵的1/30000，伸長率是鋼鐵的300倍；同塑料相比，伸長率接近，彈性模量只有其1/30。橡膠的拉伸強(qiáng)度約為540MPa，破壞時伸長率可達(dá)100%800%，在350%的范圍內(nèi)伸縮，回彈率能達(dá)到85%以上，即永久形變在15%以內(nèi)。橡膠還耐各種屈撓彎曲變形，往復(fù)20萬次仍無裂口現(xiàn)象。3、良好的耐氣透性及耐化學(xué)介質(zhì)和電絕緣性某些合成橡膠具備良好的耐油性及耐高溫，能抵抗脂肪油、潤滑油、液壓油、燃料油以及溶劑的溶脹；4、使用溫度范圍廣能在-50+130的廣泛

8、溫度范圍內(nèi)保持正常彈性。耐寒性可低達(dá)-50 -80，耐熱性可高達(dá)180350。5、可并用改性二、橡膠（生膠）與塑料（樹脂）的異同1、相同點(diǎn)（1）二者均為有機(jī)高分子材料，主要有碳、氫元素組成，如塑料中的PE、PP、PS 等，橡膠中NR、BR、SBR、等；（2）二者中有些包含一些其他元素，如O、N、Cl等，如塑料中的PVC、PMMA、PPO、ABS等，橡膠中的NBR、CR等。（3）二者可以互相并用，即橡塑并用，如NBR/PVC以及PVC/NBR；（4）二者有些可以通過改性，互換角色，如CPE、CSM，由PE改性得到橡膠，高度交聯(lián)的硬質(zhì)橡膠具有塑料的特性；（5）二者很少以純凈的形式來應(yīng)用，其制品中都

9、包含有一些其他的配合劑，尤其是橡膠制品。2、不同點(diǎn)本質(zhì)上是由于分子間作用力的不同，使兩種高分子材料在常溫下表現(xiàn)出不同的力學(xué)狀態(tài)。（1）從表觀上看，塑料在使用溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)具有一定硬度和剛性的“固態(tài)”，而橡膠則表現(xiàn)出明顯的柔軟性和回彈性。圖 塑料鍵盤圖 橡膠鍵盤圖 塑鋼門窗及橡膠密封條（2）從熱力學(xué)角度上看，塑料在使用溫度范圍內(nèi)處于材料玻璃化溫度以下（玻璃態(tài)），而橡膠則工作于其玻璃化溫度以上的高彈態(tài)。（3）從拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上看，塑料在拉伸初期表現(xiàn)出較高的楊氏模量，應(yīng)力-應(yīng)變曲線有一個陡升的階段，而后產(chǎn)生屈服、延展和斷裂（脆性塑料不發(fā)生屈服變形，直接斷裂）；橡膠則通常在微小變形階段有一個明顯的

10、應(yīng)力上升，而后則進(jìn)入平緩上升階段，直至即將斷裂時應(yīng)力應(yīng)變曲線才表現(xiàn)出一個陡升區(qū)（通常導(dǎo)致最終應(yīng)力陡升的原因是應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶）。橡膠的斷裂伸長率通常遠(yuǎn)大于塑料材料。圖 幾種高分子材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線（4）大多數(shù)橡膠是熱固性的，而大多數(shù)塑料是熱塑性的。三、橡膠的應(yīng)用1、橡膠工業(yè)是國名經(jīng)濟(jì)的重要組成部分在中國橡膠工業(yè)協(xié)會3月26日青島召開的2013中國橡膠年會上，中國橡膠工業(yè)協(xié)會會長鄧雅俐表示，2013年，我國橡膠行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行仍將受到下行壓力，但總體將保持平穩(wěn)運(yùn)行，產(chǎn)銷有望保持穩(wěn)定增長，橡膠工業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到9600億元以上，比上年增長15%左右。2、產(chǎn)品應(yīng)用方面橡膠在交通運(yùn)輸、建筑、電子、航天、石油化工

11、、軍事、水利、機(jī)械、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥及信息產(chǎn)業(yè)等都得到了廣泛的應(yīng)用。如：一輛汽車需要240kg橡膠制品，一艘萬噸輪船需要6070噸橡膠，一架飛機(jī)需要600kg橡膠，一門高射炮需要86kg橡膠。3、附：圖片1-1-3 橡膠加工的基本流程橡膠制品的基本工藝過程包括：塑煉、混煉、壓出、壓延、成型硫化等；注：有些橡膠制品不需要壓延、壓出和單獨(dú)的成型過程。一、塑煉降低生膠的分子量，增加塑性，提高可加工性。附：視頻二、混煉使配方中各個組分混合均勻，且達(dá)到一定的分散程度，制成混煉膠。附：視頻三、壓延混煉膠或與紡織物、鋼絲等骨架材料通過壓片、壓型、貼合、擦膠、貼膠等操作制成一定規(guī)格的半成品的過程。附：視頻四、壓出混煉膠通過口型壓出各種斷面的半成品的過程，如內(nèi)胎、胎面、胎側(cè)、膠管等。附：視頻五、（成型）硫化注：（1）大多數(shù)橡膠沒有單獨(dú)的成型過程