5章橡胶Word文档格式.docx

1、母体材料或基体材料生胶体系来源于含胶植物，橡胶树、橡胶草、橡胶菊合成原料主要是石油、天然气、煤、农林产品再生胶：废硫化橡胶经化学、热、及机械加工处理后得到的，具有一定可塑性、可重新硫化硫化胶胶粉：废旧橡胶制品直接粉碎后制成热塑性树脂（2）硫化体系能与橡胶大分子起化学作用的、使橡胶线性大分子交联形成空间网络结构、提高性能、稳定形状的物质包括硫化剂、硫化促进剂、硫化活性剂A.硫化剂：在一定条件下能使橡胶发生交联的物质常用的硫化剂：硫黄、含硫化合物、过氧化物、醌类化合物、胺类化合物、树脂、金属化合物等B.硫化促进剂：能加快硫化速度、缩短硫化时间的物质作用：减少硫化剂的用量或降低硫化温度，提高硫化胶的

2、物理力学性能分类：按化学结构分为八类，即噻唑类、秋兰姆类、次磺酰胺类、胍类、二硫代氨基甲酸盐类、醛胺类、黄原酸盐类、硫脲类天然橡胶生胶替代品合成橡胶SiRPUCO 、ECOT杂链橡胶不饱和极性橡胶饱和极性橡胶碳链橡胶饱和非极性橡胶不饱和非极性橡胶按照橡胶的化学结构分类：按照橡胶的交联方式分类：热塑性弹性体化学交联的传统橡胶C.硫化活性剂提高促进剂的活性活化剂多为金属氧化物，常用的是氧化锌（3）填充增强体系提高橡胶力学性能，改善加工工艺性能，降低成本。增强剂：又称活性填充剂，是能够提高橡胶物理力学性能的物质常用的增强剂：炭黑、白炭黑、其他矿物填料填充剂：又称增容剂，在胶料中主要起增加容积作用的物

3、质常用的填充剂：碳酸钙、陶土、高岭土、碳酸镁等（4）软化增塑体系降低橡胶分子链间的作用力，使粉末状配合剂与生胶很好的浸润，改善混炼工艺，使配合剂分散均匀，混炼时间缩短，耗能低，减小混炼过程中的生热现象，增加胶料的可塑性、流动性、黏着性，便于压延、压出和成型等工艺操作，改善硫化胶的力学性能。常用的增塑剂：按来源有石油系增塑剂、煤焦油系增塑剂、松油系增塑剂、脂肪系增塑剂、合成增塑剂（5）防护体系能延缓橡胶老化，延长制品使用寿命。橡胶老化：橡胶在长期贮存或使用过程中受氧、臭氧、光、热、高能辐射和应力作用，逐渐发黏、变硬、弹性降低的现象防老剂：能阻止和延缓橡胶老化的化学物质常用的防老剂：胺类、酚类、石

4、蜡同一橡胶配方的四种表示形式基本配方：又称质量份配方，以生胶的用量为100份，其他各种配合剂的用量都用相对质量份表示。质量分数配方：以胶料总质量为100%，各组分用量均以质量分数表示。体积百分数配方：以胶料的总体积为100%，各组分用量以体积分数表示。生产配方：又称实用配方，生产中实际使用的配方，各组分用量和配方总量均以千克表示。5.1.5 橡胶的加工工艺原理：塑炼强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间的间隙，使之在强剪切力作用下长分子链被切断，相对分子量减小，从而流动性增加（即塑性增加）的过程。塑炼一般在螺杆式塑炼机或两辊式塑炼机上进行。（2）混炼将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的

5、过程最基本、最重要的工序之一混炼的加料原则：用量少、难分散的配合剂先加；用量大、易分散的配合剂后加；为了防止焦烧，硫黄和超速促进剂最后加入混炼的加料顺序：P183，图5-1；混炼时要注意严格控制温度和时间。常用的混炼机有密炼机和开炼机，通常联合使用。（3）压延和压出压延：利用压延机辊筒之间的挤压力作用，使物料发生塑性流动变形，制成具有一定断面尺寸规格和规定断面几何形状的片状材料或薄膜材料；或者将聚合物材料覆盖并附着于织物表面，制成具有一定断面厚度和断面几何形状要求的复合材料压延工艺的主要设备是压延机（P184，图5-2）压出：胶料在压出机机筒和螺杆间的挤压作用下，连续的通过一定形状的口型，制成

