第五章 橡膠課件

1、2022-2-5類型、性能與應(yīng)用2022-2-5橡膠具有橡膠具有彈性彈性，用途十分廣泛，不僅可滿足人們的，用途十分廣泛，不僅可滿足人們的日常生活、醫(yī)療衛(wèi)生和文體生活日常生活、醫(yī)療衛(wèi)生和文體生活等各方面的需要，還等各方面的需要，還能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、電子通訊和航空航天能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、電子通訊和航空航天等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)要求，是國民經(jīng)濟(jì)與科技領(lǐng)域中不等各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)要求，是國民經(jīng)濟(jì)與科技領(lǐng)域中不可缺少的高分子材料之一?？扇鄙俚母叻肿硬牧现?。橡膠制品種類繁多，大致可分為橡膠制品種類繁多，大致可分為輪胎，膠帶、膠管輪胎，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與膠布，

2、工業(yè)橡膠制品，生活橡膠制品和膠乳制品等等，其中其中輪胎的耗膠量輪胎的耗膠量最大，占世界橡膠總量的最大，占世界橡膠總量的50%-60%50%-60%。5.1 5.1 概概 述述橡膠相關(guān)應(yīng)用2022-2-52022-2-5國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)橡膠的定義： 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）。 保持橡膠一定伸長的應(yīng)力隨溫度的升高而增加。 橡膠要達(dá)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。2022-2-5橡膠的共性 1 1 具有橡膠狀彈性具有橡膠狀彈性 2 2 具有粘彈性

3、具有粘彈性 3 3 有緩沖減震作用有緩沖減震作用 4 4 對(duì)溫度依賴性大對(duì)溫度依賴性大 2022-2-5 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(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，天然橡膠遠(yuǎn)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)。橡膠的分類橡膠的分類2022-2-5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)、

4、脂肪酸、糖分及灰分等。 2022-2-5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(yùn)輸上使用的各種輪胎；工業(yè)上使用的傳送帶、運(yùn)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(xué)試驗(yàn)用的密封、防震設(shè)備；國防上使用的飛機(jī)、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(xué)技術(shù)產(chǎn)品都離不開天然橡膠。天然橡膠的應(yīng)用2022-2-5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。橡膠的分類橡膠的分類2022-2-5通 用 合 成 橡 膠 凡是性能與天然橡膠相近，物理機(jī)

5、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CR2022-2-5特 種 合 成 橡 膠 凡是具有凡是具有特殊性能特殊性能，專門用于制作，專門用于制作耐熱、耐熱、耐寒、耐化學(xué)物質(zhì)腐蝕、耐溶劑、耐耐寒、耐化學(xué)物質(zhì)腐蝕、耐溶劑、耐輻射輻射等特種橡膠制品橡膠稱為等特種橡膠制品橡膠稱為特種合成橡膠。1 1丁腈橡膠丁腈橡膠NBR2 2 硅橡膠硅橡膠 3 3 氟橡膠氟橡膠4 4 聚氨酯橡膠聚氨酯橡膠5 5 丙烯酸酯橡膠丙烯酸酯橡膠6 6 氯磺化聚乙烯氯磺化聚乙烯2022-2-5橡

6、膠制品主要原材料是生膠、再生膠、硫化膠膠粉以及生膠、再生膠、硫化膠膠粉以及各種配合劑各種配合劑。有些制品還需用纖維或金屬材料作為骨架材料。 1.1.生膠生膠包括天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠來源于自然界中含膠植物，如橡膠樹、橡膠草和橡膠菊等，其中三葉橡膠樹含膠多，產(chǎn)量大，質(zhì)量好。從橡膠樹采集的天然膠乳經(jīng)過一定的化學(xué)處理和加工，可制成濃縮膠乳和干膠，前者直接用于膠乳制品，后者用作生產(chǎn)橡膠制品的生膠。 橡膠制品2022-2-5合成橡膠是用人工合成的方法制得的高分子彈性材料。生產(chǎn)合成橡膠的原料主要來自石油、天然氣、煤以及農(nóng)林產(chǎn)品。目前合成橡膠的品種已有三、四十種之多。 2.2.再生膠再生膠是廢硫化橡膠

