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1、第第5 5章章 橡胶橡胶5.1 概述概述 橡橡胶胶制制品品的的种种类类大大致致分分为为轮轮胎胎、胶胶管管、胶胶带、鞋业制品和其他橡胶制品带、鞋业制品和其他橡胶制品。5.1.1 橡胶材料的特性橡胶材料的特性 在在大大的的变变形形下下能能迅迅速速而而有有力力恢恢复复其其形形变变，能能够被改性。够被改性。5.1.2 橡胶的分类橡胶的分类 按按来来源源和和用用途途、化化学学结结构构和和形形态态和和交交联联方方式式分类。分类。（1）按照橡胶的来源和用途）按照橡胶的来源和用途 天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶和合成橡胶。（2）按化学结构按化学结构 碳链橡胶和杂链橡胶碳链橡胶和杂链橡胶 （3）按形态和交联方式分
2、类）按形态和交联方式分类 固体橡胶、液体橡胶和粉末橡胶。固体橡胶、液体橡胶和粉末橡胶。传统橡胶和热塑性弹性体。传统橡胶和热塑性弹性体。5.1.3 橡胶的配合和加工工艺橡胶的配合和加工工艺 橡胶的配合是指根据成品的性能要求，考虑橡胶的配合是指根据成品的性能要求，考虑加工工艺和成本诸因素，确定橡胶材料和各种配加工工艺和成本诸因素，确定橡胶材料和各种配合剂的类型和用量。合剂的类型和用量。一个完整的配合体系包括生胶体系、硫一个完整的配合体系包括生胶体系、硫化体系、填充增强体系、软化增塑体系和防化体系、填充增强体系、软化增塑体系和防护体系。护体系。（1）生胶体系）生胶体系 称为母体材料或基体材料。包括天
3、然橡胶称为母体材料或基体材料。包括天然橡胶和合成橡胶，以及生胶的替代材料，如再生胶、和合成橡胶，以及生胶的替代材料，如再生胶、硫化胶胶粉和热塑性树脂。硫化胶胶粉和热塑性树脂。（2）硫化体系）硫化体系 硫化剂硫化剂 硫化促进剂硫化促进剂 硫化活化剂硫化活化剂（4 4）软化增塑体系）软化增塑体系 石油系增塑剂、煤焦油系增塑剂等。石油系增塑剂、煤焦油系增塑剂等。（5）防护体系）防护体系（3）填充增强体系）填充增强体系 5.1.3.2 橡胶的加工工艺橡胶的加工工艺（1）塑炼是生胶由弹性状态转变为具有可塑性塑炼是生胶由弹性状态转变为具有可塑性状态的工艺过程。状态的工艺过程。一般包括塑炼、混炼、压延、压出
4、、成一般包括塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化等工序。型、硫化等工序。（2）混炼是将各种配合剂混入生胶中制成混炼是将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的过程。质量均匀的混炼胶的过程。（3）压延和压出压延和压出（4）成型成型（5）硫化硫化5.1.4 橡胶的性能指标橡胶的性能指标 拉伸强度拉伸强度 扯断伸长率扯断伸长率 硬度硬度 定伸应力定伸应力 撕裂强度撕裂强度 阿克隆磨耗阿克隆磨耗5.2 天然橡胶（天然橡胶（NR）是指从植物中获得的橡胶，这些植物包括是指从植物中获得的橡胶，这些植物包括巴西橡胶树、银菊、橡胶草、杜仲草等。巴西橡胶树、银菊、橡胶草、杜仲草等。5.2.1 天然橡胶的制备和分类
5、天然橡胶的制备和分类 制备天然橡胶的主要原料是新鲜胶乳，将制备天然橡胶的主要原料是新鲜胶乳，将从树上流出的新鲜胶乳经过一定的加工和处理从树上流出的新鲜胶乳经过一定的加工和处理可制成浓缩胶乳和干胶。可制成浓缩胶乳和干胶。固体天然橡胶可以分为通用固体天然橡胶、固体天然橡胶可以分为通用固体天然橡胶、特制固体天然橡胶和改性天然橡胶。特制固体天然橡胶和改性天然橡胶。传统的品种中有烟片胶、绉片胶和颗粒胶。传统的品种中有烟片胶、绉片胶和颗粒胶。烟片胶烟片胶 以新鲜胶乳为原料经加酸凝固、压片、熏以新鲜胶乳为原料经加酸凝固、压片、熏烟等工序制成的表面带菱形花纹的棕色胶片。烟等工序制成的表面带菱形花纹的棕色胶片。
