4弹性体材料

ChristopherColumbus(1451-1506)JosephPriestley(1733-1804)4.1弹性体的通性、分类、组成发现橡胶能擦去铅笔字迹在南美大陆发现橡胶并带回欧洲CharlesGoodyear(1800-1860)4.1弹性体的通性、分类、组成发明了橡胶硫化方法2.6通用高分子材料—橡胶©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.Figure4.1Cross-linkingofpolyisoprenechainsmayoccurintroducingstrandsofsulfuratoms.Sitesforattachmentofthesulfurstrandsoccurbyrearrangementorlossofahydrogenatomandthebreakingofanunsaturatedbond.1876年6月，Wickham将7万粒橡胶种子运抵英国。1876年7月末，1900棵树苗运往斯里兰卡、马来西亚，再拓殖到印尼、泰国、越南.20年后试种成功。4.1弹性体的通性、分类、组成巴西亚马逊州首府马瑙斯弹性体的结构特征4.1弹性体的通性、分类、组成-50~150oC无冷流现象大分子链具有足够的柔性；Tg比室温低很多使用条件下不结晶或结晶度很小；使用条件下无分子间相对滑动。弹性体：具有橡胶弹性的聚合物。橡胶弹性i）具有小应力下发生大形变的能力；ii）具有迅速恢复大形变的能力。2.6通用高分子材料—橡胶Figure4.2(a)Whentheelastomercontainsnocross-links,theapplicationofaforcecausesbothelasticandplasticdeformation;aftertheloadisremoved,theelastomerispermanentlydeformed.(b)Whencross-linkingoccurs,theelastomerstillmayundergolargeelasticdeformation;however,whentheloadisremoved,theelastomerreturnstoitsoriginalshape.©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.用途各种轮胎；胶带、胶鞋、密封制品、乳胶制品、儿童玩具、日用杂品、织物涂层……4.1弹性体的通性、分类、组成分类来源性能和用途4.1弹性体的通性、分类、组成天然橡胶合成橡胶通用合成橡胶特种合成橡胶其他合成橡胶丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶……丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、PU橡胶……热塑性弹性体、粉末橡胶、液体橡胶……指摩尔平均质量在10000以下，常温下具有流动性的聚合物。4.1弹性体的通性、分类、组成液体橡胶简化了加工工艺、适用于浇注成型……4.1弹性体的通性、分类、组成生胶由弹性状态可塑状态塑炼后的生胶与配合剂均匀混合将橡胶延展成片或制成各种形状的半成品将各部分通过粘贴、压合的方法组合成整体大分子由线型转变为网状结构的过程指摩尔平均质量在10000以下，常温下具有流动性的聚合物。4.1弹性体的通性、分类、组成液体橡胶具有的特性摩尔平均质量较低，以保持流动状态。能在进行交联的同时产生分子链增长反应，并形成闭合交联网，以获得足够高的强度。简化了加工工艺、适用于浇注成型……指粒径在1毫米以下的粉末状橡胶。4.1弹性体的通性、分类、组成粉末橡胶制造方法：机械粉碎法喷雾干燥法急骤干燥法冷冻干燥法包囊法。隔离剂类型：无机：如CaCO3、滑石粉有机：如聚氯乙烯隔离剂、淀粉-黄原酸盐……改善、简化了加工工艺……即可起隔离作用，又兼具硫化合补强的功能再生胶生胶配合剂生胶：没有经过加工和配合的未交联状态的橡胶。分子呈线型结构。组成基础组分4.1弹性体的通性、分类、组成再生胶：将废旧的橡胶制品和硫化胶的边角料经加工处理后，去掉硫化胶的弹性而恢复塑性和粘性，使其重新获得与生胶混合和硫化能力的材料。不要与“硫化胶粉”混淆热、氧、机械力、化学助剂作用脱硫硫化胶结构交联碎片带支链的分子链链状分子4.1弹性体的通性、分类、组成再生胶的制造过程：粉碎、脱硫、精炼起硫化作用的化学试剂提高机械性能，降低成本软化剂、着色剂、发泡剂、隔离剂……防止和延缓老化，延长使用寿命硫化体系防老剂其他配合剂补强、填充剂配合剂4.1弹性体的通性、分类、组成最常用的补强剂：炭黑、白炭黑硫化体系促进剂硫化剂引起弹性体交联。硫、有机多硫化物、有机过氧化物、金属氧化物、胺类、特种硫化剂……活化剂防焦剂4.1弹性体的通性、分类、组成促进弹性体硫化。噻唑类、秋兰姆类次磺酰胺类、醛胺类、硫脲类……提高促进剂的活性。ZnO、MgO、硬脂酸、月桂酸……ZnO、硬脂酸可并用能抑制产生早期硫化。水杨酸、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、亚硝基二苯胺、硫代酰亚胺（CTP）……橡胶小知识——焦烧焦烧：一种超前硫化行为，即在硫化前的各项工序(炼胶、胶料存放、挤出、压延、成型）中出现的提前硫化现象，故也可称为早期硫化。