第5章橡胶

高分子材料天然橡胶2概述1第5章橡胶特种合成橡胶4通用合成橡胶3橡胶材料的再生利用6热塑性弹性体5高分子材料5.1概述12橡胶材料的特征橡胶的发展历史34橡胶的分类橡胶的配合与加工工艺5橡胶的性能指标高分子材料根据ASTMD1566定义,橡胶是一种材料,它在大的形变下能迅速而有力恢复其形变,能够被改性(改性的橡胶实质上不溶于)但能溶胀于、沸腾的苯、甲乙酮、乙醇、甲苯等溶剂中。改性的橡胶在室温下（18-29℃）被拉伸到原长度的2倍并保持1min后除掉外力，它能够在1min内恢复到原长度的1.5倍以下。改性实质上是指硫化。5.1.1橡胶材料的特征高分子材料橡胶工业的发展大致可以分为两个发展阶段。（1）天然橡胶的发现和利用时期（1900年以前）（2）合成橡胶的发展和应用时期（1900年以后）5.1.2橡胶的发展历史高分子材料5.1.3橡胶的分类高分子材料5.1.3橡胶的分类接上图高分子材料5.1.4.1橡胶的配合（1）生胶体系（2）硫化体系①硫化剂②硫化促进剂③硫化活性剂（3）填充增强体系（4）软化增塑体系（5）防护体系（6）其他配合体系5.1.4橡胶的配合与加工工艺高分子材料5.1.4橡胶的配合与加工工艺高分子材料5.1.4.2橡胶的加工工艺（1）塑炼（2）混炼（3）压延和压出（4）成型（5）硫化5.1.4橡胶的配合与加工工艺高分子材料5.1.4橡胶的配合与加工工艺高分子材料5.1.5橡胶的性能指标拉伸强度：试样在拉伸破坏时，原横截面上单位面积上所受的力，单位为MPa。扯断伸长率：试样在拉伸破坏时，伸长部分的长度与原长度之比吗，通常以百分率（％）表示。硬度：硬度是橡胶抵抗变形的能力指标之一。定伸应力：试样在一定伸长（通常300％时）原横截面上单位面积所受的力，单位为MPa。撕裂强度：表征橡胶耐撕裂性的好坏，试样在单位厚度上所承受的负荷，单位为。高分子材料5.2天然橡胶12天然橡胶的制备与分类天然橡胶的组成和结构3天然橡胶的性能和应用高分子材料5.2.1天然橡胶的制备与分类（1）通用固体天然橡胶①烟片胶高分子材料接上图②皱片胶（2）特制固体天然橡胶（3）改性天然橡胶和衍生物5.2.1天然橡胶的制备与分类高分子材料5.2.2.1天然橡胶的组成5.2.2.2天然橡胶的结构天然橡胶的主要成分橡胶烃是顺式-1,4-聚异戊二烯的线型高分子化合物，其结构式为：5.2.2天然橡胶的组成和结构高分子材料5.2.2天然橡胶的组成和结构高分子材料5.2.3天然橡胶的性能和应用天然橡胶具有很好的弹性，在通用橡胶中仅次于顺丁橡胶。天然橡胶具有较高的力学强度。天然橡胶具有良好的耐屈挠疲劳性能，滞后损失小，生热低，并具有良好的气密性、防水性、电绝缘性和隔热性。天然橡胶的缺点是耐油性、耐臭氧老化和耐热氧老化性差。天然橡胶具有最好的综合力学性能和加工工艺性能，被广泛应用于轮胎、胶管、胶带以及桥梁支座等各种工业橡胶制品，是用途最广的橡胶品种。聚异戊二烯橡胶的耐老化性能相对天然橡胶差。高分子材料5.3通用合成橡胶12丁苯橡胶聚丁二烯橡胶3集成橡胶45丁基橡胶乙丙橡胶6氯丁橡胶高分子材料5.3.1.1丁苯橡胶的制备与品种5.3.1丁苯橡胶高分子材料丁苯橡胶的分子结构式：5.3.1.2丁苯橡胶的结构、性能与应用不同品种的丁苯橡胶分子的宏观、微观结构是不同的。5.3.1丁苯橡胶高分子材料单体比例直接影响聚合物的性能。5.3.1丁苯橡胶高分子材料丁苯橡胶的抗湿滑性能好，对路面的抓着力大，且具有一定的耐磨性，是轮胎胎面胶的好材料。目前，丁苯橡胶主要应用于轮胎工业，也应用于胶管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品。高苯乙烯丁苯橡胶适于制造高硬度、质轻的制品，如鞋底、硬质泡沫鞋底、硬质胶管、软质棒球、打字机用滚筒、滑冰轮、铺地材料、工业制品和微孔海绵制品等。