6、绉片胶绉片胶 绉片胶制造方法与烟片胶基本相同。绉片胶制造方法与烟片胶基本相同。颗粒胶（标准胶）颗粒胶（标准胶）把压皱的胶片先通过造粒机制成小颗粒橡把压皱的胶片先通过造粒机制成小颗粒橡胶，经空气干燥而成。胶，经空气干燥而成。（1 1）通用固体天然橡胶）通用固体天然橡胶（2）特制固体天然橡胶特制固体天然橡胶（3）改性天然橡胶改性天然橡胶 天然橡胶经化学处理，改变了原来的化学天然橡胶经化学处理，改变了原来的化学结构和物理状态，或与其他高聚物接枝、掺混结构和物理状态，或与其他高聚物接枝、掺混后，具有不同于普通天然橡胶的操作特性和用后，具有不同于普通天然橡胶的操作特性和用途。途。特制固体天然橡胶是采用某
7、些特殊的方法特制固体天然橡胶是采用某些特殊的方法将普通的天然橡胶制成具有特殊操作性能或物将普通的天然橡胶制成具有特殊操作性能或物理化学性能的生胶。理化学性能的生胶。天然橡胶的主要成分是橡胶，另外还含有天然橡胶的主要成分是橡胶，另外还含有58%左右的非橡胶烃成分。左右的非橡胶烃成分。5.2.2 天然橡胶的组成和结构天然橡胶的组成和结构5.2.3 天然橡胶的性能和应用。天然橡胶的性能和应用。天然橡胶（天然橡胶（NR）的结构单元为顺式，）的结构单元为顺式，1,4-聚聚异戊二烯。异戊二烯。具有很好的弹性，在通用橡胶中仅次于顺具有很好的弹性，在通用橡胶中仅次于顺丁橡胶。耐油性、耐臭氧老化和耐热老化性差。
8、丁橡胶。耐油性、耐臭氧老化和耐热老化性差。5.3 通用合成橡胶通用合成橡胶 是丁二烯和苯乙烯的共聚物。是最早工业是丁二烯和苯乙烯的共聚物。是最早工业化的合成橡胶。化的合成橡胶。聚合方法：乳液聚合和溶液聚合。聚合方法：乳液聚合和溶液聚合。高温丁苯橡胶、低温丁苯橡胶等；烷基锂高温丁苯橡胶、低温丁苯橡胶等；烷基锂溶聚丁苯橡胶。溶聚丁苯橡胶。5.3.1 丁苯橡胶（丁苯橡胶（SBR）5.3.1.1 丁苯橡胶的制备和品种丁苯橡胶的制备和品种5.3.1.2 丁苯橡胶的结构、性能与应用丁苯橡胶的结构、性能与应用 不同品种的丁苯橡胶分子的宏观、微观结不同品种的丁苯橡胶分子的宏观、微观结构是不同的。构是不同的。宏
9、观结构参数：单体比例、平均分子量、宏观结构参数：单体比例、平均分子量、分子量分布、分子结构的线性和非线性、凝胶分子量分布、分子结构的线性和非线性、凝胶含量等。含量等。微观结构参数：丁二烯链段中顺式微观结构参数：丁二烯链段中顺式-1,4-结结构、反式构、反式-1,4-结构和结构和-1,2-结构的比例，苯乙烯、结构的比例，苯乙烯、丁二烯单元的分布等。丁二烯单元的分布等。丁苯橡胶的分子结构不规整，属于不能结丁苯橡胶的分子结构不规整，属于不能结晶的非极性橡胶。分子链侧基的存在使大分子晶的非极性橡胶。分子链侧基的存在使大分子链柔顺性变差，分子内摩擦增大。链柔顺性变差，分子内摩擦增大。丁苯橡胶的不饱和度比
10、天然橡胶低。丁苯橡胶的不饱和度比天然橡胶低。丁苯橡胶的加工性能不如天然橡胶。丁苯橡胶的加工性能不如天然橡胶。丁苯橡胶的抗湿滑性能好，对路面的抓着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。力大，且具有一定的耐磨性。5.3.1.2 丁苯橡胶的结构、性能与应用丁苯橡胶的结构、性能与应用5.3.2 聚丁二烯橡胶（聚丁二烯橡胶（BR）聚合方法：乳液聚合和溶液聚合。聚合方法：乳液聚合和溶液聚合。超高顺式聚丁二烯橡胶、高顺式聚丁二烯超高顺式聚丁二烯橡胶、高顺式聚丁二烯橡胶等；聚丁二烯橡胶。橡胶等；聚丁二烯橡胶。5.3.2.1 聚丁二烯橡胶的制备和品种聚丁二烯橡胶的制备和品种5.3.2.2
