第五章橡胶课件

16四月2024第五章橡胶橡胶具有弹性，用途十分广泛，不仅可满足人们的日常生活、医疗卫生和文体生活等各方面的需要，还能满足工农业生产、交通运输、电子通讯和航空航天等各个领域的技术要求，是国民经济与科技领域中不可缺少的高分子材料之一。橡胶制品种类繁多，大致可分为轮胎，胶带、胶管与胶布，工业橡胶制品，生活橡胶制品和胶乳制品等，其中轮胎的耗胶量最大，占世界橡胶总量的50%-60%。5.1概述4/16/2024橡胶相关应用4/16/2024国际标准化组织（ISO）对橡胶的定义：①在较小的外力作用下就具有较大的伸长能力（50%-1000%）；除去外力后，能在数秒内恢复到接近它的原始尺寸（不超过原始尺寸的百分之几）。②保持橡胶一定伸长的应力随温度的升高而增加。③橡胶要达到使用要求，须经过硫化改性工序，硫化是将线型、无定型的大分子交联化。4/16/2024橡胶的共性

1具有橡胶状弹性

2

具有粘弹性

3

有缓冲减震作用

4

对温度依赖性大

4/16/2024

橡胶按其来源，可分为天然橡胶、合成橡胶两大类。最初橡胶工业使用的全是天然橡胶，它是从自然界的植物中采集出来的一种高弹性材料。二战期间，由于军需橡胶量的激增以及工农业、交通运输业的发展，天然橡胶远不能满足需要，这促使人们合成橡胶的研究，发展了合成橡胶工业。橡胶的分类4/16/2024天然橡胶，是指从巴西橡胶树上采集的天然胶乳，经过凝固、干燥等加工工序而制成的弹性固状物。天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，其橡胶烃（聚异戊二烯）含量在90%以上，还含有少量的蛋白质、脂肪酸、糖分及灰分等。

4/16/2024日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松紧带；医疗卫生行业所用的外科医生手套、输血管、；交通运输上使用的各种轮胎；工业上使用的传送带、运输带、耐酸和耐碱手套；农业上使用的排灌胶管、氨水袋；气象测量用的探空气球；科学试验用的密封、防震设备；国防上使用的飞机、坦克、大炮、防毒面具；甚至连火箭、人造地球卫星和宇宙飞船等高精尖科学技术产品都离不开天然橡胶。天然橡胶的应用4/16/2024合成橡胶是各种单体经聚合反应合成的一类高分子材料。按其性能和用途可分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。橡胶的分类4/16/2024通用合成橡胶凡是性能与天然橡胶相近，物理机械性能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其他一般橡胶制品的，称为通用合成橡胶。1丁苯橡胶SBR2顺丁橡胶BR3异戊橡胶IR4乙丙橡胶EPR5丁基橡胶IIR6氯丁橡胶CR4/16/2024特种合成橡胶凡是具有特殊性能，专门用于制作耐热、耐寒、耐化学物质腐蚀、耐溶剂、耐辐射等特种橡胶制品橡胶称为特种合成橡胶。1丁腈橡胶NBR2硅橡胶3氟橡胶4聚氨酯橡胶5丙烯酸酯橡胶6氯磺化聚乙烯4/16/2024橡胶制品主要原材料是生胶、再生胶、硫化胶胶粉以及各种配合剂。有些制品还需用纤维或金属材料作为骨架材料。1.生胶包括天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶来源于自然界中含胶植物，如橡胶树、橡胶草和橡胶菊等，其中三叶橡胶树含胶多，产量大，质量好。从橡胶树采集的天然胶乳经过一定的化学处理和加工，可制成浓缩胶乳和干胶，前者直接用于胶乳制品，后者用作生产橡胶制品的生胶。

橡胶制品4/16/2024合成橡胶是用人工合成的方法制得的高分子弹性材料。生产合成橡胶的原料主要来自石油、天然气、煤以及农林产品。目前合成橡胶的品种已有三、四十种之多。2.再生胶是废硫化橡胶经化学、热及机械加工处理后所制得的，具有一定可塑性、能重新硫化的橡胶材料。再生过程中的主要反应称为“脱硫”。再生胶可部分代替生胶使用，以节省生胶、降低成本。还可改善胶料工艺性能，提高产品耐油、耐老化等性能。3.硫化胶胶粉是将废旧橡胶制品直接粉碎后制成的，与再生胶生产相比，胶粉生产工艺简单、节能、且减少了环境污染。胶粉成本较低，力学性能也比再生胶好4/16/20244.橡胶配合剂