5.3.1丁苯橡胶高分子材料5.3.2.1聚丁二烯橡胶的制备及品种聚丁二烯橡胶的分子结构式：5.3.2聚丁二烯橡胶高分子材料5.3.2聚丁二烯橡胶5.3.2.2聚丁二烯橡胶的结构、性能及应用顺丁橡胶的结构式为（1）优点①具有优异的弹性和耐低温性能②滞后损失和生热小③耐磨性能优异④耐屈挠性优异⑤填充性好⑥混炼时抗破碎能力强高分子材料⑦模腔内流动性好⑧吸水性低（2）缺点①拉伸强度与撕裂强度低②抗湿滑性能差③生胶的冷流性大④顺丁橡胶的加工性能和黏合性能较差充油顺丁橡胶和乙烯基反式-1,4-聚丁二烯橡胶可用于制造鞋底、地板、垫圈、电气制品等。5.3.2聚丁二烯橡胶高分子材料聚丁二烯橡胶并用也可改善其抗湿滑性能，兼具BR和SBR的优点，可作为一种通用胶种单独地应用于汽车轮胎和各种橡胶制品，如鞋底、输送带覆盖胶、电线电缆、吸引胶管、高尔夫球等。5.3.2聚丁二烯橡胶高分子材料5.3.3.1集成橡胶的结构（1）共聚组成（2）序列结构（3）微观结构（4）分子链结构（5）微观相态5.3.3.2集成橡胶的性能集成橡胶综合了各种橡胶的优点而弥补了各种橡胶的缺点，同时满足了轮胎胎面胶的低温性能、抗湿滑性及安全性的要求，这是各种通用胶种无法相比的。5.3.3集成橡胶高分子材料5.3.3集成橡胶高分子材料5.3.4.1丁基橡胶的制备与品种5.3.4丁基橡胶高分子材料5.3.4.2丁基橡胶的结构、性能与应用丁基橡胶的结构式为：5.3.4丁基橡胶高分子材料丁基橡胶和乙丙橡胶同属非极性饱和橡胶，具有很好的耐热性、耐天候老化性能、耐臭氧老化性能、化学稳定性和绝缘性，丁基橡胶的水渗透率极低，耐水性能优异，在常温下的吸水速率比其他橡胶低10-15倍，丁基橡胶适合应用于高耐热、电绝缘制品。丁基橡胶主要用于充气轮胎的内胎。此外，丁基橡胶还应用于胶管、防水卷材、防腐蚀制品、电气制品、耐热运输带等。5.3.4丁基橡胶高分子材料5.3.5乙丙橡胶5.3.5.1乙丙橡胶的制备与品种（详见教材P191）高分子材料5.3.5.2乙丙橡胶的结构、性能与应用乙丙橡胶的化学结构式如下：5.3.5乙丙橡胶高分子材料5.3.5乙丙橡胶高分子材料5.3.5乙丙橡胶高分子材料5.3.5乙丙橡胶高分子材料5.3.6.1氯丁橡胶的制备与品种5.3.6.2氯丁橡胶的结构、性能与应用氯丁橡胶的结构式如下：5.3.6氯丁橡胶高分子材料氯丁橡胶是所有合成橡胶中相对密度最大的，具有良好的力学性能和极性橡胶的特点。氯丁橡胶属于自增强橡胶，生胶具有较高的强度，硫化胶具有优异的耐燃性能和黏合性能，耐热氧化、耐臭氧老化和耐天候老化较好，仅次于乙丙橡胶和丁基橡胶，耐油性仅次于丁腈橡胶。氯丁橡胶的低温性能和电绝缘性较差。氯丁橡胶主要应用在阻燃制品、耐油制品、耐天候制品、黏合剂等领域，如广泛用于耐热、耐燃输送带，耐油、耐化学腐蚀的胶管，电线电缆外包皮、门窗密封条、公路填缝材料和桥梁支座垫片等，用作胶黏剂，其粘接强度高。5.3.6氯丁橡胶高分子材料5.4特种合成橡胶12丁腈橡胶硅橡胶3氟橡胶45丙烯酸酯橡胶其他合成橡胶高分子材料5.4.1丁腈橡胶5.4.1.1丁腈橡胶制备与品种高分子材料5.4.1.2丁腈橡胶的结构、性能与应用丁腈橡胶的化学结构式：5.4.1丁腈橡胶高分子材料丁腈橡胶的相对分子质量可由几千到几十万，相对分子质量低的为液体丁腈橡胶，相对分子质量较高的为固体丁腈橡胶。丁腈橡胶属于非结晶性的极性不饱和橡胶，具有优异的耐非极性油和非极性溶剂的性能，耐油性仅次于聚硫橡胶、氟橡胶和丙烯酸酯橡胶，并随着丙烯腈含量的增加而提高，同时耐寒性却降低，因此应注意两者之间的平衡。丁腈橡胶属于非自增橡胶，需加入炭黑、白炭黑等增强性填料增强后才具有较好的力学性能和耐磨性。