橡膠相關(guān)知識(shí)概述課件

2023/12/5類(lèi)型、性能與應(yīng)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(mǎn)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(mǎn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(lèi)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2023/12/52023/12/5國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對(duì)橡膠的定義：①在較小的外力作用下就具有較大的伸長(zhǎng)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(guò)原始尺寸的百分之幾）。②保持橡膠一定伸長(zhǎng)的應(yīng)力隨溫度的升高而增加。③橡膠要達(dá)到使用要求，須經(jīng)過(guò)硫化改性工序，硫化是將線型、無(wú)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(duì)溫度依賴(lài)性大

2023/12/5

橡膠按其來(lái)源，可分為天然橡膠、合成橡膠兩大類(lèi)。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(lái)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(mǎn)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(lèi)2023/12/5天然橡膠，是指從巴西橡膠樹(shù)上采集的天然膠乳，經(jīng)過(guò)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。

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(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(cè)量用的探空氣球；科學(xué)試驗(yàn)用的密封、防震設(shè)備；國(guó)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(kāi)天然橡膠。天然橡膠的應(yīng)用2023/12/5合成橡膠是各種單體經(jīng)聚合反應(yīng)合成的一類(lèi)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(lèi)2023/12/5通用合成橡膠凡是性能與天然橡膠相近，物理機(jī)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(chēng)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(zhuān)門(mén)用于制作耐熱、耐寒、耐化學(xué)物質(zhì)腐蝕、耐溶劑、耐輻射等特種橡膠制品橡膠稱(chēng)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(lái)源于自然界中含膠植物，如橡膠樹(shù)、橡膠草和橡膠菊等，其中三葉橡膠樹(shù)含膠多，產(chǎn)量大，質(zhì)量好。從橡膠樹(shù)采集的天然膠乳經(jīng)過(guò)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(lái)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(xué)、熱及機(jī)械加工處理后所制得的，具有一定可塑性、能重新硫化的橡膠材料。再生過(guò)程中的主要反應(yīng)稱(chēng)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(jiǎn)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2023/12/54.橡膠配合劑

1硫化系統(tǒng)

2補(bǔ)強(qiáng)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(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為硫化劑。硫黃—含雙鍵的聚合物有機(jī)過(guò)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(lèi)次磺酰胺類(lèi)秋蘭姆類(lèi)2023/12/5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。活性劑多為金屬氧化物，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。2023/12/5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（SiO2·nH2O）超細(xì)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(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2023/12/5防老劑橡膠的老化：橡膠在加工、貯存和使用過(guò)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、抗氧劑、紫外吸收劑、光屏蔽劑2023/12/5橡膠制品種類(lèi)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：生膠體系硫化交聯(lián)體系填充補(bǔ)強(qiáng)體系軟化增塑體系穩(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(lèi)及用量。橡膠的配方設(shè)計(jì)四種配方組分名稱(chēng)基本配方/質(zhì)量份質(zhì)量分?jǐn)?shù)配方/%休積分?jǐn)?shù)配方/%生產(chǎn)配方/kg生膠10060.0073.7020.00硫磺2.61.570.860.52促進(jìn)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(jì)166.50100.00100.0033.302023/12/5橡膠的成型加工過(guò)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(guò)程中，首先通過(guò)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)槿彳洝⒈阌诩庸さ乃苄誀顟B(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(zhǎng)，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(zhǎng)鏈分子的位移運(yùn)動(dòng)。所以減少橡膠分子鏈的長(zhǎng)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(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(lèi)。機(jī)械塑煉法：采用開(kāi)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?；瘜W(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2023/12/5工業(yè)中廣為采用的是機(jī)械塑煉法。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，因而影響塑煉效果的因素也不相同。塑煉方法

1開(kāi)煉機(jī)塑煉

2密煉機(jī)塑煉

3螺桿塑煉機(jī)2023/12/5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2023/12/5開(kāi)煉機(jī)塑煉2023/12/5密煉機(jī)塑煉2023/12/5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(guò)程稱(chēng)為混煉?；鞜?023/12/5混煉過(guò)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。

2023/12/5（1）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(zhǎng)率試樣在拉伸破壞時(shí)，伸長(zhǎng)部分的長(zhǎng)度與原長(zhǎng)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(biāo)之一。用硬度計(jì)來(lái)測(cè)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)2023/12/5（4）定伸應(yīng)力試樣在一定伸長(zhǎng)（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(lái)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(chēng)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）2023/12/5順丁橡膠全名為順式-1,4-聚丁二烯橡膠，butadienerubber，簡(jiǎn)稱(chēng)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(chē)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(shù)脂改性劑等。2023/12/5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。2023/12/5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、改性乙丙和熱塑性乙丙。而三元乙丙橡膠(EPDM)已在汽車(chē)密封條行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)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(bǔ)了乙丙橡膠生膠價(jià)格高的缺點(diǎn)，并且對(duì)高門(mén)尼值的乙丙橡膠來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)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(guò)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(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(zhǎng)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(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(jiàn)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(guò)熱蒸汽中，近100h后外觀無(wú)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(shí)間外觀發(fā)生明顯劣化現(xiàn)象。耐過(guò)熱水性能乙丙橡膠耐過(guò)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(guò)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(wú)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。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(lái)制造汽車(chē)、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(guò)率僅為天然橡膠的1/7，丁苯橡膠的1/5，而對(duì)蒸汽的透過(guò)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(nèi)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