橡膠相關(guān)知識概述

2022/12/24類型、性能與應(yīng)用第5章橡膠2022/12/24橡膠具有彈性，用途十分廣泛，不僅可滿足人們的日常生活、醫(yī)療衛(wèi)生和文體生活等各方面的需要，還能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、電子通訊和航空航天等各個領(lǐng)域的技術(shù)要求，是國民經(jīng)濟與科技領(lǐng)域中不可缺少的高分子材料之一。橡膠制品種類繁多，大致可分為輪胎，膠帶、膠管與膠布，工業(yè)橡膠制品，生活橡膠制品和膠乳制品等，其中輪胎的耗膠量最大，占世界橡膠總量的50%-60%。5.1概述橡膠相關(guān)應(yīng)用2022/12/242022/12/24國際標準化組織（ISO）對橡膠的定義：①在較小的外力作用下就具有較大的伸長能力（50%-1000%）；除去外力后，能在數(shù)秒內(nèi)恢復(fù)到接近它的原始尺寸（不超過原始尺寸的百分之幾）。②保持橡膠一定伸長的應(yīng)力隨溫度的升高而增加。③橡膠要達到使用要求，須經(jīng)過硫化改性工序，硫化是將線型、無定型的大分子交聯(lián)化。2022/12/24橡膠的共性

1具有橡膠狀彈性

2

具有粘彈性

3

有緩沖減震作用

4

對溫度依賴性大

2022/12/24

橡膠按其來源，可分為天然橡膠、合成橡膠兩大類。最初橡膠工業(yè)使用的全是天然橡膠，它是從自然界的植物中采集出來的一種高彈性材料。二戰(zhàn)期間，由于軍需橡膠量的激增以及工農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)的發(fā)展，天然橡膠遠不能滿足需要，這促使人們合成橡膠的研究，發(fā)展了合成橡膠工業(yè)。橡膠的分類2022/12/24天然橡膠，是指從巴西橡膠樹上采集的天然膠乳，經(jīng)過凝固、干燥等加工工序而制成的彈性固狀物。天然橡膠是一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，其橡膠烴（聚異戊二烯）含量在90%以上，還含有少量的蛋白質(zhì)、脂肪酸、糖分及灰分等。

