橡胶知识讲座(修改)

橡胶知识讲座南京工业大学材料学院高分子系讲座内容1.橡胶工业简介2.橡胶工业常用助剂及作用3.橡胶制品基本组成与配方4.橡胶制品的生产与制备工艺1.1橡胶的定义与性质1.2橡胶的发展概况1.3橡胶工业常用术语1.4橡胶制品分类及其应用1.橡胶工业简介1.1橡胶的定义与性质橡胶是一种高弹性的高分子化合物,它具有其它材料所没有的高弹性，因而也称做弹性体。其主要特征是分于量巨大，一般都在数十万，甚至达到上百万左右。其次是具有多分散性，也即橡胶的分子是大小不等的，具有一个分布范围，这是决定橡胶成为工程材料的内在原因。橡胶材料的基本特点①具有高弹性橡胶的弹性模量小，一般在1~9.8MPa。伸长变形大，伸长率可高达1000％，仍表现有可恢复的特性，并能在很宽的温度(-50~+150℃)范围内保持有弹性，这就是“橡胶状弹性”。②具有粘弹性橡胶是粘弹性体。由于大分于间作用力的存在，使橡胶受外力作用，产生形变时受时间、温度等条件的影响，表现有明显的应力松弛和蠕变现象。在振动或交变应力等周期作用下，产生滞后损失。③具有缓冲减震作用橡胶对声音及震动的传播有缓冲作用，可利用这一特点来防除噪音和振动。④具有电绝缘性橡胶和塑料一样是电绝缘材料。例如天然橡胶和丁基橡胶的体积电阻率可达到1015Ω·cm以上。⑤有温度依赖性高分子材料一般都受温度影响，橡胶在低温时处于玻璃态变硬变脆．在高温时则发生软化、熔融、热氧化、热分解以至燃烧等。⑥具有老化现象如象金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因环境条件变化而发生老化，使性能变坏，使用寿命缩短。⑦必须进行硫化橡胶必须加入硫磺或其它能使橡胶硫化(或交联)的物质，使橡胶大分子交联成空间网状结构，才能得到具有使用价值的橡胶制品。但热塑性橡胶可不必硫化。⑧必须加入配合剂为提高橡胶材料的工程价值，一般都必须在橡胶中加入各种配合剂(亦称助剂)。除此之外，橡胶密度低，属于轻质材料；硬度低，柔软性好；透气性差．可做气密性材料；还是较好的防水性材料等等。正因为这些宝贵的性能，使得橡胶材料和橡胶制品的应用范围特别广泛．制品多达数万种。1.2橡胶的发展概况第一代橡胶：天然橡胶第二代橡胶：合成橡胶第三代橡胶：热塑性橡胶（热塑性弹性体）第一代橡胶：天然橡胶有关橡胶最早的文字记载是1525年西班牙人安吉拉著的《新世界(NewWorld)。1601年托德西拉斯在著作中称海地岛居民玩的奇特的球是由树胶(Gum)制成的，至今“Gum”还是法语Goma和日语ゴム对橡胶的称呼。而南美印第安人的方言土语则把橡放称做“Gaoutchoue”，原意为‘树的眼泪”，其译音仍被现在的俄语和德语Kautschuk所采用。1770年英国人约瑟夫普里斯特利用橡胶擦铅笔字时，发现字迹可被控掉，因此“橡胶”—词由英语的“rubout”(擦掉)逐渐演变成为现在的称谓“Rubber”。大戟科橡胶树属高大乔木。又名巴西橡胶树、三叶橡胶树，俗称胶树。所分泌胶乳的加工品橡胶，是重要的工业原料。在已知的产胶植物中以橡胶树的产胶量最高，质量最好。树的经济寿命可达30年左右。目前世界上使用的天然橡胶，绝大部分由橡胶树生产。天然橡胶是异戊二烯的高分子聚合物，具有很好的弹性、绝缘性、强伸性和较好的防水性、气密性、重要工业原料。现在世界上的橡胶制品已达5万余种，主要用于制造飞机、汽车等所用的轮胎。一些发达国家的橡胶消费量（包括合成橡胶）和钢铁消费量的比例为1～1.5：100。橡胶树原产于南美洲亚马孙河流域热带雨林中。当地人民早已认识到橡胶有弹性和防水功能。1493年C.哥伦布曾见海地的印第安儿童玩橡皮球。1736年法国人德·拉·孔达米纳第一次将橡胶品带去欧洲。但在较长时期内橡胶主要只被用于擦掉铅笔写的错字。1839年美国C.古德伊尔发明硫化橡胶法，1888年英国人J.B.邓洛普发明汽胎，1895年开始生产汽车。此后橡胶在工业上的需要量剧增，才促进了对野生橡胶树的大规模引种驯化。