5.4.1丁腈橡胶高分子材料5.4.1丁腈橡胶高分子材料5.4.1丁腈橡胶丁腈橡胶广泛用于耐油制品，如接触油类的胶管、胶辊、密封垫圈、储槽衬里、飞机油箱衬里以及大型油囊等以及抗静电制品。5.4.1.3丁腈橡胶的改性与特种丁腈橡胶（1）羧基丁腈橡胶（2）部分交联型丁腈橡胶（3）液体丁腈橡胶（4）高饱和丁腈橡胶高分子材料5.4.2.1硅橡胶制备与品种5.4.2硅橡胶高分子材料5.4.2.2结构、性能及应用硅橡胶的分子结构式：硅橡胶属于一种半无机的饱和、杂链、非极性弹性体。硅橡胶的力学性能较低，室温硫化硅橡胶的机械强度低于高温硫化和加成硫化型硅橡胶。硅橡胶具有卓越的耐高低温性能、优异的耐候性、电绝缘性能以及特殊的表面性能，广泛应用于宇航工业、电子、电气工业的防震、防潮灌封材料、建筑工业的密封剂、汽车工业的密封件（氟硅胶）以及医疗卫生制品等。5.4.2硅橡胶高分子材料5.4.3.1氟橡胶的种类①含氟烯烃类氟橡胶②亚硝基类氟橡胶③全氟醚类氟橡胶④氟化磷腈类氟橡胶5.4.3.2结构、性能与应用26型氟橡胶（VitonA）的结构式：5.4.3氟橡胶高分子材料氟橡胶的最主要用途是密封制品，因而压缩永久变形、伸长率、热膨胀特性等是重要的性能指标。氟橡胶具有优异的耐高温以及耐化学品性能，但价格昂贵，主要用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行等尖端科学技术部门，以及其他工业部门的特殊场合下的防护、密封材料以及特种胶管等。5.4.3氟橡胶高分子材料5.4.4.1丙烯酸酯橡胶的制备与品种（1）烯烃环氧化物（2）含活性氯原子的化合物（3）酰胺类化合物（4）含非共轭双烯烃单体5.4.4丙烯酸酯橡胶高分子材料5.4.4.2结构、性能及应用丙烯酸酯橡胶耐芳烃油的性能较差，也不适于在与磷酸酯型液压油、非石油基制动油接触的场合使用。丙烯酸酯橡胶的酯基侧链损害了其低温性能，耐寒性差，酯基易于水解，耐热水、耐蒸汽性能差，耐极性溶剂能力差，在酸碱中不稳定；丙烯酸酯橡胶广泛用于耐高温、耐热油的制品中，尤其是作各类汽车密封配件。丙烯酸酯橡胶耐高温、耐油性能优异，但是耐寒性差，通过在丙烯酸酯橡胶中添加硅橡胶，可有效地提高丙烯酸酯橡胶的耐寒性，获得耐热性、耐低温性和耐油性之间的平衡。5.4.4丙烯酸酯橡胶高分子材料（1）聚氨酯橡胶（2）氯化聚乙烯（3）氯磺化聚乙烯（4）氯醚橡胶（5）聚硫橡胶5.4.5其他合成橡胶高分子材料5.5热塑性弹性体12共聚型热塑性弹性体热塑性硫化橡胶高分子材料5.5热塑性弹性体高分子材料5.5.1.1苯乙烯类热塑性弹性体苯乙烯类嵌段共聚型热塑性弹性体的结构为5.5.1.2聚氨酯类热塑性弹性体（TPU）5.5.1共聚型热塑性弹性体高分子材料5.5.1共聚型热塑性弹性体5.5.1.3聚酯类热塑性弹性体5.5.1.4聚酰胺类热塑性弹性体高分子材料5.5.1共聚型热塑性弹性体高分子材料5.5.1.5乙烯-辛烯共聚热塑性弹性体5.5.1共聚型热塑性弹性体高分子材料5.5.2.1热塑性硫化橡胶的制备制造热塑性硫化橡胶（TPV）的关键是动态全硫化技术。制备工艺是先将一些配合剂与橡胶在常温下制成母胶，再在高温密炼机中与树脂共混进行动态硫化。对于制备橡胶含量较高的TPV可采用二阶二段共混法。5.5.2.2热塑性硫化橡胶性能的影响因素（1）形态（2）橡塑的选择与共混比（3）交联体系及交联密度（4）增塑剂及填料5.5.2热塑性硫化橡胶高分子材料5.5.2.3热塑性硫化橡胶的种类（1）非极性橡胶与非极性塑料（2）极性橡胶和非极性塑料（3）非极性橡胶与极性塑料（4）极性橡胶与极性塑料5.5.2热塑性硫化橡胶高分子材料废旧轮胎再利用主要途径有：①原型改造废旧轮胎②热解废轮胎③翻新旧轮胎④利用废轮胎生产再生橡胶⑤利用废轮胎生产硫化橡胶粉5.6橡胶材料的再生利用高分子材料Thankyou