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1、 橡胶及其在汽车上的应用-何烈秋1.橡胶的特性及其组成成分1.1 橡胶的特性橡胶是一种有机高分子化合物，是工业上用途广泛的工程材料。它的独特性能就是具有高弹性。弹性 对物体加以外力就可使之变形，外力刚一失去，它又恢复原状这就是弹性变形最明显的表现。橡胶这种极为可贵的高度弹性，是其它任何工程材料所没有的。机械性能有一定的机械强度，有缓和冲击、吸收震动的能力，物理性能耐磨、绝缘、不透水、不透气等优良性能。特种性能某些特种合成橡胶还具有耐油、耐腐蚀、耐热、耐寒、耐燃、耐老化、耐辐射等特点。改性橡胶未经硫化的橡胶还能与某些树脂参合改变性能。复合橡胶与其他材料（Ex 金属、纤维、塑料、石棉、软木）结合而
2、组成兼有两者特点的符合材料。由于橡胶具有上述可贵的性能，因此，现在用橡胶制造的型材（Ex 胶管、胶带、胶板）和其他制品，已有几万个品种，广泛地用于国民经济的各个部门，起到其他材料所不能替代的重要作用。1.2 橡胶的结构橡胶的一系列特有性能是由它本身的分子结构而决定的。橡胶的分子结构有：线型、支链型、体型三种类型。未经硫化的生胶和乳胶是线型的或含有支链型的分子。硫化后的橡胶则是体型结构。我们常见的大块生胶或牛奶般的乳胶，它们里面就是由许多细长而又很大柔顺性和流动性的线型分子链所组成。通常，这种长链的橡胶分子往往卷曲成无规则、其乱如麻的线团，并且相互缠曲；当受到外力拉伸时，分子链就伸直，外力去除后
3、，又恢复成卷曲状态，这就是橡胶高弹性的来源。硫化后，不同分子链之间相互连接成立体网状结构，这种网状结构就是我们所说的体型结构，它使橡胶的物理机械性能得到全面的增强，从而具有实际的使用价值。1.3 橡胶的成分橡胶的主要成分是生橡胶天然的或合成的。生橡胶是一种不饱和的橡胶烃烯烃，它是线型的或含有支链型的长链状分子，分子中含有不稳定的双键，所以性能上有许多缺点， （例如受热发粘、遇冷变硬）不能直接用来制造橡胶制品。只能在 5-35范围内保持弹性；同时强度差、不耐磨、不耐溶剂，所以生橡胶只有在经过特种的物理、化学过程，即所谓的硫化处理之后，才具有橡胶的各种特性。1.4 橡胶的硫化硫化是橡胶加工的一个重
4、要工艺过程。如上所述，未经硫化的生胶在使用上是没有什麽价值的。所谓“硫化” ，就是将一定量的硫化剂（最常用的硫化剂是硫磺）加入生胶中，在规定的温度下加热、保温的一种加工过程。它使生胶的线型分子间通过生成的“硫桥”而互相交联成立体的网状结构，从而使塑性的胶料变成具有高弹性的硫化胶。随着合成橡胶的迅速发展，现在硫化剂的品种很多。除用硫磺外，还可以用有机多硫化物、过氧化物、金属氧化物等。近年来还发展了用原子辐射的方法直接进行交联作用。1.5 橡胶的配合剂为了使橡胶获得其它必要的性能，生胶中除了加入硫化剂外，还加入有各种配合剂。不同用途的橡胶，在生胶中加入的配合剂的品种和数量，也是各不相同的。这些物质
5、根据它们所起的作用不同而分为下列不同种类：A.补强剂它是指那些能提高硫化胶的抗张强度、撕裂强度、耐磨性等物理机械性能的物质，如碳黑、氧化锌、白碳黑、活性陶土、活性碳酸钙以及木质素、古玛隆树脂等。其中用量最多、效果最好的是碳黑。B.软化剂它是用来增强生胶塑性和使橡胶具有一定柔软性的物质。软化剂有松焦油、松香、矿物油类和脂类合成有机化合物。C.填充剂又叫增容剂。主要用来增加橡胶容积，节约生胶，降低生产成本。通常用的填充剂有未经活化处理的碳酸钙、碳酸镁、陶土、滑石粉、云母粉以及硫酸钡等。D.防老剂它是用来减缓老化过程、延长橡胶使用寿命的一种物质，如防老剂 A、防老剂 D、防老剂 4010等都是。腊类
6、也是一种有效的防老剂。E.硫化促进剂和活性剂硫化促进剂是用来促进硫化过程，活性剂是配合硫化剂加速硫化过程的。F.其它特种添加剂某些特种用途的橡胶，还有专门的配合剂，例如发泡剂、硬化剂等等。2.橡胶的分类2.1 按橡胶来源区分A 天然橡胶：它是采集橡胶树或橡胶草等含胶植物中的胶汁，经过去除杂质、凝聚、滚压、干燥等加工步骤而制成的，其主要化学组成成分是不饱和的橡胶烃（顺式聚异戊二烯） 。天然橡胶盛产于东南亚地区，原来是世界橡胶工业的主要原料来源，自上世纪 60 年代以来，合成橡胶迅速发展，东南亚的橡胶产量比例已大量下降（30%） 。B 合成橡胶它是从石油、天然气或煤和石灰石以及农副产品中提炼某些低