6、各种复杂断面形状的半成品的工艺过程。（4）成型成型工艺是把构成制品的各部件，通过粘贴、牙合等方法组合成具有一定形状的整体的过程。（5）硫化胶料在一定的压力和温度下，橡胶大分子由线形结构变为网状结构的交联过程。硫化可分为冷硫化、室温硫化、热硫化硫化设备有平板硫化机、硫化罐、鼓式硫化机、自动定型硫化机等5.1.6 橡胶的性能指标（1）拉伸强度试样在拉伸破坏时，原横截面上单位面积上所受的力，单位 MPa（2）扯断伸长率（%）试样在拉伸破坏时，伸长部分的长度与原长度之比（3）硬度硬度是橡胶抵抗变形的能力的指标邵氏硬度计测试，范围0100；越大橡胶越硬（4）定伸应力试样在一定伸长时，原横截面上单位面积所

7、受的力，单位MPa（5）撕裂强度表征橡胶撕裂性的好坏试样在单位厚度上所承受的负荷，单位kN/m（6）阿克隆磨耗表征橡胶的耐磨性其他性能指标有回弹性、生热、压缩永久变形、低温特性、耐老化特性等天然橡胶是指从植物中获得的橡胶巴西橡胶树、银菊、橡胶草、杜仲草等天然橡胶的制备原材料是新鲜胶乳，经过一定的加工处理制成浓缩胶乳和干胶浓缩胶乳用于乳胶制品干胶按照制造方式的不同，分为不同的品种制造步骤：稀释、除杂质、凝固、脱水分、干燥、分级和包装5.2.1 天然橡胶的分类固体天然橡胶分为：通用天然橡胶、特制天然橡胶、改性天然橡胶通用固体天然橡胶 烟片胶 新鲜胶乳为原料经加酸凝固、压片、烟熏等工序制成的表面带有

8、菱形花纹的棕色胶片；综合性能好，保存期长；可用于轮胎等一般橡胶制品 皱片胶 干燥时用热空气分为白、褐皱片 颗粒胶 把压皱的胶片先通过造粒机制成小颗粒橡胶，经空气干燥后制成，颗粒大小15mm，易于干燥，生产周期短，产品质量易于控制采用某些特殊的方法将普通天然橡胶制成具有特殊操作性能或物理化学性能的生胶易操作橡胶低黏度橡胶恒黏度橡胶特制固体天然橡胶颗粒天然橡胶纯化天然橡胶轮胎橡胶充油天然橡胶炭黑共沉胶黏土共沉胶胶清橡胶（1）恒黏度橡胶制胶时加入占干胶质量0.4%的羟胺类化学药剂，与橡胶链上的醛基作用，使醛基钝化抑制生胶贮存硬化，保持生胶的黏度在一定范围内稳定。主要特点是生胶的门尼粘度低而且稳定（2

9、）低黏度橡胶制造恒黏度橡胶时再加入4份非污染型环烷油，使橡胶的门尼粘度为505（3）易操作橡胶制胶过程中加入部分硫化胶乳主要特点是胶料的压出、压延膨胀和收缩性小，压出的制品表面光滑，压出速度快，特别适合于形状复杂和尺寸要求精确的压出制品（4）纯化天然橡胶脱蛋白生胶或耐电生胶；在制胶过程中尽量出去橡胶中的蛋白质和其他非橡胶组分，纯度高，适于制造电绝缘制品和高级医疗制品（5）散粒天然橡胶自由流动天然橡胶两种产品：一种是粉末橡胶，粒子直径在0.52mm；另一种是细粒橡胶，粒子直径在110mm。多用于制造黏合用的胶浆，工艺简单，黏着性能良好（6）轮胎橡胶由胶乳、未熏烟胶片和胶园杂胶各占30%，再加入1