焦烧的危害：加工困难；影响产品的物理性能、及外表面光洁平整度；甚至会导致产品接头处断开等情况。热塑性弹性体高温下能反复塑化成型，常温下能显示橡胶弹性的材料优势：可利用热塑性塑料的设备和工艺加工成型；无需硫化；加工周期短，设备投资少；可回收加工中的边、角料，废料。4.2热塑性弹性体第三代橡胶能耗低具有可持续性分类4.2热塑性弹性体制备方法共聚型共混型聚氨酯类苯乙烯类聚烯烃类聚酯类聚酰胺类简单共混型热塑性硫化胶苯乙烯类热塑性弹性体(SBC)4.2热塑性弹性体()CH2CHCHCH2()CH2CHCHCH2()C()CHCH2()CH2CHCHCH2()CCH2CCH3()()CH2CHCHCH2()CCH2CH2CH2CH2CH2CHCH2CH3abababSEBSSISSBS三种常见的苯乙烯类热塑性弹性的结构产量最大，发展最快，用途最广结构特点图4.3SBC三嵌段示意图4.2热塑性弹性体分子链兼具硬段、软段硬段：刚性链段软段：柔性链段聚集态：玻璃态聚集态：高弹态软段硬段硬段4.2热塑性弹性体Figure4.4ThestructureofSBS.具有可逆性交联结构物理交联点聚苯乙烯链段间作用存在微相分离结构硬段为不连续相分散在柔性链段中SBC的应用鞋材工具握把汽车配件医疗器械电线电缆密封材料玩具、日用品……4.2热塑性弹性体沥青改性剂永久变形较大耐热性差价格昂贵……良好的橡胶弹性优异的耐候性优异的耐低温性能环保性能着色性能……SEBS优缺点4.2热塑性弹性体()CH2CHCHCH2()CH2CHCHCH2()C()CHCH2()CH2CHCHCH2()CCH2CCH3()()CH2CHCHCH2()CCH2CH2CH2CH2CH2CHCH2CH3abababSEBSSISSBS采用结晶性热塑性塑料改性SEBS改善加工性能；上限使用温度；结晶区力学强度SEBS弹性体材料的价格SEBS改性4.2热塑性弹性体PP对SEBS弹性体的力学性能的影响图4.5SEBS/PP材料拉伸强度、定伸强度与PP含量的关系图4.6SEBS/PP材料断裂伸长率与PP含量的关系4.2热塑性弹性体4.2热塑性弹性体图4.7SEBS/PP弹性体材料在400%应变内的拉伸应力-应变曲线PP可显著提高SEBS热塑性弹性体材料的拉伸强度、撕裂强度、硬度等力学性能。图4.8SEBS/PP材料撕裂强度与PP含量的关系060120180240300020406080100120PP质量含量(phr)体系撕裂强度(N/mm)0204060801001204.2热塑性弹性体形变性能PP含量/phr10206080形变量/μm506.9294.386.336.1形变回复率/%83.979.575.371.1表4-1SEBS/PP弹性体材料拉伸形变行为参数PP对SEBS分子链松弛运动的影响4.2热塑性弹性体与-EB-发生部分混溶的PP非晶区链段影响了EB嵌段的伸展和回复。OMMT和MMT的加入均能改善SEBS/PP弹性体复合材料的回弹性，且OMMT的作用更为明显。05101520505560657075808590回复率/%改性剂含量/phrOMMTMMT图4-9改性剂含量对SEBS/PP-80形变回复率的影响OMMT含量为5phr时的改善效果最佳。4.2热塑性弹性体图4.9γ=10001/s时SEBS/PP材料的表观粘度值与PP含量的关系PP对SEBS熔融粘度的影响01002003004005005060708090斜率为10001/s时对应的粘度（Pa·s）PP质量份数(phr)4.2热塑性弹性体SEBS/PP的表观粘度较纯SEBS显著降低。PP的引入改善了其流动性能，使材料易于加工。二异氰酸酯聚酯/聚醚二元醇扩链剂TPU聚氨酯类热塑性弹性体（TPU）4.2热塑性弹性体聚酯型TPU具有更好的力学强度和耐磨性、耐非极性溶剂性聚醚型TPU具有更好的弹性、低温性能、热稳定性、耐水性和耐生物降解性4.2热塑性弹性体氨基甲酸酯链段间形成氢键物理交联应用耐磨制品高强度耐油制品高强度高模量制品不适宜做汽车轮胎•小型实心胎•鞋底……•输油软管•汽车仪表盘•摩擦系数低4.2热塑性弹性体热塑性硫化胶（ThermalplasticVulcanizateTPV）热塑性动态硫化橡胶4.2热塑性弹性体塑料分散相橡胶连续相橡胶分散相塑料连续相橡（含交联剂）塑比＞80:20共混中橡胶同时发生原位交联反应，在机械剪切力的作用下被破碎为微米级颗粒(＜2μm)。熔融共混相反转橡胶发生硫化4.2热塑性弹性体双螺杆挤出机是最为通用的动态硫化设备TPV相比于嵌段型TPE具有优越性具有优异的耐疲劳性能（优于普通橡胶）。使用上限温度高，耐溶剂、油品，压缩永久变形小。采用低成本现有加工方法，通过将现有聚合物共混来制备新产品。4.2热塑性弹性体TPV是性能最接近热固性橡胶的热塑性弹性体30～40％用于替代EPDM制造汽车配件4.2热塑性弹性体10～15％用于制造电子电气上的绝缘材料。4.2热塑性弹性体10％土木建筑业4.2热塑性弹性体其它各种形状复杂的弹性体制品。4.2热塑性弹性体作业：名词解释1、再生胶；2、硫化橡胶；3、热塑性弹性体问答题：1、橡胶为什么需要硫化？2、分析弹性体的结构特征。3、热塑性弹性体材料是如何将塑料与弹性体材料的特征结合起来的？4、分析氯丁橡胶和天然橡胶在结构和性能上的差异。