1硫化系统

2补强剂和填充剂

3软化剂和增塑剂

4防老剂4/16/2024硫化剂目的在一定条件下能使橡胶发生交联的物质统称为硫化剂。硫黄—含双键的聚合物有机过氧化物—饱和聚合物金属氧化物—带活性官能团硫化促进剂目的：降低硫化温度，缩短硫化时间，改善硫化胶的物理机械性能噻唑类次磺酰胺类秋兰姆类硫化活性剂（助促进剂）目的：提高促进剂的活性作用几乎所有的促进剂都必须在活性剂存在下，才能充分发挥其促进效能。活性剂多为金属氧化物，最常用的是氧化锌由于金属氧化物在脂肪酸存在下，对促进剂才有较大活性，通常是氧化锌与硬脂酸并用。4/16/2024补强剂目的：提高硫化橡胶的扯断强度、定伸强度、耐磨性等物理机械性能。炭黑白炭（SiO2·nH2O）超细活性碳酸钙活性陶土4/16/2024填充剂目的：增加胶料的容积，从而降低生产成本或改善加工性能。沉淀碳酸钙硫酸钡滑石粉云母粉return4/16/2024软化增塑剂目的：改善橡胶的加工和成型性能，增加橡胶的塑性。物理增塑剂：使橡胶溶胀，增大橡胶分子间的距离，降低分子间的作用力，从而使胶料的塑性增加。化学增塑剂：加速橡胶分子在塑炼时的断链作用，并使已断链的橡胶分子趋于稳定4/16/2024防老剂橡胶的老化：橡胶在加工、贮存和使用过程中，由于受到各种外界因素（如热、氧、臭氧、金属离子、电离辐射、光、机械力等）的作用，而逐步失去其原有的优良性能，以至最后丧失了使用价值。添加防老剂的目的：抑制橡胶的老化现象。物理防老剂：石蜡化学防老剂：热稳定剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光屏蔽剂4/16/2024橡胶制品种类很多，其用途各不相同。生胶和配合剂的品种和用量决定着橡胶制品的性能。一个完整的配方包括五大体系：生胶体系硫化交联体系填充补强体系软化增塑体系稳定防护体系根据制品使用性能的要求，选择合适的生胶和配合剂的种类及用量。橡胶的配方设计4/16/2024四种配方组分名称基本配方/质量份质量分数配方/%休积分数配方/%生产配方/kg生胶10060.0073.7020.00硫磺2.61.570.860.52促进剂DM0.700.430.320.14氧化锌5.003.000.161.00硬酯酸3.001.812.220.60防老剂D2.501.511.400.50炭黑47.0028.2517.609.40松焦油5.703.433.650.14合计166.50100.00100.0033.30橡胶的成型加工过程

1塑炼

2混炼

3压延

4压出

5硫化4/16/2024塑炼就是在橡胶的加工过程中，首先通过机械、热、氧和加入化学试剂等方式，使生胶由强韧的弹性状态转变为柔软、便于加工的塑性状态。塑炼塑炼的目的：使生胶获得一定的可塑性，使之适合于混炼、压延、挤出和成型等工艺操作。要增加橡胶的可塑性，必须使橡胶分子易于发生大分子链的位移运动，但橡胶的分子链很长，分子间吸引力大且线性分子之间存在大量缠结点，大大阻碍了长链分子的位移运动。所以减少橡胶分子链的长度（降低分子量）,是降低分子间作用力、增大橡胶分子的塑性变形的最有效方法。在热、光、氧、机械力和某些化学药品的作用下，橡胶分子主链和侧链都可以断裂。工艺上可用以降低橡胶分子量获得可塑性的塑炼方法可分成两大类。机械塑炼法：采用开炼机、密炼机、螺杆塑炼机等的机械作用切断分子链而获得生胶可塑性。化学塑炼法：在化学药品的作用下，使橡胶大分子链解聚而达到塑化的目的。塑炼方法4/16/2024工业中广为采用的是机械塑炼法。按所用设备可分为：由于塑炼设备的不同，所采用的工艺条件也不一样，因而影响塑炼效果的因素也不相同。塑炼方法

1开炼机塑炼

2密炼机塑炼

3螺杆塑炼机4/16/2024准备工艺为了便于加工，生胶塑炼前需进行烘胶切胶破胶4/16/2024开炼机塑炼4/16/2024密炼机塑炼4/16/2024螺杆机塑炼螺杆机塑炼的特点是高温下连续进行。在螺杆机中，生胶一方面受到螺杆的强烈机械搅拌作用，另一方面由于生胶受螺杆与机身间的摩擦而产生大量热，温度可高达150-180℃，从而加速氧化裂解，获得塑炼效果。4/16/2024