在此之前，英国人H.A.威克姆曾于1876年从巴西塔帕若斯河左岸的波姆附近地区（海拔70～90米）采集高产橡胶树种子7万粒,运回英国伦敦丘园播种，成苗2397株分别运往斯里兰卡、印度尼西亚和新加坡。以后在东南亚栽培的橡胶树绝大部分是这批树种的后代。1897年新加坡植物园主任H.N.里德利改进了割胶方法，1915年荷兰人黑尔滕等在印度尼西亚发明胶苗芽接法，促进了橡胶栽培业在东南亚的迅速发展。中国试种橡胶树始于20世纪初。1904年云南率先从新加坡引入胶苗8000株试种成功。以后台湾、海南岛、雷州半岛等地也相继引种。至1950年全国约有110万株实生胶树,其中有60万株割胶,主要分布在海南岛。1952年海南岛、湛江和云南南部开始发展橡胶种植，广西、福建南部和广东汕头地区也有少量栽培。此后又经30多年的努力，选育出多个抗风、耐寒品种，制订了因地制宜的抗风防寒栽培措施，终于在北纬18°～24°地区大面积植胶成功。世界上现有37个植胶国家，大都分布于南纬10°至北纬15°之间，植胶面积共约1.1亿亩。第二代橡胶：合成橡胶橡胶的人工合成源于对天然橡胶化学组成和结构的科学研究。1826年法拉第(Faraday)明确了橡胶是由碳和氢组成的。1860年威廉姆斯(Williams)发现橡胶经蒸馏可产生异戊二烯化合物，并认为异戊二烯是天然橡胶的基本化学成分。1875年鲍查达(Bouchardat)研究认为，利用异戊二烯也能合成出类似橡胶的物质，这是最早的关于用人工合成方法制取橡胶的报道。1904年哈里士(Harries)用臭氧分解橡胶，通过生成物分析，明确了橡胶具有异戊二烯相连接的结构。此后，橡胶合成的研究始终处在积极状态中。但是，实质性进展还是在1922年瑞士化学家施陶丁格(Staudinger)提出高分子链状结构学说之后，橡胶弹性分子动力学等理论的建立才为橡胶合成奠定了理论基础。进入20世纪后，橡胶的合成技术进步很快，出现了几种合成方法和近百份橡胶合成专利。在第一次世界大战期间，德国首先生产了甲基橡胶，但因生产成本高，而且弹性、强度及耐老化性能均比天然橡胶差，故大战后终止生产。1928年原苏联列别捷夫直接从乙醇制造丁二烯成功。1929年美国齐柯尔(Thiokol)公司生产了聚硫系合成橡胶。1930年英国发表了二烯烃经高压聚合制造弹性体的专利。1931年美国杜邦(DuPont)公司生产了氯丁橡胶。1932年原苏联生产了丁钠橡胶。1933年德国法本(Farben)公司取得了采用乳液聚合法制造丁苯橡胶的专利；1937年该公司又实现了丁腈橡胶的工业化生产。此间，德国、原苏联成为主要的合成橡胶生产和研究的国家。太平洋战争开始后．美国被切断了天然橡胶的来源．被迫从德国购买专利，组织合成橡胶生产。1942年生产了丁苯橡胶；1943年美国首先实现丁基橡胶的工业生产。这时英国、法国主要采用天然橡胶。1948年德国生产了低温丁苯橡胶。直至20世纪50年代，橡胶工业的主要原料仍以天然橡胶为主。随着高分子科学的发展，1955年出现了有规立构聚合方法，终于合成了化学结构和天然橡胶完全相同的合成橡胶—异戊橡胶，并由美国实现工业化。此后，1960年美国菲利浦公司(PhillipsCo．)实现了顾丁橡胶的工业化生产。1963年意大利蒙特迪生集团(MontedisonGroup)公司工业生产了三元乙丙橡胶。这期间，除二烯类橡胶外，一些特种合成橡胶，如硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等，都进行着广泛研究并投入工业生产。第三代橡胶：热塑性橡胶（热塑性弹性体）它是—类在常温下具有橡胶弹性，而在高温下能像热塑性塑料一样易于塑化成型的高分子材料。热塑性橡胶被应用是在1965年美国壳牌(Shell)化学公司生产的苯乙烯与丁二烯的三嵌段共聚物(简称SBS)之后。热塑性橡胶由于不需要热炼、硫化，可简化工艺、节省能源，加工成本低，又因弹性-塑性转化的可逆性，所以下脚料和废次品等可再行利用。