橡膠相關知識概述課件

2023/12/5類型、性能與應用第5章橡膠2023/12/5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域的技術要求，是國民經(jīng)濟與科技領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概述橡膠相關應用2023/12/52023/12/5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)秒內恢復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。2023/12/5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

2023/12/5

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2023/12/5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、脂肪酸、糖分及灰分等。

2023/12/5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產(chǎn)品都離不開天然橡膠。天然橡膠的應用2023/12/5合成橡膠是各種單體經(jīng)聚合反應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2023/12/5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CR2023/12/5特種合成橡膠凡是具有特殊性能，專門用于制作耐熱、耐寒、耐化學物質腐蝕、耐溶劑、耐輻射等特種橡膠制品橡膠稱為特種合成橡膠。1丁腈橡膠NBR2硅橡膠3氟橡膠4聚氨酯橡膠5丙烯酸酯橡膠6氯磺化聚乙烯2023/12/5橡膠制品主要原材料是生膠、再生膠、硫化膠膠粉以及各種配合劑。有些制品還需用纖維或金屬材料作為骨架材料。1.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，質量好。從橡膠樹采集的天然膠乳經(jīng)過一定的化學處理和加工，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2023/12/5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.再生膠是廢硫化橡膠經(jīng)化學、熱及機械加工處理后所制得的，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.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，力學性能也比再生膠好2023/12/54.橡膠配合劑

1硫化系統(tǒng)

2補強劑和填充劑

3軟化劑和增塑劑

4

防老劑硫化劑目的在一定條件下能使橡膠發(fā)生交聯(lián)的物質統(tǒng)稱為硫化劑。硫黃—含雙鍵的聚合物有機過氧化物—飽和聚合物金屬氧化物—帶活性官能團硫化促進劑目的：降低硫化溫度，縮短硫化時間，改善硫化膠的物理機械性能噻唑類次磺酰胺類秋蘭姆類2023/12/5硫化活性劑（助促進劑）目的：提高促進劑的活性作用幾乎所有的促進劑都必須在活性劑存在下，才能充分發(fā)揮其促進效能?；钚詣┒酁榻饘傺趸铮畛Ｓ玫氖茄趸\由于金屬氧化物在脂肪酸存在下，對促進劑才有較大活性，通常是氧化鋅與硬脂酸并用。2023/12/5補強劑目的：提高硫化橡膠的扯斷強度、定伸強度、耐磨性等物理機械性能。炭黑白炭（SiO2·nH2O）超細活性碳酸鈣活性陶土2023/12/5填充劑目的：增加膠料的容積，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return2023/12/5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?；瘜W增塑劑：加速橡膠分子在塑煉時的斷鏈作用，并使已斷鏈的橡膠分子趨于穩(wěn)定2023/12/5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：石蠟化學防老劑：熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、紫外吸收劑、光屏蔽劑2023/12/5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。一個完整的配方包括五大體系：生膠體系硫化交聯(lián)體系填充補強體系軟化增塑體系穩(wěn)定防護體系根據(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。橡膠的配方設計四種配方組分名稱基本配方/質量份質量分數(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166.50100.00100.0033.302023/12/5橡膠的成型加工過程

1塑煉

2混煉

3壓延

4

壓出

5硫化塑煉就是在橡膠的加工過程中，首先通過機械、熱、氧和加入化學試劑等方式，使生膠由強韌的彈性狀態(tài)轉變?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動，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點，大大阻礙了長鏈分子的位移運動。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法。2023/12/5在熱、光、氧、機械力和某些化學藥品的作用下，橡膠分子主鏈和側鏈都可以斷裂。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。機械塑煉法：采用開煉機、密煉機、螺桿塑煉機等的機械作用切斷分子鏈而獲得生膠可塑性?；瘜W塑煉法：在化學藥品的作用下，使橡膠大分子鏈解聚而達到塑化的目的。塑煉方法2023/12/5工業(yè)中廣為采用的是機械塑煉法。按所用設備可分為：由于塑煉設備的不同，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。塑煉方法

1開煉機塑煉

2密煉機塑煉

3螺桿塑煉機2023/12/5準備工藝為了便于加工，生膠塑煉前需進行烘膠切膠破膠2023/12/5開煉機塑煉2023/12/5密煉機塑煉2023/12/5螺桿機塑煉螺桿機塑煉的特點是高溫下連續(xù)進行。在螺桿機中，生膠一方面受到螺桿的強烈機械攪拌作用，另一方面由于生膠受螺桿與機身間的摩擦而產(chǎn)生大量熱，溫度可高達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?023/12/5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→促進劑、活性劑、防老劑→補強、填充劑→液體軟化劑→硫磺、超速促進劑。

2023/12/5（1）拉伸強度試樣在拉伸破壞時，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、應力松弛、蠕變、耐疲勞動性等）與該性能密切相關。（2）扯斷伸長率試樣在拉伸破壞時，伸長部分的長度與原長度之比，通常以百分率（%）表示。（3）硬度硬度是衡量橡膠抵抗變形能力的指標之一。用硬度計來測試，最常用的是邵氏硬度計，其值的范圍0-100。其值越大，橡膠越硬。橡膠的主要性能指標2023/12/5（4）定伸應力試樣在一定伸長（通常300%）時，原橫截面上單位面積所受的力，單位MPa。（5）撕裂強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荷，單位kN/m。（6）阿克隆磨耗在阿克隆磨耗機上，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，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如回彈性、生熱、壓縮永久變形、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。物理機構性能，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)等領域，是最大的通用合成橡膠品種，也是最早實現(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）2023/12/5順丁橡膠全名為順式-1,4-聚丁二烯橡膠，butadienerubber，簡稱BR。由丁二烯聚合制成。

與天然橡膠和丁苯橡膠相比，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。2023/12/5異戊橡膠IR化學式：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℃）及很高的拉伸強度。用于輪胎生產(chǎn)的高性能橡膠，以其穩(wěn)定的化學性質被廣泛運用于輪胎制造行業(yè)之中。2023/12/5乙丙橡膠乙丙橡膠，有機化合物制品，是橡膠制品工業(yè)中一項極為重要的原材料，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)中得到廣泛的應用2023/12/5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，彌補了乙丙橡膠生膠價格高的缺點，并且對高門尼值的乙丙橡膠來說，高填充后物理機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50pphm、拉伸30%的條件下，可達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，因而對各種極性化學品如醇、酸、堿、氧化劑、制冷劑、洗滌劑、動植物油、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/TR7620中匯集了近400種具有腐蝕性的氣態(tài)和液態(tài)化學品對各種橡膠性能作用的資料，并規(guī)定了1-4級表示其作用的程度，見表1。表1腐蝕性化學品對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、天然橡膠在同樣條件下，經(jīng)歷較短時間外觀發(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。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個月后，力學性能變化甚小，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構中無極性取代基，分子內聚能低，分子鏈可在較寬范圍內保持柔順性，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構中缺少活性基團，內聚能低，加上膠料易于噴霜，自粘性和互粘性很差。2023/12/5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、飛機輪子的內胎。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

丁基橡膠學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，最突出的是氣密性和水密性。它對空氣的透過率僅為天然橡膠的1/7，丁苯橡膠的1/5，而對蒸汽的透過率則為天然橡膠的1/200，丁苯橡膠的1/140。因此主要用于制造各種內胎、蒸汽管、水胎、水壩底層以及墊圈等各種橡膠制品

2023/12/5氯丁