第五章橡胶（高分子材料）课件.ppt

学习要求学习要求学习目的：学习目的：通过本节的学习，了解橡胶的结构特征、分类、性能及其结构分析、组成与加工工艺等；掌握天然橡胶的结构特征、性能，了解特制及特种天然橡胶的基本信息；掌握通用合成橡胶的结构特征及性能；掌握特种合成橡胶的特性与用途；了解特种橡胶材料的基本信息；了解胶乳的基本信息；掌握热塑性弹性体的概念、特性、品种与用途等学习重点：学习重点：1.天然橡胶的结构特征与性能；2.通用合成橡胶的结构特征及性能；3.特种合成橡胶的特性与用途；4.热塑性弹性体的概念、特性、品种与用途等学习难点：学习难点：1.橡胶的性能及其结构分析；2.热塑性弹性体的结构特征等第三章第三章 第二节第二节 橡胶橡胶32一、天然橡胶一、天然橡胶 二、通用合成橡胶二、通用合成橡胶（一）丁苯橡胶（一）丁苯橡胶（SBR）（二）顺丁橡胶（二）顺丁橡胶（cis-PBR）（三）氯丁橡胶（三）氯丁橡胶（CR）（四）丁基橡胶（四）丁基橡胶（IIR）（五）乙丙橡胶（五）乙丙橡胶 三、特种橡胶三、特种橡胶（一）丁腈橡胶（一）丁腈橡胶 （二）硅橡胶（二）硅橡胶（三）氟橡胶（三）氟橡胶 （四）丙烯酸酯橡胶（四）丙烯酸酯橡胶（五）聚氨酯橡胶（五）聚氨酯橡胶（六）聚硫橡胶（六）聚硫橡胶 四、特种性能的橡胶材料四、特种性能的橡胶材料（一）耐热橡胶（一）耐热橡胶（二）耐寒橡胶（二）耐寒橡胶（三）耐油橡胶（三）耐油橡胶（四）电性能橡胶（四）电性能橡胶（五）耐腐蚀橡胶（五）耐腐蚀橡胶（六）耐真空橡胶（六）耐真空橡胶（七）耐燃橡胶（七）耐燃橡胶（八）磁性橡胶（八）磁性橡胶（九）遇水膨胀橡胶（九）遇水膨胀橡胶 五、胶乳五、胶乳 六、热塑性弹性体六、热塑性弹性体思考与练习思考与练习 橡胶是有机高分子弹性体。

橡胶的使用温度范围是在玻璃化温度玻璃化温度Tg和熔融熔融（粘流）温度（粘流）温度Tf之间，在较宽的温度范围内（-50150）具有优异的弹性，而且具有良好的疲劳强度、电绝缘性、耐化学腐蚀以及耐磨性等高弹态是橡胶的使用状态凡是室温下处于高弹态的高聚物材料叫橡胶显然，橡胶的Tg低于室温作为橡胶使用的高聚物材料，Tg越低越好一般为-40-120橡胶概述橡胶概述 1.橡胶的结构特征橡胶的结构特征大分子链具有足够的柔性，玻璃化温度应比室温低得多大分子链具有足够的柔性，玻璃化温度应比室温低得多在使用条件下不结晶或结晶度很小在使用条件下不结晶或结晶度很小在使用条件下无分子链间的相对滑动，即无冷流现象在使用条件下无分子链间的相对滑动，即无冷流现象2.橡胶的分类橡胶的分类(按来源分类按来源分类)天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶 通用合成橡胶通用合成橡胶-凡性能与天然橡胶相近，广泛用于制造轮胎及其它大量制品的称为通用合成橡胶通用合成橡胶，如丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶等特种合成橡胶特种合成橡胶-凡具有特殊性能的如耐候性、耐热性、耐油、耐臭氧等，并用于制造特定条件下使用的橡胶制品的称为特种合成橡胶特种合成橡胶，如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等。

NOTES:当然其中无严格区分某些特种橡胶，随成本下降，应用扩大，也可作为通用合成橡胶，如乙丙橡胶等3.橡胶的性能及其结构分析橡胶的性能及其结构分析弹性与强度弹性与强度 耐热性和耐老化性耐热性和耐老化性 耐寒性耐寒性化学反应性化学反应性 溶解特性溶解特性电性能电性能 加工性能加工性能4.橡胶的硫化橡胶的硫化5.橡胶的组分及其作用橡胶的组分及其作用（1）生胶）生胶（2）橡胶的配合剂）橡胶的配合剂 硫化剂 硫化促进剂 硫化活性剂 防焦剂 防老剂 补强剂和填充剂 骨架材料（增强材料）其它，如软化剂、着色剂、溶剂、发泡剂、隔离剂等3）纤维及金属材料）纤维及金属材料6.橡胶及其制品加工工艺橡胶及其制品加工工艺 是一类线型的、不饱和的、非极性分子，通常是非晶态具高弹性；经硫化后在外力作用下高度伸长时，分子会在受力方向进行定向排列（拉伸结晶），具有自补强性，纯胶硫化胶拉伸强度可达1729MPa，若以炭黑补强并经硫化处理，则可提高到2535 MPa2.特征特征一、天然橡胶一、天然橡胶（NR）1.分子结构（立体结构）分子结构（立体结构）耐磨性、耐腐蚀性、介电性、耐低温性、加工工艺性都较好，即综合性能较好。