为了使各种橡胶制品性能符合使用要求，改善加工工艺性能、节约生胶降低成本，必须在生胶中加入各种配合剂，在炼胶机上将各种配合剂加至具有一定塑性的生胶中制成混炼胶的过程称为混炼。混炼混炼过程中加料顺序的原则是：如用量少、难分散的配合剂，则先加；如用量大、易分散的配合剂，则后加；为了防止焦烧，硫磺和超速促进剂一般最后加入。通常采用的加料顺序如下：

塑炼胶、再生胶、母炼胶→促进剂、活性剂、防老剂→补强、填充剂→液体软化剂→硫磺、超速促进剂。

4/16/2024（1）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MPa。虽然橡胶很少在纯拉伸条件下使用，但是橡胶的很多其它性能（如耐磨性、弹性、应力松弛、蠕变、耐疲劳动性等）与该性能密切相关。（2）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，通常以百分率（%）表示。（3）硬度硬度是衡量橡胶抵抗变形能力的指标之一。用硬度计来测试，最常用的是邵氏硬度计，其值的范围0-100。其值越大，橡胶越硬。橡胶的主要性能指标4/16/2024（4）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MPa。（5）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kN/m。（6）阿克隆磨耗在阿克隆磨耗机上，使试样与砂轮成15°倾斜角和受到2.72kg的压力情况下，橡胶试样与砂轮磨耗1.61km时，用被磨损的体积来表征橡胶的耐磨性，单位cm3/1.61km.。另外还有许多其它性能指标如回弹性、生热、压缩永久变形、低温特性、耐老化特性等等。4/16/2024丁苯橡胶丁苯橡胶（SBR)，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用。用途：广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。合成单体：1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯乙烯（C6H5-CH=CH2）顺丁橡胶全名为顺式-1,4-聚丁二烯橡胶，butadienerubber，简称BR。由丁二烯聚合制成。

与天然橡胶和丁苯橡胶相比，硫化后的顺丁橡胶的耐寒性、耐磨性和弹性特别优异顺丁橡胶特别适于制汽车轮胎和耐寒制品，还可以制造缓冲材料以及各种胶鞋、胶布、胶带和海绵胶等。用于制造胶管、胶带、轮胎、密封圈、鞋底及电缆等橡胶制品,还可用作树脂改性剂等。4/16/2024异戊橡胶IR化学式：CH3-CH2-C=CH-CH2中文名：聚异戊二烯橡胶具有很好的弹性、耐寒性（玻化温度-68℃）及很高的拉伸强度。用于轮胎生产的高性能橡胶，以其稳定的化学性质被广泛运用于轮胎制造行业之中。4/16/2024乙丙橡胶乙丙橡胶，有机化合物制品，是橡胶制品工业中一项极为重要的原材料，有多种良好的理化特性。乙丙橡胶又可分为二元乙丙、三元乙丙、改性乙丙和热塑性乙丙。而三元乙丙橡胶(EPDM)已在汽车密封条行业中得到广泛的应用4/16/2024主要性能低密度高填充性乙丙橡胶是密度较低的一种橡胶，其密度为0.87。加之可大量充油和加入填充剂，因而可降低橡胶制品的成本，弥补了乙丙橡胶生胶价格高的缺点，并且对高门尼值的乙丙橡胶来说，高填充后物理机械性能降低幅度不大。耐老化性乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温流动性。乙丙橡胶制品在120℃下可长期使用，在150-200℃下可短暂或间歇使用。加入适宜防老剂可提高其使用温度。以过氧化物交联的三元乙丙橡胶可在更苛刻的条件下使用。三元乙丙橡胶在臭氧浓度50pphm、拉伸30%的条件下，可达150h以上不龟裂。耐腐蚀性由于乙丙橡胶缺乏极性，不饱和度低，因而对各种极性化学品如醇、酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性；但在脂属和芳属溶剂（如汽油、苯等）及矿物油中稳定性较差。在浓酸长期作用下性能也要下降。在ISO/TR7620中汇集了近400种具有腐蚀性的气态和液态化学品对各种橡胶性能作用的资料，并规定了1-4级表示其作用的程度，见表1。表1腐蚀性化学品对橡胶性能的影响耐水蒸汽性能乙丙橡胶有优异的耐水蒸汽性能并优于其耐热性。在230℃过热蒸汽中，近100h后外观无变化。而氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶在同样条件下，经历较短时间外观发生明显劣化现象。耐过热水性能乙丙橡胶耐过热水性能亦较好，但与所用硫化系统密切相关。以二硫代二吗啡啉、TMTD为硫化系统的乙丙橡胶，在125℃过热水中浸泡15个月后，力学性能变化甚小，体积膨胀率仅0.3%。电性能乙丙橡胶具有优异的电绝缘性能和耐电晕性，电性能优于或接近丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯、聚乙烯和交联聚乙烯。弹性