2022/12/24日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松緊帶；醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)所用的外科醫(yī)生手套、輸血管、；交通運輸上使用的各種輪胎；工業(yè)上使用的傳送帶、運輸帶、耐酸和耐堿手套；農(nóng)業(yè)上使用的排灌膠管、氨水袋；氣象測量用的探空氣球；科學試驗用的密封、防震設(shè)備；國防上使用的飛機、坦克、大炮、防毒面具；甚至連火箭、人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船等高精尖科學技術(shù)產(chǎn)品都離不開天然橡膠。天然橡膠的應(yīng)用2022/12/24合成橡膠是各種單體經(jīng)聚合反應(yīng)合成的一類高分子材料。按其性能和用途可分為通用合成橡膠和特種合成橡膠。橡膠的分類2022/12/24通用合成橡膠凡是性能與天然橡膠相近，物理機械性能和加工性能較好，能廣泛用于輪胎和其他一般橡膠制品的，稱為通用合成橡膠。1丁苯橡膠SBR2順丁橡膠BR3異戊橡膠IR4乙丙橡膠EPR5丁基橡膠IIR6氯丁橡膠CR2022/12/18特種合合成橡橡膠膠凡是具有特殊性能，專門用于制制作耐熱、耐寒、、耐化學物質(zhì)質(zhì)腐蝕、耐溶溶劑、耐輻射射等特種橡膠制制品橡膠稱為為特種合成橡膠膠。1丁腈橡膠NBR2硅橡膠3氟橡膠4聚氨酯橡橡膠5丙烯酸酯酯橡膠6氯磺化聚聚乙烯2022/12/18橡膠制品主要要原材料是生膠、再生膠膠、硫化膠膠膠粉以及各種種配合劑。有些制品還還需用纖維或或金屬材料作作為骨架材料料。1.生膠包括天然橡膠膠和合成橡膠膠。天然橡膠來源源于自然界中中含膠植物，，如橡膠樹、橡膠膠草和橡膠菊菊等，其中三葉橡膠樹含含膠多，產(chǎn)量量大，質(zhì)量好好。從橡膠樹采采集的天然膠乳經(jīng)過一定的化化學處理和加加工，可制成成濃縮膠乳和干干膠，前者直接用于于膠乳制品，，后者用作生生產(chǎn)橡膠制品品的生膠。橡膠制品2022/12/18合成橡膠是用用人工合成的的方法制得的的高分子彈性性材料。生產(chǎn)合成橡橡膠的原料主要來自自石油、天然然氣、煤以及農(nóng)林產(chǎn)品品。目前合成成橡膠的品種種已有三、四十種之多。。2.再生膠膠是廢硫化化橡膠膠經(jīng)化學學、熱熱及機機械加加工處處理后后所制制得的的，具有一一定可可塑性性、能能重新新硫化化的橡膠膠材料料。再再生過過程中中的主主要反反應(yīng)稱稱為““脫硫硫”。。再生生膠可可部分分代替替生膠膠使用用，以節(jié)省省生膠膠、降降低成成本。還可可改善膠膠料工工藝性性能，，提高高產(chǎn)品品耐油油、耐耐老化化等性性能。3.硫化膠膠膠粉粉是將廢舊橡橡膠制制品直直接粉粉碎后制成成的，，與再再生膠膠生產(chǎn)產(chǎn)相比比，膠膠粉生生產(chǎn)工工藝簡簡單、、節(jié)能能、且且減少少了環(huán)環(huán)境污污染。。膠粉成成本較較低，，力學學性能能也比比再生生膠好好2022/12/184.橡膠配配合劑劑1硫化系系統(tǒng)2補強劑劑和填填充劑劑3軟化劑劑和增增塑劑劑4防老劑劑硫化劑劑目的在在一定定條件件下能能使橡膠膠發(fā)生生交聯(lián)聯(lián)的物質(zhì)質(zhì)統(tǒng)稱稱為硫硫化劑劑。