7、廢硫化橡膠經(jīng)化學(xué)、熱及機(jī)械加工處理后所制得的，具有一定可塑性、能重新硫化具有一定可塑性、能重新硫化的橡膠材料。再生過程中的主要反應(yīng)稱為“脫硫”。再生膠可部分代替生膠使用，以節(jié)省生膠、降低成本。還可改善膠料工藝性能，提高產(chǎn)品耐油、耐老化等性能。3.3.硫化膠膠粉硫化膠膠粉是將廢舊橡膠制品直接粉碎后制成的，與再生膠生產(chǎn)相比，膠粉生產(chǎn)工藝簡單、節(jié)能、且減少了環(huán)境污染。膠粉成本較低，力學(xué)性能也比再生膠好2022-2-54.橡膠配合劑 1 1 硫化系統(tǒng)硫化系統(tǒng) 2 2 補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑 3 3 軟化劑和增塑劑軟化劑和增塑劑 4 4 防老劑防老劑硫化劑目的在一定條件下能使橡膠發(fā)生交聯(lián)的物質(zhì)統(tǒng)稱

8、為硫化劑。硫黃含雙鍵的聚合物有機(jī)過氧化物飽和聚合物金屬氧化物帶活性官能團(tuán)硫化促進(jìn)劑目的：降低硫化溫度，縮短硫化時(shí)間，改善硫化膠的物理機(jī)械性能 噻唑類 次磺酰胺類 秋蘭姆類2022-2-5硫化活性劑（助促進(jìn)劑）目的：提高促進(jìn)劑的活性作用幾乎所有的促進(jìn)劑都必須在活性劑存在下，才能充分發(fā)揮其促進(jìn)效能?；钚詣┒酁榻饘傺趸?，最常用的是氧化鋅由于金屬氧化物在脂肪酸存在下，對(duì)促進(jìn)劑才有較大活性，通常是氧化鋅與硬脂酸并用。2022-2-5補(bǔ)強(qiáng)劑目的：提高硫化橡膠的扯斷強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、耐磨性等物理機(jī)械性能。 炭黑白炭（SiO2nH2O） 超細(xì)活性碳酸鈣 活性陶土2022-2-5填 充 劑 目的：增加膠料的容積

9、，從而降低生產(chǎn)成本或改善加工性能。沉淀碳酸鈣硫酸鋇滑石粉云母粉return2022-2-5軟 化 增 塑 劑 目的：改善橡膠的加工和成型性能，增加橡膠的塑性。 物理增塑劑：使橡膠溶脹，增大橡膠分子間的距離，降低分子間的作用力，從而使膠料的塑性增加。 化學(xué)增塑劑：加速橡膠分子在塑煉時(shí)的斷鏈作用，并使已斷鏈的橡膠分子趨于穩(wěn)定2022-2-5防老劑 橡膠的老化：橡膠在加工、貯存和使用過程中，由于受到各種外界因素（如熱、氧、臭氧、金屬離子、電離輻射、光、機(jī)械力等）的作用，而逐步失去其原有的優(yōu)良性能，以至最后喪失了使用價(jià)值。 添加防老劑的目的：抑制橡膠的老化現(xiàn)象。 物理防老劑：石蠟 化學(xué)防老劑：熱穩(wěn)定劑