7、分子的不饱和烃作原料，制成所谓“单体”物质，然后，经过复杂的化学反应而获得人工合成的高分子聚合物，所以也叫“人工橡胶” 。合成橡胶不但在一系列性能上优于天然橡胶，而且由于原料来源广泛、资源充沛，价格也就相对便宜，同时不受地区、气候条件和时间得限制，可以按照人们的意愿进行生产，充分满足各方面的不同需求。所以从石油化工迅猛发展以来，合成橡胶产量也随之激增，目前已大大超过天然橡胶的产量，成为现代橡胶工业的主要原料来源。合成橡胶的品种很多，现在已开始工业化生产的主要有：异戊、丁苯、顺丁、氯丁、丁基、丁睛、乙丙、氯磺化聚乙烯、丙烯酸脂、聚氨脂、硅、氟、聚硫、氯醇橡胶等等。2.2 按橡胶用途区分A 通用橡
8、胶指产量大、应用广、在使用上一般没有特殊性能要求的通用性橡胶。主要有：天然、丁苯、顺丁、异戊、氯丁、丁基、丁睛橡胶。其中后三者也可作特种橡胶使用。B 特种橡胶指用在特殊用途上（如：耐油、耐酸、耐碱、耐高温、耐低温、耐辐射等）的橡胶，主要有：乙丙、氯磺化聚乙烯、丙烯酸脂、聚氨脂、硅、氟、聚硫、氯醇橡胶等，目前这方面还在不断研制、发展新的品种。2.3 按橡胶物理状态区分生橡胶简称生胶，是指天然采集、提炼或人工合成、未加配合剂而制造出来的原始胶料，为较硬的大块。生胶是一种不饱和的橡胶烃，分子中有双键存在，所以性能较差，不能直接使用。熟橡胶（软橡胶）又称软橡胶，或称橡皮。是指在生胶中加入各种配合剂，经
9、过塑炼、混炼、硫化等加工工艺，而制成具有高弹性、高强度和其他适用性能的橡胶产品。一般所谓橡胶就是指这种橡胶而言。根据各种工业技术制品的需要，软橡胶可用不同性能的天然或合成生橡胶，加入各种不同比例的配合剂，就可以制成不同硬度和具有各种特殊性能的橡胶制品。硬橡胶也叫硬质橡胶，它与软橡胶不同之处，是含有大量硫磺（25-50%）的生胶经过硫化后而制成的硬质制品。这种橡胶具有较高的硬度和强度，优良的电绝缘性以及对某些酸、碱和溶剂的高稳定性。广泛地用于制作电气绝缘制品和耐化学腐蚀制品。混橡胶它是指在生胶中加入各种配合剂，经过机械混合加工后，使胶料具有所需要的物理机械性能的半成品，俗称胶料。通常作为商品出售
10、，购买者可直接用它来加工、硫化压制成所需要的橡胶制品，不需要再配制胶料。混炼胶有不同的品种和牌号，其性能用途可参考各生产厂的产品目录或产品说明书。再生胶是以废旧橡胶制品为原料，经过一定的加工过程而制成具有一定塑性的翻新橡胶。它也是橡胶工业中主要原料之一，可以部分地代替和节约生胶。液体橡胶它是上世纪 60 年代中期新崛起的合成橡胶材料，它是一种低分子量聚合物，常温下为液体状态。带有橡胶的弹性和强力。工业上最早生产的是液体聚硫橡胶，到目前为止，已出现有了丁苯、丁睛、氯丁、丁基等品种而且发展趋势迅猛，几乎所有的大品种橡胶都有相应的液体橡胶。它的主要用途目前依然是作为胶粘剂使用，但其加工方便，除了制作
11、涂料、密封材料、火箭燃料外，还可以通过浇注、挤压、和注射成型，制作各种制品，这种新的成型工艺简单，不象固体橡胶那样复杂，可以省略塑炼、混炼等许多工序。如在注射成型时可以同时进行硫化或提高预硫化程度。由于它是液态、流动性好，还可以进行连续化和自动化操作，因此，低分子液态橡胶的出现，对于橡胶制品加工工艺来说，将是一件具有变革意义的事情，将会推动橡胶工业的技术革新。3.常用橡胶的品种、性能和用途常用橡胶的品种、性能和用途，如下表所示；表 1 常用橡胶的品种、性能和用途品种（代号）化学组成性能特点主要用途1以橡胶烃(聚异戊二弹性大、定伸强力高、抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐寒性良好，加工轮胎、胶鞋