硫黃——含雙雙鍵的的聚合合物有機過過氧化化物——飽和和聚合合物金屬氧氧化物物—帶帶活性性官能能團硫化促促進劑劑目的：：降低硫硫化溫溫度，，縮短短硫化化時間間，改改善硫硫化膠膠的物物理機機械性性能噻唑類類次磺酰酰胺類類秋蘭姆姆類2022/12/18硫化活活性劑劑（助助促進進劑））目的：：提高促促進劑劑的活活性作作用幾乎所所有的的促進進劑都都必須須在活活性劑劑存在在下，，才能能充分分發(fā)揮揮其促促進效效能。?；钚詣﹦┒酁闉榻饘賹傺趸?，，最常常用的的是氧化鋅鋅由于金金屬氧氧化物物在脂脂肪酸酸存在在下，，對促促進劑劑才有有較大大活性性，通通常是是氧化鋅鋅與硬硬脂酸酸并用用。2022/12/18補強劑劑目的：：提高高硫化化橡膠膠的扯斷強強度、、定伸伸強度度、耐耐磨性性等物理理機械械性能能。炭黑白炭（（SiO2·nH2O）超細活活性碳碳酸鈣鈣活性陶陶土2022/12/18填充充劑劑目的：：增加膠膠料的的容積積，從從而降降低生生產(chǎn)成成本或或改善善加工工性能能。沉淀碳碳酸鈣鈣硫酸鋇鋇滑石粉粉云母粉粉return2022/12/18軟化化增增塑塑劑劑目的：：改善橡橡膠的的加工工和成成型性性能，，增加加橡膠膠的塑塑性。物理增增塑劑劑：使使橡膠膠溶脹脹，增大橡橡膠分分子間間的距距離，，降低低分子子間的的作用用力，，從而而使膠膠料的的塑性性增加加?；瘜W增增塑劑劑：加加速橡橡膠分分子在在塑煉煉時的的斷鏈鏈作用用，并并使已已斷鏈鏈的橡橡膠分分子趨趨于穩(wěn)穩(wěn)定2022/12/18防老劑劑橡膠的的老化化：橡橡膠在在加工工、貯貯存和和使用用過程程中，，由于于受到各各種外外界因因素（如熱熱、氧氧、臭臭氧、、金屬屬離子子、電電離輻輻射、、光、、機械械力等等）的的作用用，而而逐步步失去其其原有有的優(yōu)優(yōu)良性性能，以至至最后后喪失失了使使用價價值。。添加防防老劑劑的目目的：：抑制橡橡膠的的老化化現(xiàn)象象。物理防防老劑劑：石石蠟化學防防老劑劑：熱熱穩(wěn)定定劑、、抗氧氧劑、、紫外外吸收收劑、、光光屏蔽蔽劑2022/12/18橡膠制制品種種類很很多，，其用用途各各不相相同。。生膠和和配合合劑的的品種種和用用量決決定著著橡膠膠制品品的性性能。。一個完完整的的配方方包括括五大大體系系：生膠體體系硫化交交聯(lián)體體系填充補補強體體系軟化增增塑體體系穩(wěn)定防防護體體系根據(jù)制制品使使用性性能的的要求求，選選擇合合適的的生膠膠和配配合劑劑的種種類及及用量量。橡膠的的配方方設(shè)計計四種配配方組分名稱基本配方/質(zhì)量份質(zhì)量分數(shù)配方/%休積分數(shù)配方/%生產(chǎn)配方/kg生膠10060.0073.7020.00硫磺2.61.570.860.52促進劑DM0.700.430.320.14氧化鋅5.003.000.161.00硬酯酸3.001.812.220.60防老劑D2.501.511.400.50炭黑47.0028.2517.609.40松焦油5.703.433.650.14合計166.50100.00100.0033.302022/12/18橡膠的的成型型加工工過程程1塑煉2混煉3壓延4壓出5硫化塑煉就就是在在橡膠膠的加加工過過程中中，首首先通通過機機械、、熱、、氧和和加入入化學學試劑劑等方方式，，使生膠由由強韌韌的彈彈性狀狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉槿彳涇洝⒈惚阌诩蛹庸さ乃苄孕誀顟B(tài)態(tài)。