10、0%的芳烃油或环烷油作为增塑剂，共同掺混而成的生胶（7）充油天然橡胶充油削弱了橡胶分子链间的作用力，增加了分子的热运动和分子间的相对移动性，使橡胶的硬度降低，柔软性提高（8）炭黑共沉胶由于炭黑在橡胶中分散均匀，混炼时可以节省一半时间，提高混炼设备的利用率，节省劳动力（9）黏土共沉胶红黏土与天然胶乳共沉制成（10）胶清橡胶用离心法制造浓缩胶乳时分离出的胶清，经凝固、压片或造粒和干燥制成的胶清含橡胶约37%胶清橡胶的硫化速率快，易焦烧，抗老化性能差，是一种质量较低的橡胶改性天然橡胶和衍生物 难结晶天然橡胶接枝天然橡胶热塑性天然橡胶环化天然橡胶环氧化天然橡胶液体天然橡胶氯化橡胶氢氯化橡胶等（1）难结

11、晶天然橡胶制备方法有两种：一是使橡胶产生异构化；另一种是使用增塑剂法专门用于制造低温条件下使用的橡胶制品，如门窗密封条、坦克车轮的履带和防震垫以及在南北极地区或高空飞行的飞机使用的橡胶器材（2）接枝天然橡胶天然橡胶与烯烃类单体聚合接枝的产物唯一制品是天甲橡胶主要用来制造要求有良好冲击性能的坚硬制品，无内胎轮胎的气密层，合成纤维与橡胶黏合的强力胶黏剂等（3）热塑性天然橡胶在天然橡胶中加入刚性聚合物，在超过等规聚丙烯熔点的温度和少量的交联剂存在下，以高剪切力使之掺混而成。具有高刚性、高冲击强度和低密度的特点可用作汽车的安全板、车体嵌板和仪表板等（4）环化天然橡胶天然橡胶胶乳经过稳定后加入浓度为70

12、%以上的硫酸，在100下保持2h后环化。环化可使不饱和度降低，密度增大，软化点提高，折射率增大一般用于制造鞋底、坚硬的模制品和机械衬里等（5）环氧化天然橡胶天然橡胶胶乳在一定条件下与过氧乙酸反应5.2.2 天然橡胶的组成和结构（1）天然橡胶的组成橡胶烃和5%8%左右的非橡胶烃成分，包括蛋白质、丙酮抽出物、灰分、水分等蛋白质具有吸水性，影响天然橡胶的电绝缘性和耐水性，其分解产生的胺类物质又是天然橡胶的硫化促进剂和天然的防老剂丙酮抽出物主要是类酯物，不溶于水，有防老化作用，类酯物分解产生脂肪酸，起分散剂和活化剂的作用灰分主要是无机盐及很少的铜、锰、铁等金属化合物，金属离子会加速天然橡胶的老化水分过

13、多会使生胶发霉，硫化时产生气泡，降低电绝缘性（2）天然橡胶的结构主要成分是顺式-1,4-聚异戊二烯的线性高分子化合物结构式： n值平均为500010000，相对分子质量3万3000万，常温下无定形的高弹态物质，较低温度下产生结晶，单斜晶系5.2.3 天然橡胶的性能和应用 性能：（1）优异的高弹性；（2）较高的力学强度；（3）良好的耐屈挠疲劳性能，滞后损失小，生热低；（4）良好的气密性、防水性、电绝缘性、隔热性；（5）加工性能好，容易进行塑炼、混炼、压延、压出等（6）缺点是耐油性、耐臭氧老化性和耐热氧老化性差用途：广泛应用于轮胎、胶管、胶带及各种工业橡胶制品天然橡胶是应用最广的橡胶品种5.3.1

