《【2017年整理】高分子材料橡胶》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】高分子材料橡胶（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 橡胶,4.1 概述4.2 天然橡胶4.3 通用合成橡胶4.4 特种合成橡胶,4.1 概述宝贵的高弹性。大致分为轮胎、胶管、胶带、鞋业制品和其他橡胶制品，其中轮胎制品的橡胶消耗量最大，约占世界橡胶量的50%60%，全世界年橡胶用量约1700万吨。4.1.1 橡胶的特征（常温下的高弹性）橡胶为什么会有弹性呢？橡胶分子之间的作用力状况决定了橡胶的柔性。,橡胶,4.1.2 橡胶的发展史1. 天然橡胶的发展和利用时期14931496年，哥伦布在发现新大陆，发现植物汁液做成的橡胶(Rubber)。1823年，苏格兰人发明雨衣。1839年，发明了硫化橡胶。1845年，汤姆森发明了充气橡胶,1890年
2、，轮胎用于自行车1895年，汽车也装上了轮胎。,2 合成橡胶的发展和应用时期 德国首先用异戊二烯中合成了橡胶。 一战时期的德国，曾制成一种叫甲基橡胶的合成橡胶。1955年，(齐格勒纳塔催化剂)聚合异戊二烯。首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。,4.1.3 橡胶的分类,来源、用途,天然橡胶,特种合成橡胶,合成橡胶,通用合成橡胶,橡胶形态,粉末橡胶,固体橡胶,液体橡胶,碳链橡胶,化学结构,杂链橡胶,4.1.4 橡胶的配合生产工艺：生胶塑炼 混炼 压延或压出 半成品 成型 硫化 修整 成品,生胶：天然和合成橡胶为橡胶制品的主要成分。2. 硫化体系a. 硫化剂：在一定条件下，能使
3、橡胶发生交联的物质，称之为硫化剂。,硫化：橡胶的交联过称称之为硫化，硫化的实质使线型橡胶分子交联形成体网状结构。,（1）硫、硒、碲等元素，最常用的是硫磺。（2）金属氧化物：如氧化锌、氧化镁。（3）有机过氧化物：如过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯。（4）有机含硫化物：主要有秋兰姆。（5）醌类化合物。,硫化剂的种类（结构）：,b. 硫化促进剂：凡能加快橡胶与硫化剂反应速度，缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，并能改善硫化胶物理机械性能的物质称为硫化促进剂。硫化促进剂的分类： 无机：效率低，硫化胶性能差。 有机：效率高，硫化特性好，硫化胶的物理机械性能 与耐老化性能优良。化学结构 ：二硫代氨基甲
4、酸盐类、秋兰姆类、噻唑类、次磺酰胺类、醛胺类、硫脲类、胺类等。促进效率：超促进剂，中超促进剂、中速促进剂和弱促进剂。,c. 硫化活性剂：指能促进促进剂活性，充分发挥其效能，并能达到减少促进剂用量或缩短硫化时间的一类物质。,硫化活性剂分类：无机：金属氧化物，如氧化锌、氧化镁、氧化铝、 氧化钙等。有机：脂肪酸，如硬脂酸、油酸、月桂酸等。,3. 填充增强体系：凡能提高橡胶物理机械性能的物质称补强剂，凡在胶料中能增加容积的物质叫为填料。常用补强剂是炭黑，其次是白炭黑，还有碳酸钙、碳酸镁、陶土等。4. 软化增塑体系：分子量较低的化合物。使橡胶分子链间作用力降低，混炼时间变短，流动性增加，便于成型。,防老
5、剂：凡能防止和延缓橡胶老化的物质称为防老剂（抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂）,5. 防护体系： 延缓橡胶老化，延长使用寿命。老化：受氧、臭氧、光、热、高能辐射、应力作用，逐渐发粘、变硬、弹性降低的现象。,4.2 天然橡胶（NR）,（1）天然橡胶品种 新鲜胶乳 浓缩胶乳 干胶（生胶）,胶乳制品,a. 通用固体天然橡胶：可分为烟胶片、风干胶片、皱胶片和 颗粒胶。,特殊固体橡胶：采用特殊方法加工，使天然胶具特殊操作性能和理化性能。包括易操作橡胶、纯化天然橡、胶清橡胶、炭黑共沉淀胶、粘土共沉淀胶等。改性天然橡胶：改变原来天然橡胶的物理和化学性质或进行化学改性（接枝共混），使其具有不同于天然橡胶的性质和用途