塑煉煉塑煉的的目的的：使生膠膠獲得得一定定的可可塑性性，使之之適合合于混混煉、、壓延延、擠擠出和和成型型等工工藝操操作。。要增加加橡膠膠的可可塑性性，必必須使使橡膠膠分子子易于于發(fā)生生大分分子鏈鏈的位位移運運動，，但橡橡膠的的分子子鏈很很長，，分子子間吸吸引力力大且且線性性分子子之間間存在在大量量纏結(jié)結(jié)點，，大大大阻礙礙了長長鏈分分子的的位移移運動動。所所以減少橡橡膠分分子鏈鏈的長長度（（降低低分子子量））,是降低低分子子間作作用力力、增增大橡橡膠分分子的的塑性性變形形的最最有效效方法法。2022/12/18在熱、、光、、氧、、機械械力和和某些些化學學藥品品的作作用下下，橡橡膠分分子主鏈和和側(cè)鏈鏈都可可以斷斷裂。工藝上上可用用以降低橡橡膠分分子量量獲得得可塑塑性的塑煉煉方法法可分分成兩兩大類類。機械塑塑煉法法：采采用開開煉機機、密密煉機機、螺螺桿塑塑煉機機等的的機械械作用用切斷斷分子子鏈而而獲得得生膠膠可塑塑性。。化學塑塑煉法法：在在化學學藥品品的作作用下下，使使橡膠膠大分分子鏈鏈解聚聚而達達到塑塑化的的目的的。塑煉方方法2022/12/18工業(yè)業(yè)中中廣為為采采用用的的是是機機械械塑塑煉煉法法。按按所所用用設(shè)設(shè)備備可可分分為為：：由于于塑塑煉煉設(shè)設(shè)備備的的不不同同，，所所采采用用的的工工藝藝條條件件也也不不一一樣樣，，因因而而影影響響塑塑煉煉效效果果的的因因素素也也不不相相同同。。塑煉煉方方法法1開煉煉機機塑塑煉煉2密煉煉機機塑塑煉煉3螺桿桿塑塑煉煉機機2022/12/18準備備工工藝藝為了了便便于于加加工工，，生生膠膠塑塑煉煉前前需需進進行行烘膠膠切膠膠破膠2022/12/18開煉機塑塑煉2022/12/18密煉機塑塑煉2022/12/18螺桿機塑塑煉螺桿機塑塑煉的特特點是高高溫下連連續(xù)進行行。在螺螺桿機中中，生膠膠一方面面受到螺螺桿的強強烈機械械攪拌作作用，另另一方面面由于生生膠受螺螺桿與機機身間的的摩擦而而產(chǎn)生大大量熱，，溫度可可高達150-180℃，從從而加速速氧化裂裂解，獲獲得塑煉煉效果。。為了使各各種橡膠膠制品性性能符合合使用要要求，改善加工工工藝性性能、節(jié)節(jié)約生膠膠降低成成本，必必須在生生膠中加加入各種種配合劑劑，在煉膠機機上將各各種配合合劑加至至具有一一定塑性性的生膠膠中制成成混煉膠膠的過程程稱為混煉?；鞜?022/12/18混煉過程程中加料順序序的原則是是：如用用量少、、難分散散的配合合劑，則則先加；；如用量量大、易易分散的的配合劑劑，則后后加；為為了防止止焦燒，，硫磺和和超速促促進劑一一般最后后加入。。通常采用用的加料料順序如如下：塑煉膠、、再生膠膠、母煉煉膠→促促進劑、、活性劑劑、防老老劑→補補強、填填充劑→→液體軟軟化劑→→硫磺、、超速促促進劑。。2022/12/18（1）拉伸強強度試樣在在拉伸伸破壞壞時，，原橫橫截面面上單單位面面積上上所受受的力力，單單位MPa。雖然然橡膠膠很少少在純純拉伸伸條件件下使使用，，但是是橡膠膠的很很多其其它性性能（（如耐耐磨性性、彈彈性、、應(yīng)力力松弛弛、蠕蠕變、、耐疲疲勞動動性等等）與與該性性能密密切相相關(guān)。。