14、 丁苯橡胶（SBR）最早工业化的合成橡胶，约占合成橡胶总量的55%，是产量和消耗量最大的合成橡胶品种制备：丁二烯与苯乙烯的共聚物，采用乳液聚合和溶液聚合两种方式高温丁苯橡胶低温丁苯橡胶低温充油丁苯橡胶高苯乙烯丁苯橡胶液体丁苯橡胶羧基丁苯橡胶品种：乳聚丁苯丁苯橡胶烷基锂溶聚丁苯橡胶醇烯溶聚丁苯橡胶锡偶联溶聚丁苯橡胶高反式聚-1,4-丁苯橡胶溶聚丁苯性能：其耐磨性、耐热性、耐油、抗老化性均比天然橡胶好。缺点是生胶强度低、弹性、耐寒性差、粘接性差、成型困难、加工性能差、硫化速度慢。应用：主要应用于轮胎工业、软管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品5.3.2 聚丁二烯橡胶（BR）采用乳液聚合和溶液聚合两种方法

15、丁二烯单体在有机溶剂中，利用催化剂催化聚合超高顺式聚丁二烯橡胶高顺式聚丁二烯橡胶低顺式聚丁二烯橡胶高乙烯基聚丁二烯橡胶中乙烯基聚丁二烯橡胶低反式聚丁二烯橡胶反式聚丁二烯橡胶溶液聚合聚丁二烯橡胶乳液聚合聚丁二烯橡胶顺丁橡胶的性能：顺丁橡胶中顺式-1,4-聚丁二烯质量分数9698%，分子结构规整，主链无取代基，分子间作用力小，分子链非常柔顺。（1）优异的弹性和耐低温性，最好；（2）滞后损失和生热小；（3）优异的耐磨性；（4）优异的耐屈挠性；（5）填充性能好；（6）混炼时抗破碎能力强；（7）流动性好；（8）吸水性低缺点：（1）拉伸强度、撕裂强度低；（2）抗湿滑性能差；（3）生胶的冷流性大；（4）加工

16、性能和黏合性能差一般很少单用，与其他橡胶并用改善其性能不足；一般应用于汽车轮胎和各种橡胶制品还常用于其他要求弹性、耐寒性、耐磨性较高的制品5.3.3 集成橡胶（SIBR）苯乙烯、异戊二烯、丁二烯单体聚合而成结构：线形或星形结构；序列结构分为完全无规型和嵌段-无规型集成橡胶综合了各种橡胶的优点而弥补了各种橡胶的缺点，同时满足了轮胎胎面胶的低温性能，抗湿滑性能及安全性的要求。5.3.4 丁基橡胶（IIR）异丁烯和少量异戊二烯以一氯甲烷为溶剂，三氯化铝或三氟化硼为催化剂，在低温下通过阳离子溶液聚合制得的丁基橡胶通用丁基橡胶溴化丁基橡胶氯化丁基橡胶不饱和度0.10.6%不饱和度1.11.5%不饱和度1

17、.62.0%不饱和度2.12.5%不饱和度2.63.3%卤化丁基橡胶（1）最独特的性能是气密性好；特别适合制作气密性产品，如内胎、球胆、瓶塞等（2）具有很好的耐热性、耐天候老化性、耐臭氧老化性、化学稳定性、绝缘性和耐水性能；适合应用于高耐热、电绝缘制品（3）滞后损失大，吸震波能力强，具有优异的阻尼性能和屈挠性；适于缓冲性能要求高的制品，如发动机座、减震器硫化速度慢，需要高温或长时间硫化；自黏性和互黏性差；相容性差；包辊性差，不易混炼，生热高，加工时易焦烧主要用于充气轮胎的内胎；还应用于胶管、防水卷材、防腐蚀制品、电气制品、耐热运输带等5.3.5 乙丙橡胶以乙烯、丙烯为主要单体，采用过渡金属钒或