6、。 例如难结晶橡胶，接枝天然胶、热塑天然胶、环化天然胶、 环氧化天然胶、液体天然胶、氯化天然胶等。,（2）天然胶的组成与结构 橡胶烃：30%-42%，聚异戊二烯。 丙酮抽提物：1%-1.3%，类酯类和分解物，有防老化作用。 蛋白质：1.62%，影响橡胶的电绝缘性和耐水性。 灰分：0.3%-0.5%，无机盐类及少量的金属化合物，金属离 子会加速天然橡胶的老化。 水份：55%-64%，水分过多易使生胶发霉，硫化时长生气泡，并降低电绝缘性。,（3）性能及用途性能：具有良好的综合性能，包括良好的弹性，机械强度，是一种结晶性橡胶，还有很好的抗疲劳性能、滞后损失小，多次形变时发热低，还有良好的气密性、防水
7、性和可恢复原有弹性。天然橡胶为非极性物质。可进行加成，取代、氯化、交联等反应。用途：大量用于制造各种轮胎及工业橡胶制品，如胶管、胶带等，日常生活用品，如胶鞋、雨衣及医疗卫生用品。,4.3 通用合成橡胶4.3.1丁苯橡胶（styrene-Butaeliene-Rubber, SBR） 结构：,1. 种类和制法,（1）乳聚高温丁苯橡胶：以丁二烯75份和苯乙烯25份，水为分散相，在50下聚合可得丁苯橡胶。（2）乳聚低温丁苯橡胶：丁二烯12份和苯乙烯28份，以水分散相，在5下进行自由基聚合。,（3）溶聚丁苯橡胶：在有机溶剂中，以丁二烯、苯乙烯为单体，烷基锂为催化剂，进行阴离子共聚得丁苯橡胶。,2. 性
8、能与用途：耐磨、耐热、耐油、耐老化性能比天然橡胶好，不易焦烧和过硫，与天然橡胶，混溶性好。缺点是弹性、耐寒性、抗撕裂性和粘着性较天然橡胶差，纯胶强度低，生热高，硫化速度慢，但成本低。主要用于制造轮胎及其它工业、橡胶制品。,4.3.2聚丁二烯橡胶（Butadiene, rubber, BR）1. 聚丁二烯的异构现象：,2. 聚合分类：用Zeigler-Nutta催化剂可得规整性好的二烯类橡胶。,聚合方法,溶聚丁二烯橡胶,丁钠橡胶,乳聚丁二烯橡胶,分子结构,反式丁二烯,顺势丁二烯,低顺式,中顺式,高顺式,3. 性能及用途：弹性高，是当前橡胶中弹性最好的，耐寒性好，是通用橡胶中耐低温性能最好的。耐磨
9、性能优良，与其它橡胶相容性好，缺点是拉伸强度和抗撕裂强度低于天然橡胶和丁苯橡胶，用于轮胎在湿路面易打滑，加工性能差。主要用于制造轮胎、胶鞋、胶带、胶辊等耐磨制品。,4.3.3氯丁橡（Chloroprene Rubber, CR）聚合：反应式：,2. 性能与用途：具有优异的耐燃性，是通用橡胶中耐燃性最好的一种。另外还具有优良的耐油性，耐溶剂性，良好的粘着性，耐水性和气密性。缺点是电绝缘性、耐寒性及贮存稳定性差。氯丁橡胶被广泛应用于各种橡胶制品，如耐热运输带，耐油、耐化学腐蚀胶管和化验室容器衬里、胶辊、密封胶条。,4.3.4 丁基橡胶（IIR）分子式,制法：按不饱和度即异戊二烯含量不同，可以合成：
10、0.6%-1.0%,1.1%-1.5%, 1.6%-2.0%,2.1%-2.5%,2.6%-3.0%五类。,2. 性能：优异的耐热性，最高使用温度可达200；优异的耐候性，很好的抗臭氧性能，是天然橡胶、丁苯橡胶的十倍；化学稳定性好，能耐酸、碱和极性溶剂；耐水性能优异；电绝缘性、减震性能良好；丁基橡胶是气密性最好的橡胶，其透气率约为天然橡胶的1/20，顺丁橡胶的1/30。缺点，硫化速度慢，长时间硫化，自粘性和互粘性差，与其它橡胶相溶性差，耐溶性不好。,3. 应用：主要用于气密性制品如汽车内胎，无内胎轮胎的气密层，也广泛应用于蒸汽软管，耐热输送带，化工设备衬里，耐热、耐水密封垫圈，电绝缘材料及防震
11、缓冲器等。,4.4 特种合成橡胶丁腈橡胶（NBR）：丁二烯与丙烯腈制得的弹行共聚物，分子结构式为：,丙烯腈含量越多，耐油性越好,但耐寒性则相应下降。它还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能。丁腈橡胶的极性非常强。丁腈胶最大的用途是生产耐油胶管及阻燃输送带，其次是密封制品，在电线电缆、胶粘剂、印刷和箱包制品等方面也有应用。,硅橡胶（SiR）：较高的耐热性，很好的耐寒性，能在-100-300很宽的温度范围内使用，还有良好的电绝缘性能和良好的耐候，耐臭氧性能，并且无毒、无味。可以制成,耐高温、耐低温的制品，如垫圈、密封线、高温电线、电缆料及食品工业、医疗卫生事业中的高温制品等。 缺点是价格昂贵，拉伸强度及抗撕裂强度低，耐酸碱腐蚀差。,氟橡胶（FPM）：是由含氟单体聚合或缩聚而得的高分子弹性体。氟橡胶具有优异的耐热性，耐候性好，对日光、臭氧均稳定，以及化学稳定性，耐油、耐有机溶剂及耐腐蚀性介质均优于其它橡胶。主要缺点是弹性和加工性能差、价格昂贵，是目前高科技部门，如宇航、导弹、火箭不可缺少的原材料，也可作耐高温耐多种介质腐蚀的制品。,
