《精编》橡胶基本知识培训讲解

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1、1 概述 高弹性 在外力作用下具有较大的弹性形变 最高可达1000 除去外力后变形很快恢复 柔软性好 硬度低 具有高分子材料的共性 粘弹性 绝缘性 环境老化性 密度小 橡胶的特征 2 1 天然橡胶的发现和利用 橡胶的发展历史 早在11世纪 南美洲人即已开始利用野生天然橡胶 1496 哥伦布第二次到美洲 发现橡胶树 1736年法国人孔达米纳参加法国科学院赴南美考察队 观察到三叶橡胶树流出的胶乳可固化为具有弹性的物质 1823 英国人麦金托什创办第一个橡胶防水布厂 橡胶工业的开始 同期 英国人Hancock发现橡胶通过两个转动滚筒的缝隙反复加工 可以降低弹性 提高塑性 这一发现奠定了橡胶加工的基础

2、 他被公认为世界橡胶工业的先驱 1839 Goodyear发现硫磺可使橡胶硫化 奠定橡胶加工业的基础 1888 Dunlop发明充气轮胎 橡胶工业真正起飞 1904 Mote采用碳黑对橡胶进行增强 概述 3 2 合成橡胶的发现和应用 1900 确定了天然橡胶的结构 合成橡胶成为可能 1932 前苏联使丁钠橡胶工业化 之后相继出现了氯丁 丁腈 丁苯橡胶 19世纪50年代 Zeigler Natta催化剂的发现 导致合成橡胶的新飞跃 出现了顺丁 乙丙 异戊橡胶 1965 1973 出现了热塑性弹性体 即第三代橡胶 茂金属催化剂给橡胶工业带来新的革命 现在已合成了茂金属乙丙橡胶等新型橡胶品种 环氧化

3、 接枝 共混 动态硫化等技术的采用 橡胶向着高性能化 功能化特种化方向发展 橡胶的发展历史 概述 4 国内发展现状 从2003年起 中国即成为世界第一橡胶消费大国 但我们又是一个橡胶资源匮乏的国家 十五 以来 国内消费的天然橡胶65 以上 合成橡胶40 以上靠进口 概述 5 橡胶的分类 通用合成橡胶 特种合成橡胶 丁苯橡胶 SBR 顺丁橡胶 BR 丁腈橡胶 NBR 乙丙橡胶 EPDM 氯丁橡胶 CR 异戊橡胶 IR 硅橡胶 SiR 氟橡胶 FPM 聚氨酯橡胶 PU 按来源和用途分 合成橡胶 天然橡胶 按形态分 固体 液体 粉末橡胶 概述 6 橡胶的配合与加工工艺 1 橡胶的配合 根据制品性能要

4、求 进行配方设计 生胶体系 天然橡胶 合成橡胶 生胶的替代材料 再生胶及热塑性树脂等 硫化体系 硫化剂 硫黄 含硫化合物 过氧化物 醌类化合物 胺类化合物等 硫化促进剂 硫化活性剂 提高促进剂的活性 增强体系 炭黑 白炭黑等 轮胎里含量达到50 增强 耐磨 另 增塑剂 防老剂 可赋予橡胶特有功能的配合剂等 概述 7 橡胶的组分 以生胶为主要成分 添加各种配合剂和增强材料制成的 生胶 指无配合剂 未经硫化的橡胶 按原料来源有天然橡胶和合成橡胶 概述 8 用来改善橡胶的某些性能 常用配合剂有硫化剂 硫化促进剂 活化剂 填充剂 增塑剂 防老化剂 着色剂等 硫化剂 使生胶结构由线型转变为交联体型结构常

5、用硫化剂有硫磺和含硫化合物 有机过氧化物 胺类化合物 树脂类化合物 金属氧化物等 配合剂 概述 9 活化剂 用来提高促进剂的活性 常用活化剂有氧化锌 氧化镁 硬酯酸等 硫化促进剂 缩短硫化时间 降低硫化温度 改善橡胶性能 常用促进剂有二硫化氨基甲酸盐 黄原酸盐类 噻唑类等有机物 概述 10 填充剂 提高橡胶强度 改善工艺性能和降低成本 补强剂如炭黑 白炭黑 氧化锌 氧化镁等 用于降低成本的填充剂 如滑石粉 硫酸钡等 增塑剂 增加橡胶的塑性和柔韧性 常用增塑剂有石油系列 煤油系列和松焦油系列增塑剂 概述 11 防老剂 防止或延缓橡胶老化 硫化 概述 胺类 酚类 作用机理 化学防老 物理防老如石蜡