（2）扯斷伸伸長率率試樣在在拉伸伸破壞壞時，，伸長長部分分的長長度與與原長長度之之比，，通常常以百百分率率（%）表示示。（3）硬度硬度是是衡量量橡膠膠抵抗抗變形形能力力的指指標之之一。。用硬硬度計計來測測試，，最常常用的的是邵邵氏硬硬度計計，其其值的的范圍圍0-100。其值值越大大，橡橡膠越越硬。。橡膠的的主要要性能能指標標2022/12/18（4）定伸應(yīng)應(yīng)力試樣在在一定定伸長長（通通常300%）時，，原橫橫截面面上單單位面面積所所受的的力，，單位位MPa。（5）撕裂強強度表征橡橡膠耐耐撕裂裂性的的好壞壞，試試樣在在單位位厚度度上所所承受受的負負荷，，單位位kN/m。（6）阿克隆隆磨耗耗在阿克克隆磨磨耗機機上，，使試試樣與與砂輪輪成15°°傾斜角角和受受到2.72kg的壓力力情況況下，，橡膠膠試樣樣與砂砂輪磨磨耗1.61km時，用用被磨磨損的的體積積來表表征橡橡膠的的耐磨磨性，，單位位cm3/1.61km.。另外還還有許許多其其它性性能指指標如如回彈彈性、、生熱熱、壓壓縮永永久變變形、、低溫溫特性性、耐耐老化化特性性等等等。丁苯橡橡膠丁苯橡橡膠（（SBR)，又稱稱聚苯乙乙烯丁丁二烯烯共聚物物。物理機機構(gòu)性性能，，加工工性能能及制制品的的使用用性能能接近于于天然然橡膠膠，有些些性能能如耐耐磨、、耐熱熱、耐耐老化化及硫硫化速速度較較天然然橡膠膠更為為優(yōu)良良，可可與天天然橡橡膠及及多種種合成成橡膠膠并用用。用途：：廣泛泛用于于輪胎胎、膠膠帶、、膠管管、電電線電電纜、、醫(yī)療器具及及各種種橡膠膠制品品的生生產(chǎn)等等領(lǐng)域域，是最大大的通通用合合成橡橡膠品品種，，也是是最早早實現(xiàn)現(xiàn)工業(yè)業(yè)化生生產(chǎn)的的橡膠膠品種種之一一。合成單單體：：1,3-丁二烯烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯苯乙烯烯（C6H5-CH=CH2）2022/12/18順丁橡橡膠全名為為順式式-1,4-聚丁二二烯橡橡膠，，butadienerubber，簡稱稱BR。由丁二烯烯聚合制制成。。與天然橡橡膠和丁苯橡橡膠相比，，硫化后后的順丁丁橡膠膠的耐耐寒性性、耐耐磨性性和彈彈性特特別優(yōu)優(yōu)異順丁橡橡膠特特別適適于制制汽車輪輪胎和耐寒寒制品品，還可可以制制造緩緩沖材材料以以及各各種膠鞋、膠布布、膠膠帶和和海綿綿膠等等。用于制制造膠膠管、、膠帶帶、輪輪胎、、密封封圈、、鞋底底及電電纜等等橡膠膠制品品,還可用用作樹樹脂改改性劑劑等。。2022/12/18異戊橡橡膠IR化學式式：CH3-CH2-C=CH-CH2中文名名：聚聚異戊戊二烯烯橡膠膠具有很很好的的彈性性、耐耐寒性性（玻?；瘻販囟?68℃）及很很高的的拉伸伸強度度。用于輪輪胎生生產(chǎn)的的高性性能橡橡膠，，以其其穩(wěn)定定的化化學性性質(zhì)被被廣泛泛運用用于輪胎制造行行業(yè)之之中。。2022/12/18乙丙橡橡膠乙丙橡橡膠，，有機機化合合物制制品，，是橡膠制制品工業(yè)中中一項項極為為重要要的原原材料料，有有多種種良好好的理理化特特性。。乙丙丙橡膠膠又可可分為為二元元乙丙丙、三三元乙乙丙、、改性性乙丙丙和熱熱塑性性乙丙丙。而而三元乙乙丙橡橡膠(EPDM)已在汽車密密封條條行業(yè)中中得到到廣泛泛的應(yīng)應(yīng)用2022/12/18主要性性能低密度度高填填充性性乙丙橡橡膠是是密度度較低低的一一種橡橡膠，，其密密度為為0.87。