10、、抗氧劑、紫外吸收劑、 光屏蔽劑2022-2-5 橡膠制品種類很多，其用途各不相同。生膠和配合劑的品種和用量決定著橡膠制品的性能。 一個(gè)完整的配方包括五大體系：生膠體系生膠體系硫化交聯(lián)體系硫化交聯(lián)體系填充補(bǔ)強(qiáng)體系填充補(bǔ)強(qiáng)體系軟化增塑體系軟化增塑體系穩(wěn)定防護(hù)體系穩(wěn)定防護(hù)體系根據(jù)制品使用性能的要求，選擇合適的生膠和配合劑的種類及用量。橡膠的配方設(shè)計(jì)四種配方四種配方組分名稱組分名稱基本配方基本配方/ /質(zhì)量質(zhì)量份份質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方/%/%休積分?jǐn)?shù)配方休積分?jǐn)?shù)配方/%/%生產(chǎn)配方生產(chǎn)配方/kg/kg生膠生膠10010060.0060.0073.7073.7020.0020.00硫磺硫磺2.62

11、.61.571.570.860.860.520.52促進(jìn)劑促進(jìn)劑DMDM0.700.700.430.430.320.320.140.14氧化鋅氧化鋅5.005.003.003.000.160.161.001.00硬酯酸硬酯酸3.003.001.811.812.222.220.600.60防老劑防老劑D D2.502.501.511.511.401.400.500.50炭黑炭黑47.0047.0028.2528.2517.6017.609.409.40松焦油松焦油5.705.703.433.433.653.650.140.14合計(jì)合計(jì)166.50166.50100.00100.00100.001

12、00.0033.3033.302022-2-5橡膠的成型加工過程 1 1 塑煉塑煉 2 混煉混煉 3 壓延壓延 4 壓壓出出 5 5 硫化硫化塑煉就是在橡膠的加工過程中，首先通過機(jī)械、熱、氧和加入化學(xué)試劑等方式，使生膠由強(qiáng)韌的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳?、便于加工的塑性狀態(tài)。塑 煉塑煉的目的：使生膠獲得一定的可塑性，使之適合于混煉、壓延、擠出和成型等工藝操作。要增加橡膠的可塑性，必須使橡膠分子易于發(fā)生大分子鏈的位移運(yùn)動(dòng)，但橡膠的分子鏈很長，分子間吸引力大且線性分子之間存在大量纏結(jié)點(diǎn)，大大阻礙了長鏈分子的位移運(yùn)動(dòng)。所以減少橡膠分子鏈的長度（降低分子量）,是降低分子間作用力、增大橡膠分子的塑性變形的最有效方

13、法。2022-2-5在熱、光、氧、機(jī)械力和某些化學(xué)藥品的作用下，橡膠分子主鏈和側(cè)鏈都可以斷裂。工藝上可用以降低橡膠分子量獲得可塑性的塑煉方法可分成兩大類。v 機(jī)械塑煉法：采用開煉機(jī)、密煉機(jī)、螺桿塑煉機(jī)等的機(jī)械作用切斷分子鏈而獲得生膠可塑性。v 化學(xué)塑煉法：在化學(xué)藥品的作用下，使橡膠大分子鏈解聚而達(dá)到塑化的目的。塑煉方法2022-2-5工業(yè)中工業(yè)中廣為采用的是機(jī)械塑煉法廣為采用的是機(jī)械塑煉法。按所用設(shè)備可分為：。按所用設(shè)備可分為：由于塑煉設(shè)備的不同，所采用的工藝條件也不一樣，因由于塑煉設(shè)備的不同，所采用的工藝條件也不一樣，因而影響塑煉效果的因素也不相同。而影響塑煉效果的因素也不相同。 1 1 開

14、煉機(jī)塑煉開煉機(jī)塑煉 2 2 密煉機(jī)塑煉密煉機(jī)塑煉 3 3 螺桿塑煉機(jī)螺桿塑煉機(jī)2022-2-5準(zhǔn)備工藝為了便于加工，生膠塑煉前需進(jìn)行 烘膠 切膠 破膠2022-2-5開煉機(jī)塑煉2022-2-5密煉機(jī)塑煉2022-2-5螺桿機(jī)塑煉螺桿機(jī)塑煉的特點(diǎn)是高溫下連續(xù)進(jìn)行。在螺桿機(jī)中，生膠一方面受到螺桿的強(qiáng)烈機(jī)械攪拌作用，另一方面由于生膠受螺桿與機(jī)身間的摩擦而產(chǎn)生大量熱，溫度可高達(dá)150-180，從而加速氧化裂解，獲得塑煉效果。 為了使各種橡膠制品性能符合使用要求，改善加工工藝性能、節(jié)約生膠降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑，在煉膠機(jī)上將各種配合劑加至具有一定塑性的生膠中制成混煉膠的過程稱為混煉?；鞜?