6、 硫化剂 12 2 橡胶加工工艺 包括塑炼 混炼 压延 压出 成型 硫化等工艺 a 塑炼 使生胶由弹性状态转变为具有可塑性状态的工艺过程 依靠机械力 热和氧的作用 使橡胶大分子断裂 以降低分子量 粘度 弹性 获得可塑性 流动性和可加工性 设备 开炼机 密炼机 橡胶的配合与加工工艺 概述 13 概述 14 b 混炼 将各种配合剂混入生胶中制成均匀的混炼胶设备 开炼机 密炼机 橡胶的配合与加工工艺 概述 15 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或薄膜状材料 或者将聚合物覆盖并附着于纺织物表面 如胶布 c 压延 橡胶的配合与加工工

7、艺 概述 16 压延完成的作业 胶料的压片 压型 贴合 纺织物的贴胶 擦胶设备 压延机 最普遍为三辊或四辊 概述 17 概述 18 压片 把混炼胶制成具有规定厚度 宽度和光滑表面的胶片 压型 将胶料制成表面有花纹并具有一定断面形状的带状胶片 主要制造胶鞋大底 轮胎胎面 贴合 通过压延使两层薄胶片合成一层胶片 纺织物的贴胶 使胶料和织物挂胶织物的作业 纺织物的擦胶 利用压延机辊筒转速不同 把胶料擦入织物线缝中 概述 19 d 压出 胶料通过压出机或螺杆挤出机制成各种复杂断面形状的半成品的工艺过程制品 胶条 胶管 门窗密封条 e 成型 把构成制品的各部件 通过粘贴 压合等方法组成具有一定形状的整体

8、的制品 概述 20 f 硫化 胶料在一定压力和温度下 橡胶大分子由线性结构变为网状结构的交联过程 概述 21 天然橡胶 NR 98 NR来自巴西橡胶树 三叶橡胶树 全世界NR的90 以上产自东南亚地区 主要是马来西亚 印尼 斯里兰卡 泰国 至今NR的消耗量仍约占橡胶总消耗量的40 天然橡胶 22 弹性佳 在通用橡胶里仅次于顺丁橡胶 天然橡胶的性能和应用 原因 NR分子主链上与双键相邻的 键容易旋转 分子柔性好 在常温处于无定形状态 分子链上侧甲基体积小 数目少 位阻效应小 非极性分子 分子间相互作用小 对分子链内旋转约束和阻碍小 强度较高 在外力作用下拉伸结晶 纯NR硫化胶拉伸强度可达17 2

9、5MPa 用炭黑增强可达25 35MPa 天然橡胶 原因 23 天然橡胶的性能和应用 加工性能好 容易进行塑炼 混炼 压延 压出等 良好的耐屈挠疲劳性能 滞后损失小 良好的气密性 防水性 电绝缘性和隔热性 缺点 耐油性 耐老化性 臭氧 热氧 差 天然橡胶 具有最好的综合力学性能和加工性能 广泛应用于轮胎 胶管 胶带等各种工业橡胶制品 是用途最广的橡胶品种 24 主要应用于轮胎工业 也适合于胶管 胶带 胶鞋以及其他橡胶制品 SBR适合制造高硬度质轻的制品 如鞋底 滑冰轮 铺地材料 硬质胶管等 丁苯橡胶的应用 通用合成橡胶 25 1984年 德国Nordsiek提出集成橡胶概念 同年 德国N ls

10、公司采用St 异戊二烯 Ip 丁二烯 Bd 作为单体合成出了集成橡胶 SIBR 1990年 美国Goodrear橡胶轮胎公司将SIBR产业化 集成橡胶 通用合成橡胶 26 异丁烯和少量异戊二烯 0 5 3 的共聚物 1943年 实现通用丁基橡胶的工业化 阳离子聚合 1960 1971年先后实现氯化IIR和溴化IIR的工业化 丁基橡胶 isobutyleneandisoprenerubber IIR 制备和品种 通用合成橡胶 27 气密性非常好 透气性是SBR的1 8 NR的1 20 BR的1 30 适合制作气密性产品 如内胎 球胆 瓶塞等 与乙丙橡胶同属非极性饱和橡胶 具有很好的耐热性 耐老化

11、性 化学稳定性和绝缘性 水渗透率极低 耐水性优良 在常温下的吸水速率比其他橡胶低10 15倍 丁基橡胶硫化速度慢 需要高温或长时间硫化 与其他橡胶的相容性较差 仅能与乙丙橡胶 聚乙烯并用 丁基橡胶的性能与应用 通用合成橡胶 28 以乙烯 丙烯为原料 采用钒或钛的氯化物与烷基铝催化剂共聚而成 乙丙橡胶的增长速度是合成橡胶里最快的 主要生产方法为悬浮法和溶液法 乙丙橡胶 1 制备和品种 根据是否加入第三单体可分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶 第三单体主要有 降冰片烯 ENB 双环戊二烯 DCPD 1 4 己二烯 HD 通用合成橡胶 29 二元乙丙橡胶不能用硫化 三元乙丙橡胶主链为饱和结构 侧链带不饱