加之之可大大量充充油和和加入入填充充劑，，因而而可降降低橡膠制制品的成本本，彌彌補了了乙丙丙橡膠膠生膠膠價格格高的的缺點點，并并且對對高門門尼值值的乙乙丙橡橡膠來來說，，高填填充后后物理理機械械性能能降低低幅度度不大大。耐老化化性乙丙橡橡膠有有優(yōu)異異的耐耐天候候、耐耐臭氧氧、耐耐熱、、耐酸酸堿、、耐水水蒸汽汽、顏顏色穩(wěn)穩(wěn)定性性、電電性能能、充充油性性及常常溫流流動性性。乙乙丙橡橡膠制制品在在120℃下可長長期使使用，，在150-200℃下可短短暫或或間歇歇使用用。加加入適適宜防老劑劑可提高高其使使用溫溫度。。以過過氧化化物交交聯(lián)的的三元元乙丙丙橡膠膠可在在更苛苛刻的的條件件下使使用。。三元元乙丙丙橡膠膠在臭臭氧濃濃度50pphm、拉伸伸30%的條件件下，，可達達150h以上不不龜裂裂。耐腐蝕蝕性由于乙乙丙橡橡膠缺缺乏極極性，，不飽飽和度度低，，因而而對各各種極極性化化學品品如醇醇、酸酸、堿堿、氧化劑劑、制冷冷劑、、洗滌滌劑、、動植植物油油、酮酮和脂脂等均均有較較好的的抗耐耐性；；但在在脂屬屬和芳芳屬溶劑（如汽汽油、、苯等等）及及礦物物油中中穩(wěn)定定性較較差。。在濃濃酸長長期作作用下下性能能也要要下降降。在在ISO/TR7620中匯集集了近近400種具有有腐蝕蝕性的的氣態(tài)態(tài)和液液態(tài)化化學品品對各各種橡橡膠性性能作作用的的資料料，并并規(guī)定定了1-4級表示示其作作用的的程度度，見見表1。表1腐蝕性性化學學品對對橡膠膠性能能的影影響耐水蒸蒸汽性性能乙丙橡橡膠有有優(yōu)異異的耐耐水蒸蒸汽性性能并并優(yōu)于于其耐耐熱性性。在在230℃過熱蒸蒸汽中中，近近100h后外觀觀無變變化。。而氟橡膠膠、硅橡橡膠、、氟硅橡橡膠、丁基橡橡膠、丁腈橡橡膠、天然然橡膠膠在同同樣條條件下下，經(jīng)經(jīng)歷較較短時時間外外觀發(fā)發(fā)生明明顯劣劣化現(xiàn)現(xiàn)象。。耐過熱熱水性性能乙丙橡橡膠耐耐過熱熱水性性能亦亦較好好，但但與所所用硫硫化系系統(tǒng)密密切相相關(guān)。。以二二硫代代二嗎嗎啡啉啉、TMTD為硫化化系統(tǒng)統(tǒng)的乙乙丙橡橡膠，，在125℃過熱水水中浸浸泡15個月后后，力力學性性能變變化甚甚小，，體積積膨脹脹率僅僅0.3%。電性能乙丙橡膠膠具有優(yōu)優(yōu)異的電電絕緣性性能和耐耐電暈性性，電性性能優(yōu)于于或接近近丁苯橡膠膠、氯磺化聚聚乙烯、聚乙烯烯和交聯(lián)聯(lián)聚乙烯烯。彈性由于乙丙丙橡膠分分子結(jié)構(gòu)構(gòu)中無極極性取代代基，分分子內(nèi)聚聚能低，，分子鏈鏈可在較較寬范圍圍內(nèi)保持持柔順性性，僅次次于天然然橡膠和和順丁橡膠膠，并在低低溫下仍仍能保持持。粘接性乙丙橡膠膠由于分分子結(jié)構(gòu)構(gòu)中缺少少活性基基團，內(nèi)內(nèi)聚能低低，加上上膠料易易于噴霜霜，自粘粘性和互互粘性很很差。2022/12/18丁基橡膠是合成橡膠的一種，由異異丁烯和少量量異戊二烯合成。制成品不易漏氣，一一般用來制造造汽車、飛機輪子的的內(nèi)胎。丁基橡膠是是異丁烯和異異戊二烯的共共聚物丁基橡膠具有良好的化化丁基橡膠學穩(wěn)定性和熱熱穩(wěn)定性，最最突出的是氣氣密性和水密密性。