热塑性橡胶可大致划分为聚氨酯类、苯乙烯类、聚烯烃类、聚酯类和其它类五大类。1.3橡胶工业常用术语1.3.1胶料术语生胶塑炼胶混炼胶硫化胶再生橡胶生胶生胶是未经塑、混炼的橡胶的统称，是制造胶料的最根本的原料。(销售的橡胶原材料）再生橡胶再生橡胶(reclaimedrubber)：以橡胶制品生产中已硫化边角废料、使用过的废旧橡胶为原料加工成有一定可塑度的、能重新使用的橡胶，简称再生胶塑炼(Mastication)又称素炼、轧炼，是指生胶在机械力、热和氧等作用下，从强韧的弹性状态转变为柔软且具有塑性的状态，亦即增加其可塑性(流动性)的工艺过程称为塑炼。塑炼的实质是降低分子量、降低粘度、降低粘流温度。塑炼过的生胶称为塑炼胶。塑炼和塑炼胶混炼和混炼胶混炼(Milling)：是将塑炼胶或具有一定可塑性的生胶与各种配合剂经机械作用使之均匀混合的工艺过程。混炼后得到的生胶与各种配合剂的均匀混合物称之为混炼胶。混炼后得到的混炼胶的质量，对硫化胶的性能有很大影响。硫化和硫化胶硫化(Vulcanization)：硫化是橡胶与硫化剂（硫磺）和促进剂等在一定的温度、压力下，使橡胶大分子链发生交联反应的过程，也就是塑性橡胶转化为弹性橡胶或硬质橡胶的过程。广义地说，硫化是指胶料经过化学或物理方法处理后，使橡胶大分子通过交联从线型转变为网状结构，从而改善橡胶的物理机械性能和化学性能的工艺过程。混炼胶经过硫化过程后即可得到硫化胶。1.3橡胶工业常用术语1.3.2生胶和混炼胶性能测试灰分可塑度门尼粘度门尼焦烧焦烧时间正硫化时间1.3橡胶工业常用术语1.3.3硫化胶常用性能测试硬度拉伸强度伸长率撕裂强度定伸应力永久变形1.3橡胶工业常用术语1.3.4硫化胶特殊性能测试回弹性耐磨性耐油性耐溶剂性耐化学性老化1.4橡胶制品分类及其应用橡胶品种很多，分类方法也不统一，较常用的分类方法有以下三种：按照使用原材料来源进行分类；按照橡胶性能和用途进行分类；按照橡胶用途的类别进行分类。按照使用原材料来源进行分类按照使用材料来源可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶制品合成橡胶制品按照橡胶性能和用途进行分类按照橡胶性能和用途可分为通用橡胶和特种橡胶两大类。通用橡胶：凡是性能与天然橡胶相同或接近，物理性能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其它一般橡胶胶制品。特种橡胶：凡是具有特殊性能，专供耐热、耐寒、耐化学腐蚀、耐油、耐溶剂、耐辐射等特殊性能橡胶制品。通用橡胶和特种橡胶之间并无严格的界限。例如，乙丙橡胶就兼具上述两方面的特点。按照橡胶用途的类别进行分类按照橡胶用途的类别可分为轮胎和非轮胎制品。非轮胎橡胶制品包括：胶管、胶带、胶鞋、密封制品、橡胶减震制品、胶布及胶布制品、胶辊、胶板、橡胶防腐蚀衬里和衬胶制品、防水卷材和防水涂料、纺织用橡胶制品、硬质橡胶制品、医用橡胶制品、体育及日常生活用橡胶制品、胶乳制品、其他橡胶杂品。2.橡胶工业常用助剂及作用2.1硫化剂2.2硫化促进剂2.3硫化活性剂2.4防焦剂2.5光稳定剂2.6抗氧剂(防老剂)2.7增塑剂2.8补强填充剂2.9发泡剂2.10其他助剂3.1橡胶制品配方基本组成3.2典型橡胶制品配方举例分析3.3橡胶制品性能与配方设计3.橡胶制品基本组成与配方3.1橡胶制品配方基本组成3.1.1生胶3.1.2硫化体系3.1.3填充与补强体系3.1.4增塑与软化体系3.1.5防护（防老）体系3.1.6其他体系典型的橡胶配方包括以下几个部分：3.1.1生胶体系天然橡胶：NR合成橡胶：BR、SBR、NBR、EPDM再生橡胶：胎面再生胶、鞋面再生胶、杂皮再生胶3.1.2硫化体系硫化剂：S/TMTD/DCP/ZnO-MgO硫化促进剂:M/DM/D/CZ/TMTD硫化活性剂:ZnO/SA防焦剂:CTP3.1.3填充与补强体系补强剂：炭黑、白炭黑填充剂：碳酸钙、陶土