12、和基团 1 2mol 三元体系保持二元乙丙橡胶的各种优良特性 且可硫黄硫化 常用乙丙橡胶为无定形橡胶 在较宽温度范围内保持良好的柔性和弹性 乙烯含量在60 左右 综合性能最好 2 乙丙橡胶的结构 通用合成橡胶 30 优异耐热性 耐老化性 120 可长期使用 耐化学腐蚀性能好 对各种极性药品 酸 碱均有较强的抗耐性 良好的弹性和低温性能 在通用橡胶中仅次于天然橡胶和顺丁橡胶 耐水性优异 在通用合成橡胶中是最好的 在所有橡胶中 密度最低 具有高填充性 缺点 采用硫黄体系硫化速度慢 难与不饱和橡胶并用 耐燃性 耐油性 气密性 粘结性较差 3 乙丙橡胶的性能与应用 应用 主要是车窗密封条 散热器软管等

13、 通用合成橡胶 31 以2 氯 1 3 丁二烯为原料 采用自由基乳液聚合而成以反式1 4 加成为主 占88 92 反式结构易于结晶 结晶能力大于NR 顺丁和丁基橡胶硫化和氧化反应活性均比NR SBR 丁腈和顺丁橡胶低 耐老化性能比一般不饱和橡胶好得多 氯丁橡胶 chloroprenerubber CR 结构特点 通用合成橡胶 32 所有合成橡胶中密度最大的 1 23 1 25 氯原子存在 极性橡胶 良好结晶能力 良好的力学性能 自增强橡胶 优异耐燃性能和粘结性能 耐氧化性能仅次于乙丙和丁基橡胶 耐油性仅次于丁腈橡胶 应用领域 阻燃制品 耐油制品 粘合剂等 性能用途 氯丁橡胶 chloropre

14、nerubber CR 通用合成橡胶 33 特种用途 用量较少 多属于饱和橡胶 丁腈除外 多为极性橡胶 硅橡胶除外 特种合成橡胶 特种合成橡胶 34 目前用量最大的特种合成橡胶 以丁二烯和丙烯腈为原料 采用自由基乳液聚合而成 以低温聚合为主 丙烯腈的含量是影响丁腈橡胶的重要指标 其含量一般在15 50 范围内 丁腈橡胶 1 制备和品种 特种合成橡胶 35 丁腈橡胶的结构 性能与应用 化学结构 丙烯腈含量提高 大分子极性增加 内聚能密度提高 加工性能变好 硫化速度加快 耐热 耐磨性能 气密性提高 但弹性降低 耐寒性能下降 属于非结晶性的极性不饱和橡胶 耐油性仅次于聚硫橡胶 氟橡胶 丙烯酸酯橡胶

15、用途 耐油制品 耐油胶管 胶辊 密封圈 贮槽衬里等 特种合成橡胶 36 羧基丁腈橡胶 与丙烯酸类第三单体共聚 如丙烯酸或甲基丙烯酸 羧基的加入 增加了极性 耐油性进一步提高 还具有突出的高强度 良好的粘着性和耐老化性能 液体丁腈橡胶 分子量600 7000 主要作固体丁腈橡胶的增塑剂用 高饱和丁腈橡胶 氢化丁腈橡胶 将丁腈橡胶溶于适当溶剂中 催化加氢得到 耐油性 耐热性提高 特种丁腈橡胶 特种合成橡胶 37 由硅氧烷与其他有机硅单体共聚而成分子链兼有无机和有机性质的高分子弹性体 硅橡胶 1 硅橡胶的制备和品种 加成反应型硅橡胶 热硫化硅橡胶 硅橡胶 有机过氧化物硫化剂 经加热自由基交联 分子量

16、40 60万 是最早应用的一类橡胶 室温硫化硅橡胶 分子量较低 常为粘稠状液体 分子两端含有羟基或乙酰氧基 这些活性官能团发生缩合反应 形成交联结构而成为弹性体 官能度为2的含乙烯端基的聚二甲基硅氧烷在铂催化剂作用下 与多官能度含氢硅烷加成而交联 生胶一般为液态 特种合成橡胶 38 分子主链由Si和O交替组成 主链高度饱和 Si O键的键能 165kJ mol 比C C键能 84kJ mol 大得多 Si O柔顺性好 分子内 分子间的作用力小 硅橡胶属于一种半无机的饱和 杂链 非极性弹性体 优异的耐高 低温性能 所有橡胶中最宽的工作温度范围 100 350 优异的耐老化 热氧 臭氧 气候 性能 极好的疏水性及电绝缘性 并具有低表面能和表面张力 2 硅橡胶的结构 性能与应用 R R1 R2为甲基 乙烯基 氟原子 氰基 苯基等 特种合成橡胶 39 缺点 不耐酸碱 遇到酸碱发生解聚 生胶的强度很低 0 3MPa 使用常加增强剂白炭黑广泛应用于宇航工业 电子 电气工业的防震 防潮灌封材料 汽车工业的密封件和医疗卫生制品等 特种合成橡胶 40 偏二氟乙烯与六氟丙烯的乳液共聚物 分子主链高度饱和