耐油和耐溶剂性差；耐臭氧老化性差；不耐高温等4.用途用途 2/3用于轮胎，也用于胶带、胶管等其它橡胶制品日用品如胶鞋、雨衣等以及医疗卫生用品3.性能性能5.特制固体天然橡胶特制固体天然橡胶（1）恒粘橡胶 （2）低粘橡胶 （3）易操作橡胶 （4）散粒橡胶 （5）轮胎橡胶 （6）充油橡胶（7）炭黑共沉胶 （8）粘土共沉胶 （9）胶清橡胶 6.改性天然橡胶和衍生物改性天然橡胶和衍生物 （1）难结晶橡胶 （2）接枝橡胶 （3）热塑性橡胶 （4）环化橡胶 （5）氯化橡胶 （6）环氧化橡胶 （7）氢化橡胶 （8）氢氯化橡胶 （9）液体橡胶 （10）脱蛋白质橡胶 它是在制胶时加入了占干胶重量0.4%的中性盐酸羟胺或中性硫酸羟胺或氨基脲等羟胺类化学药剂，使之与橡胶链上的醛基作用，将醛基钝化而抑制生胶贮存硬化，保持生胶的粘度在一个稳定的范围固定粘度橡胶的主要特点是生胶门尼粘度低而且稳定因此，制品厂加工时不必塑炼就可以直接加入配合剂进行混炼，不但可以减少炼胶过程中橡胶分子链的断裂，而且能缩短炼胶时间，可节省炼胶能量35%，但其硫化速率稍慢恒粘橡胶恒粘橡胶 它是在制造恒粘橡胶时再另加入4份非污染型环烷油，使天然橡胶的门尼粘度为505，这也是贮存中粘度稳定的天然橡胶。

低粘橡胶低粘橡胶 它是在制胶过程中加入部分硫化胶乳，因而这种橡胶最显著的特点是胶料的压出、压延膨胀和收缩性小，压出的制品表面光滑，压出速度快，特别适合于形状复杂和尺寸要求精确的压出制品易操作橡胶易操作橡胶 散粒天然橡胶散粒天然橡胶（自由流动天然橡胶）有两种产品：一种是粉末橡胶粉末橡胶，粒子直径在0.52mm，另一种是细粒橡胶细粒橡胶，粒子直径在110mm使用散粒橡胶，可以取消切包工序，由于是散粒，混炼时可以自动进料，混炼周期可以缩短一半，节省能量达3550%；由于与配合剂混合特别均匀，可以获得较好的成品性能它多用于制造粘合用的胶浆，其工艺简单，粘着性能良好但由于制胶过程比普通橡胶的设备复杂，成本高，而且密度小，包装和运输费用成倍增加它是使用三种橡胶原料，即胶乳、胶乳、未熏烟胶片未熏烟胶片和胶园杂胶胶园杂胶各占30%，加入10%（质量份）芳烃油或环烷油作为增塑剂，共同掺混而成的生胶但由于轮胎厂的条件要求不同，所取得的经济效益有很大差异轮胎橡胶轮胎橡胶 充油天然橡胶充油天然橡胶 由于充油削弱了橡胶分子链间的作用力，增加了分子的热运动和分子间的相对移动性，使橡胶的硬度降低，柔软性提高，对各种配合剂有较好的浸润能力，容易使混炼胶的质量均匀。

炭黑共沉胶炭黑共沉胶 这种胶最初是在制胶时将炭黑分散体与胶乳混合，经絮凝、干燥而成但由于用这类炭黑共沉胶制成的轮胎比干混法加入炭黑而制得的轮胎行驶里程要少510%，因而产品没有出路，直至20世纪50年代开始使用高速搅拌法代替分散剂分散炭黑所制得的共沉胶，制出的轮胎比干混法的轮胎多行驶15%之后，炭黑共沉胶才有了新的进展应用炭黑共沉胶时，由于炭黑在橡胶中已经均匀分散，所以在混炼时可节省一半时间，可以提高炼胶设备的利用率，节省劳动力而且在混炼时没有炭黑飞扬，改善了混炼车间的工作条件和环境卫生但炭黑共沉胶的表观密度小，包装体积的相对增大而增加了运输费用粘土共沉胶粘土共沉胶 由于炭黑的来源和价格问题，橡胶用炭黑补强是人们普遍关注的，并希望使用来源充足、价格比较便宜、有一定补强作用的材料代替多年来法国橡胶研究院研制用红粘土与天然胶乳共沉制成粘土共沉胶，并在天然橡胶产地有红粘土的胶园中生产含橡胶100份和红粘土100份、165份的红粘土共沉胶，前者的商品名为100TL，后者为165TL据称红粘土具有特别强的补强能力红粘土共沉胶只有用湿法将红粘土悬浮液加入胶乳中才能制得性能较好的粘土共沉胶它是用制造离心法浓缩胶乳时分离出的胶清，经凝固、压片或造粒和干燥而成。