15、022-2-5混煉過程中加料順序的原則是：如用量少、難分散的配合劑，則先加；如用量大、易分散的配合劑，則后加；為了防止焦燒，硫磺和超速促進(jìn)劑一般最后加入。通常采用的加料順序如下： 塑煉膠、再生膠、母煉膠促進(jìn)劑、活性劑、防老劑補(bǔ)強(qiáng)、填充劑液體軟化劑硫磺、超速促進(jìn)劑。 2022-2-5 （1）拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度 試樣在拉伸破壞時(shí)，原橫截面上單位面積上所受的力，單位MPa。雖然橡膠很少在純拉伸條件下使用，但是橡膠的很多其它性能（如耐磨性、彈性、應(yīng)力松弛、蠕變、耐疲勞動(dòng)性等）與該性能密切相關(guān)。 （2）扯斷伸長率扯斷伸長率 試樣在拉伸破壞時(shí)，伸長部分的長度與原長度之比，通常以百分率（%）表示。 （3）硬度

16、硬度 硬度是衡量橡膠抵抗變形能力的指標(biāo)之一。用硬度計(jì)來測試，最常用的是邵氏硬度計(jì)，其值的范圍0-100。其值越大，橡膠越硬。橡膠的主要性能指標(biāo)2022-2-5 （4）定伸應(yīng)力定伸應(yīng)力 試樣在一定伸長（通常300%）時(shí)，原橫截面上單位面積所受的力，單位MPa。 （5）撕裂強(qiáng)度撕裂強(qiáng)度 表征橡膠耐撕裂性的好壞，試樣在單位厚度上所承受的負(fù)荷，單位kN/m。 （6）阿克隆磨耗阿克隆磨耗 在阿克隆磨耗機(jī)上，使試樣與砂輪成15傾斜角和受到2.72kg的壓力情況下，橡膠試樣與砂輪磨耗1.61km時(shí)，用被磨損的體積來表征橡膠的耐磨性，單位cm3/1.61km.。 另外還有許多其它性能指標(biāo)如回彈性、生熱、壓縮永

17、久變形、低溫特性、耐老化特性等等。丁苯橡膠丁苯橡膠（SBR) ，又稱聚苯乙烯丁二烯共聚物。物理機(jī)構(gòu)性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠，有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優(yōu)良，可與天然橡膠及多種合成橡膠并用。用途：廣泛用于輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫(yī)療器具及各種橡膠制品的生產(chǎn)等領(lǐng)域，是最大的通用合成橡膠品種，也是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的橡膠品種之一。合成單體：1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯乙烯（C6H5-CH=CH2）2022-2-5順丁橡膠全名為順式-1,4-聚丁二烯橡膠，butadiene rubber，簡稱BR。由丁二烯聚合制成。 與天然橡膠和丁

18、苯橡膠相比，硫化后的順丁橡膠的耐寒性、耐磨性和彈性特別優(yōu)異順丁橡膠特別適于制汽車輪胎和耐寒制品，還可以制造緩沖材料以及各種膠鞋、膠布、膠帶和海綿膠等。用于制造膠管、膠帶、輪胎、密封圈、鞋底及電纜等橡膠制品,還可用作樹脂改性劑等。2022-2-5異戊橡膠IR化學(xué)式：CH3-CH2-C=CH-CH2中文名：聚異戊二烯橡膠具有很好的彈性、耐寒性（?；瘻囟?68）及很高的拉伸強(qiáng)度。用于輪胎生產(chǎn)的高性能橡膠，以其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)被廣泛運(yùn)用于輪胎制造行業(yè)之中。2022-2-5乙丙橡膠乙丙橡膠，有機(jī)化合物制品，是橡膠制品工業(yè)中一項(xiàng)極為重要的原材料，有多種良好的理化特性。乙丙橡膠又可分為二元乙丙、三元乙丙、改性