18、钛的氯化物与烷基铝构成的催化剂共聚而成的；悬浮法或溶液法根据是否加入非共轭二烯单体作为第三单体，分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶二元机械共混法嵌段共聚法接枝共聚法热塑性乙丙橡胶氯化乙丙橡胶溴化乙丙橡胶氯磺化乙丙橡胶丙烯腈改性乙丙橡胶丙烯酸酯改性乙丙橡胶改性充油型非充油型DCPD型三元乙丙橡胶HD型三元乙丙橡胶ENB型三元乙丙橡胶三元非充油二元乙丙橡胶充油二元乙丙橡胶品种乙丙橡胶（1）具有优异的热稳定性和耐老化性能，是现有通用橡胶中最好的；P201，图5-14，5-15，5-16（2）耐化学腐蚀性能好；（3）具有较好的弹性和低温性能；（4）电绝缘性能优良，耐电晕性能极好，吸水性小，浸水后电绝缘性能

19、变化不大；（5）具有优异的耐水性、耐热水和耐水蒸气性能（6）密度0.86g/cm3，在橡胶中最低，具有高填充性硫化速度慢；包辊性差，不易混入炭黑；自黏性和互黏性较差；耐燃性、耐油性、气密性较差主要应用于制造除轮胎之外的汽车部件，最大用途是车窗密封条、散热器软管等水系统软管；另外应用于树脂的增韧改性剂5.3.6 氯丁橡胶（CR）1931年，美国杜邦公司生产，年产约70万吨利用2-氯-1,3-丁二烯单体采用自由基乳液聚合制备按照特性和用途分为通用型、专用型、氯丁胶乳三大类硫调型非硫调型通用型氯丁橡胶粘结型特殊用途型专用型氯丁橡胶氯丁橡胶通用胶乳氯丁胶乳特殊胶乳具有最大的相对密度1.231.25；具

20、有良好的力学性能和极性橡胶的特点；自增强橡胶，生胶具有较高的强度；硫化胶具有优异的耐燃性能和黏合性能；耐热氧化、耐臭氧老化和耐天候性能较好；缺点是低温性能和电绝缘性能较差主要应用在阻燃制品、耐油制品、耐天候制品、黏合剂等领域；如耐热耐燃输送带、耐油耐化学腐蚀胶管、电线电缆外包皮、门窗密封条、公路填缝材料等特种橡胶是指用途特殊、用量较少的一类橡胶多属于饱和橡胶，分子主链可以是碳链或杂链，除硅橡胶外都是极性橡胶性能上独具特色，满足一些独特应用要求，在国防、军事、民事领域发挥着十分重要的作用5.4.1 丁腈橡胶用量最大的一种特种橡胶丁二烯和丙烯腈作为单体，经过乳液共聚制得聚合方法：高温乳液聚合和低温

21、乳液聚合丁腈橡胶中丙烯腈的含量是影响其性能的重要指标，一般含量在1550%极高丙烯腈丁腈橡胶高丙烯腈丁腈橡胶中高丙烯腈丁腈橡胶中丙烯腈丁腈橡胶低丙烯腈丁腈橡胶丁腈橡胶通用丁腈橡胶特殊丁腈橡胶氢化丁腈橡胶羧基丁腈橡胶液体丁腈橡胶粉末丁腈橡胶丁腈橡胶属于非结晶性极性不饱和胶，具有优异的耐非极性油和非极性溶剂的性能；耐油性很好；丁腈橡胶属于非自增橡胶，需加入炭黑、白炭黑等增强性填料后才具有适用的力学性能和较好的耐磨性；耐臭氧性能较好；耐热性能好于NR、SBR、BR；具有良好的抗静电性能；加工性能好；但自黏性较低，混炼生热大，包辊性差广泛应用于耐油制品，如接触油类的胶管、胶辊、密封垫圈、贮槽衬里、飞机

22、油箱衬里以及大型油囊等；抗静电制品改性：丁腈橡胶极性强，可以与极性强的聚合物以及含氯聚合物具有较好的相容性，可并用：NBR与悬浮法PVC并用，胶的耐臭氧和耐天候老化性能提高，耐燃性提高，耐磨性、耐化学药品性都有所提高；加工性能改善NBR与酚醛树脂并用，可提高硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性和硬度，改进耐热性、耐屈挠性、电绝缘性以及耐化学腐蚀性；加工性能良好特种丁腈橡胶：（1）羧基丁腈橡胶含羧基单体和丁二烯、丙烯腈三元共聚橡胶极性增加，耐油性提高；具有突出的高强度、良好的黏着性、耐老化性；但是易焦烧（2）部分交联型丁腈橡胶丙烯腈、丁二烯、二乙烯基苯三元共聚加工性能好，但力学性能较差，一般作为加