12、、胶管、胶带、天然橡胶(NR)烯)为主,含有少量蛋白质、水分树脂酸、糖类和无机盐等性能佳，易与其它材料粘合，在综合性能方面优于多数合成橡胶。缺点耐氧及臭氧性差，容易老化变质，耐油和耐溶剂性不好，抵抗酸碱腐蚀能力差，耐热性不高，不适用于 100以上环境电线电缆的绝缘护套及其它通用场所2丁苯橡胶（SBR）丁乙烯和苯乙烯的聚合物性能接近天然橡胶，是目前产量最大的通用合成橡胶，耐磨性、耐老化性、耐热性优于天然橡胶，质地比天然橡胶均匀；但弹性较低，抗曲绕、抗撕裂性能差，加工性能差，特别是自粘性差、生胶强度低，制成的轮胎使用时发热量大、寿命较短代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶带及其它通用场所3顺丁橡胶
13、（BR）由丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶结构与天然橡胶基本一致，弹性与耐磨性优良，耐老化性好，耐低温性好，动负荷发热量小，易与金属粘合；但强力较低，抗撕裂性差，加工与自粘性差，产量仅次于丁苯与天然或丁苯橡胶混用，制作轮胎胎面、运输带和特殊耐寒制品4异戊橡胶（IR）是以异戊二烯为单体，聚合而成的一种顺式结构橡胶化学组成、立体结构均与天然橡胶相似，性能也非常接近，故也称合成天然橡胶。具有天然橡胶的大部分优点，耐老化性优于天然橡胶，但弹性和强力比不上，加工性差，成本高可代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶带及其它通用场所5氯丁橡胶（CR）是由氯丁二烯作单体、乳液聚合而成的聚合物含有氯原子，有抗氧、臭氧
14、性，不易燃、着火后能自灭，耐油、溶剂、酸碱、老化，气密性好，物理机械性能同天然橡胶。可作通用橡胶和特殊橡胶使用。但耐寒性差、比重大、成本较高，电绝缘性差，加工性差；生胶稳定性差、不易保存。产量次于 SBR、BR 居第 3 位抗臭氧、耐老化性高的重型电缆护套，耐油、化学腐蚀的胶管、胶带、化工设备衬里，地下设备，及各种垫圈、密封圈、黏结剂6丁基橡是异丁烯和少量异戊二烯或丁二烯气密性小，耐臭氧、老化，耐热较高（长期工作 130以下），能耐强酸和一般有机溶剂，吸振及阻尼性能良好、电绝缘性好，但弹性差、加工性能差、内胎.水胎.气球、电缆绝缘层化工设备衬里及防振、耐胶（IIR）的共聚体硫化速度慢、粘着性和
15、耐油性差。热运输带、耐热耐老化胶布7丁腈橡胶（NBR）丁二烯和丙烯腈的共聚体耐油、耐热性好，气密、耐磨、耐水性较好，粘接力强；但耐寒、耐臭氧性较差，弹力和强力低，耐酸性、电绝缘性差，耐极性溶剂性能差制着各种耐油制品（胶管、密封圈、储油槽衬里）耐热运输带8乙丙橡胶（EPM）乙烯和丙烯的共聚体、分二元和三元乙丙橡胶比重最小（0.865）颜色最浅.成本较低。耐化学稳定性最好（浓硝酸外）耐臭氧、老化性好.电绝缘性好.耐热（150）.耐极性溶剂（酮.脂.但不耐脂肪酸及芳香烃）容易着色并稳定；但黏着性差、硫化速度慢；综合性能略次于天然橡胶而优于丁苯胶化工设备衬里.电线电缆包皮.蒸汽胶管.耐热运输带.汽车配
16、件及其他工业制品9.硅橡胶主链含有硅.氧原子的特无毒无味.耐高低温（-100-300）.电绝缘性好.耐氧化和臭氧.化学惰性大；高低温制品（胶管.密封件）（Si）殊橡胶.主要是硅起作用但机械强度低.耐油.耐溶剂.耐酸碱性差.难硫化，价格较贵高温电缆绝缘层.食品及医药工业10.氟橡胶（FPM）含氟单体共聚而得的有机弹性体耐高温（300），耐油.耐酸碱.抗辐射.高真空性，电绝缘性.机械性能.耐化学药品腐蚀.耐臭氧.耐老化，综合性能好；但加工性差.价格高.耐寒性差.弹性透气性低国防及要求高的密封场所。气门密封圈11.聚胺脂橡胶（UR）由聚脂（或聚醚）与二乙氰酸脂类化合物聚合而成耐磨性能高，强度、弹性、耐油性好，耐臭氧.气密性较好；但耐温性较差.耐水及耐酸碱性差.耐氯化烃及芳香族有机溶剂差制作轮胎及耐磨.耐油.耐苯条件下高强度零件12.聚丙烯酸脂橡胶（AR）丙烯酸脂与丙烯酸腈乳液共聚而成兼有良好的耐热.耐油性能（可在 180油中使用），耐老化.耐氧及臭氧.耐紫外线.气密性好；但耐寒性较差.水中会膨胀.耐乙二醇及高芳香类溶剂差.弹性和耐磨.