19、乙丙和熱塑性乙丙。而三元乙丙橡膠(EPDM)已在汽車密封條行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用2022-2-5主要性能低密度高填充性乙丙橡膠是密度較低的一種橡膠，其密度為0.87。加之可大量充油和加入填充劑，因而可降低橡膠制品的成本，彌補(bǔ)了乙丙橡膠生膠價(jià)格高的缺點(diǎn)，并且對(duì)高門尼值的乙丙橡膠來說，高填充后物理機(jī)械性能降低幅度不大。耐老化性乙丙橡膠有優(yōu)異的耐天候、耐臭氧、耐熱、耐酸堿、耐水蒸汽、顏色穩(wěn)定性、電性能、充油性及常溫流動(dòng)性。乙丙橡膠制品在120下可長期使用，在150-200下可短暫或間歇使用。加入適宜防老劑可提高其使用溫度。以過氧化物交聯(lián)的三元乙丙橡膠可在更苛刻的條件下使用。三元乙丙橡膠在臭氧濃度50p

20、phm、拉伸30%的條件下，可達(dá)150h以上不龜裂。耐腐蝕性由于乙丙橡膠缺乏極性，不飽和度低，因而對(duì)各種極性化學(xué)品如醇、酸、堿、氧化劑、制冷劑、洗滌劑、動(dòng)植物油、酮和脂等均有較好的抗耐性；但在脂屬和芳屬溶劑（如汽油、苯等）及礦物油中穩(wěn)定性較差。在濃酸長期作用下性能也要下降。在ISO/TR 7620中匯集了近400種具有腐蝕性的氣態(tài)和液態(tài)化學(xué)品對(duì)各種橡膠性能作用的資料，并規(guī)定了1-4級(jí)表示其作用的程度，見表1。表1 腐蝕性化學(xué)品對(duì)橡膠性能的影響耐水蒸汽性能乙丙橡膠有優(yōu)異的耐水蒸汽性能并優(yōu)于其耐熱性。在230過熱蒸汽中，近100h后外觀無變化。而氟橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、天然橡

21、膠在同樣條件下，經(jīng)歷較短時(shí)間外觀發(fā)生明顯劣化現(xiàn)象。耐過熱水性能乙丙橡膠耐過熱水性能亦較好，但與所用硫化系統(tǒng)密切相關(guān)。以二硫代二嗎啡啉、TMTD為硫化系統(tǒng)的乙丙橡膠，在125過熱水中浸泡15個(gè)月后，力學(xué)性能變化甚小，體積膨脹率僅0.3%。電性能乙丙橡膠具有優(yōu)異的電絕緣性能和耐電暈性，電性能優(yōu)于或接近丁苯橡膠、氯磺化聚乙烯、聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯。彈性由于乙丙橡膠分子結(jié)構(gòu)中無極性取代基，分子內(nèi)聚能低，分子鏈可在較寬范圍內(nèi)保持柔順性，僅次于天然橡膠和順丁橡膠，并在低溫下仍能保持。粘接性乙丙橡膠由于分子結(jié)構(gòu)中缺少活性基團(tuán)，內(nèi)聚能低，加上膠料易于噴霜，自粘性和互粘性很差。2022-2-5丁基橡膠是合成橡膠的一種，由異丁烯和少量異戊二烯合成。制成品不易漏氣，一般用來制造汽車、飛機(jī)輪子的內(nèi)胎。丁基橡膠是異丁烯和異戊二烯的共聚物丁基橡膠具有良好的化 丁基橡膠學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，最突出的是氣密性和水密性。它對(duì)空氣的透過率僅為天然橡膠的1