23、工助剂使用（3）液体丁腈橡胶丁二烯和丙烯腈的共聚物，具有低相对分子质量；主要用途是作为固体丁腈橡胶的增塑剂（4）高饱和丁腈橡胶氢化丁腈橡胶丁腈橡胶溶于适当的溶剂中，催化加氢得到具有更加优异的耐油性，优良的耐热性、耐低温性、耐胺性和耐蒸汽性主要用于油气井和汽车工业5.4.2 硅橡胶硅氧烷与其他有机硅单体的共聚按照硫化机理分为三类（1）热硫化型：指相对分子质量为40万60万的硅橡胶采用有机过氧化物作硫化剂，经加热产生自由基使橡胶交联，获得硫化胶（2）室温硫化型分子质量较低，通常为黏稠状液体单组分室温硫化硅橡胶 双组分室温硫化硅橡胶（3）加成硫化型指官能度为2的含乙烯基端基的聚二甲基硅氧烷在铂化合物

24、的催化下，与多官能度的含氢硅烷加成得到的一种硅橡胶生胶通常为液态分子结构式：硅橡胶是一种半无机的饱和、杂链、非极性弹性体具有优异的耐高低温性；耐热氧老化性、耐天候老化以及耐臭氧老化性能；极好的疏水性，使之具有优良的电绝缘性、耐电晕性和耐电弧性；低的表面张力和表面能，使之具有特殊的表面性能和生理惰性以及高透气性；不耐酸碱，遇酸或碱发生解聚；力学性能较低硅橡胶广泛应用于宇航工业、电子、电气工业的防震、防潮灌封材料、建筑工业的密封剂、汽车工业的密封件以及医疗卫生制品等。5.4.3 氟橡胶氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一类高分子弹性体26型氟橡胶246型氟橡胶改进性能的G型氟橡胶23型氟橡

25、胶四丙氟胶含氟烯烃类亚硝基类全氟醚类氟化磷腈类26型氟橡胶的结构式：具有优异的耐化学品特性和热稳定性；具有阻燃性弹性小，低温性能差，不易加工主要用途是密封制品，用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行等尖端科技5.4.4 丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯为单体，与少量带有可能提供交联反应的活性基团的单体共聚而成交联单体的类型：（1）烯烃环氧化物（2）含活性氯原子的化合物（3）酰胺类化合物（4）含非共轭双烯烃单体 （P211，表5-12）良好的耐热氧老化和耐臭氧老化性能；良好的耐油性；耐寒性差；易水解，耐热水、耐蒸汽性能差；耐极性溶剂能力差广泛应用于耐高温、耐热油的制品中，特别是作各类汽车密封配件；另外，在电器工

26、业和航空工业中也有应用5.5 热塑性弹性体（TPE）TPE是指常温下具有橡胶的弹性，高温下具有可塑化成型性的一类弹性体材料它具有类似橡胶的力学性能和使用性能，又具有热塑性塑料可加工回收的特点，犹如在塑料和橡胶之间的一座桥梁TPE发展史：20世纪50年代，开发聚氨酯热塑性弹性体；20世纪60年代，出现丁二烯-苯乙烯共聚型热塑性弹性体；20世纪70年代到90年代，迅速增长现阶段，接近成熟与橡胶相比，TPE的优点：（1）取消硫化工艺，加工简单，成型周期短，效率高，成本低；（2）助剂和配合剂少，节省费用；（3）材料可反复使用，有利于资源回收和保护环境（4）产品尺寸精度高，质量轻TPE的缺点：（1）新增设备需要增加成本；（2）加工前必须干燥；（3）适合于大批量生产，小批量生产时加工成本偏高正是由于TPE具有这些缺点，限制