胶清含橡胶约为37%，其中以细小的橡胶粒子为主，非橡胶物质含量很高，其中蛋白质、铜和锰的含量也很多直接用胶清凝固制成的胶清橡胶，仅含80%的橡胶烃，而普通胶乳制成的橡胶含94%的橡胶烃，因此胶清橡胶的硫化速率快、易焦烧、抗老化性能差胶清橡胶胶清橡胶 制备制备：一是使橡胶产生异构化，因而使结晶速率大为减慢；二是使用增塑剂法，即在橡胶中加入长链的脂肪酸酯类的增塑剂，如癸二酸二异辛酯，使橡胶分子链之间距离增大，降低分子链之间的相互作用力，有利于链段和整个分子链的运动，降低玻璃化转变温度用途用途：用于制造低温条件下使用的橡胶制品，如门窗密封条、坦克车轮的履带和防震垫以及在南北地区或高空飞行的飞机使用的橡胶器材等难结晶橡胶难结晶橡胶 它是天然橡胶与烯烃类单体聚合接枝的产物但目前唯一的商品是天然橡胶与甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物，简称天甲橡胶天甲橡胶接枝天然橡胶具有很高的定伸应力和拉伸强度，主要用于制造要求具有良好冲击性能的坚硬制品，无内胎轮胎中气密层，合成纤维与橡胶粘合的强力胶粘剂等接枝天然橡胶接枝天然橡胶 它是在天然橡胶中加入刚性高聚物如等规聚丙烯，在超过等规聚丙烯熔点的温度和少量的交联剂存在下，以高剪切力使之掺混而成。

热塑性天然橡胶在加工过程中受热时具有热塑性塑料的特性，但在常温下，则具有正常硫化胶的物理性能热塑性天然橡胶具有高刚性和高冲击强度以及低密度的特点可用作汽车的安全板、车体嵌板和仪表板等热塑性天然橡胶热塑性天然橡胶 天然胶乳经过稳定剂处理之后，加入浓度为70%以上的硫酸，在100下保持2h即可环化环化使不饱和度下降，密度增大，软化点提高，折射率增大环化天然橡胶一般用于制造鞋底、坚硬的模制品和机械衬里等，与金属、木材、PE和PP有较高的粘合强度环化天然橡胶环化天然橡胶 它是将塑炼过的天然橡胶溶于与氯气不起反应的溶液中（如四氯化碳或二氯乙烷），加热至溶剂沸点的温度下，通入氯气进行氯化，制得乳化液，然后用水加热脱去溶剂而得到半成品，经洗涤、干燥即得成品氯化橡胶可与大量的增塑剂和树脂并用，用氯化橡胶制成的胶粘剂，可用作橡胶与铸铁、钢、铝合金、镁、锌以及其他金属粘合，可与服装、织物、木材、各种塑性物质、硬纸板以及其他物质粘合，还可用于制作耐老化、酸、碱和海水等的制品氯化橡胶氯化橡胶 它是天然胶乳在一定条件下与过氧乙酸反应得到的产物目前已商品化生产的有环氧程度分别为10%、25%、50%和75%（摩尔分数）的ENR10、ENR25、ENR50和ENR75四种产品。

特点：特点：抓着力强，特别是在混凝土路面上的防滑性能好，可作为胎面胶使用，以增加在高速公路上的防滑性能；气密性能好，当环氧话程度达到75%时，气密性与丁基橡胶相同，可用于内胎或无内胎轮胎；耐油性能好，在非极性溶剂中的溶胀度显著降低，可用于耐油橡胶制品由于市场需求不含氯或氯含量较低的产品，于是就形成了氯化ENR的构想对环氧化程度为25%的ENR-25进行氯化，能得到一种可溶解于普通溶剂的白色物质，具有良好的成膜性，其含氯量约为47%但其热稳定性比Cl-NR的还要差，起始分解温度为115，最大分解率时的分解温度为260关于在工业上的应用，目前尚未见报道环氧化天然橡胶环氧化天然橡胶 氢化天然橡胶氢化天然橡胶 完全氢化的NR是一种乙烯与丙烯之比为1：1的共聚物（EPM）与采用齐格勒-纳塔（Ziegler-Natta）催化剂制成的合成产品相比，H-NR的乙烯与丙烯链节互相交替和头尾结合序列极其规整，因而具有高度结晶性虽未能直接测出，但可推测出H-NR的Tg在-50左右NR的氢化得到的是一种全新的材料，耐氧、臭氧老化性能以及耐酸碱腐蚀性能都非常好由于H-NR没有不饱和双键，不能用硫磺硫化，除非不是100%地彻底氢化。

实际上，应保留3%8%的不饱和度，就能从NR制得高结晶性性且可用硫磺硫化的。