11、 聚丁二烯橡胶的结构、性能和品种聚丁二烯橡胶的结构、性能和品种 丁二烯聚合时，丁二烯聚合时，1,4-键合（顺式和反式结键合（顺式和反式结构）、构）、1,2-键合（全同、间同和无规结构）的键合（全同、间同和无规结构）的含量和分布是通过选择不同的催化体系加以控含量和分布是通过选择不同的催化体系加以控制。制。具有优异的弹性和耐低温性。具有优异的弹性和耐低温性。滞后损失小和生热小。滞后损失小和生热小。耐磨性能优异。耐磨性能优异。耐曲挠性优异。耐曲挠性优异。填充性好。填充性好。（1）优点）优点（2）缺点）缺点 拉伸强度与撕裂强度低。拉伸强度与撕裂强度低。抗湿滑性差。抗湿滑性差。生胶的冷流性大。生胶的冷流
12、性大。5.3.3 集成橡胶（集成橡胶（SIBR）合成的单体：苯乙烯、异戊二烯和丁二烯合成的单体：苯乙烯、异戊二烯和丁二烯 （1 1）共聚组成）共聚组成 （2 2）序列结构）序列结构 （3 3）微观结构）微观结构 （4 4）分子链结构）分子链结构 （5 5）微观相态）微观相态 5.3.3.1 集成橡胶的结构集成橡胶的结构5.3.3.2 集成橡胶的性能集成橡胶的性能 集成橡胶的优异低温性能（来源于丁二烯或集成橡胶的优异低温性能（来源于丁二烯或 异戊二烯的均聚物）。异戊二烯的均聚物）。优异的湿滑性能（来源于分子链中的优异的湿滑性能（来源于分子链中的S-I-B 和和 S-B共聚物）。共聚物）。聚合物的
13、抓着性能聚合物的抓着性能（来源于乙烯基、烯丙基（来源于乙烯基、烯丙基 和苯侧基）。和苯侧基）。5.3.4 丁基橡胶（丁基橡胶（IIR）5.3.5 乙丙橡胶乙丙橡胶 异丁烯与少量的异戊二烯的共聚物。异丁烯与少量的异戊二烯的共聚物。通用丁基橡胶和卤化丁基橡胶。通用丁基橡胶和卤化丁基橡胶。5.3.4.1 丁基橡胶的制备和品种丁基橡胶的制备和品种 丁基橡胶最独特的性能是气密性非常好。丁基橡胶最独特的性能是气密性非常好。乙丙橡胶是以乙烯和丙烯为主要单体。二元乙丙橡胶是以乙烯和丙烯为主要单体。二元乙丙橡胶和三元乙烯橡胶。乙丙橡胶和三元乙烯橡胶。5.3.5.1 乙丙橡胶的结构、性能和应用乙丙橡胶的结构、性能
14、和应用 （1）优点优点 优异的热稳定性和耐老化性能。优异的热稳定性和耐老化性能。密度低，在所有橡胶是最低的。密度低，在所有橡胶是最低的。（2）缺点缺点 难以与不饱和橡胶共硫化。难以与不饱和橡胶共硫化。乙丙橡胶的包辊性差。乙丙橡胶的包辊性差。5.3.6 氯丁橡胶（氯丁橡胶（CR）5.3.6.1 氯丁橡胶的制备与品种氯丁橡胶的制备与品种 氯丁橡胶合成的单体：氯丁橡胶合成的单体：2-氯氯-1,3-丁二烯丁二烯。5.3.6.2 氯丁橡胶的结构、性能和应用氯丁橡胶的结构、性能和应用 硫调型（硫调型（G型）和非硫调型（型）和非硫调型（W型）。型）。反式反式-1,4-加成是主要的，属于结晶不饱和加成是主要的
15、，属于结晶不饱和极性橡胶。极性橡胶。5.4 特种合成橡胶特种合成橡胶 指用途特殊、用量较小的一类橡胶，多属指用途特殊、用量较小的一类橡胶，多属饱和橡胶，分子主链是碳链，有的是杂链，一饱和橡胶，分子主链是碳链，有的是杂链，一般是极性橡胶。般是极性橡胶。5.4.1 丁腈橡胶丁腈橡胶 丁腈橡胶是目前用量最大的一种特种合成橡丁腈橡胶是目前用量最大的一种特种合成橡胶。胶。合成方法：乳液聚合（以低温乳液聚合为主）合成方法：乳液聚合（以低温乳液聚合为主）5.4.1.1 丁腈橡胶的结构和性能丁腈橡胶的结构和性能 丁腈橡胶是目前用量最大的一种特种合成橡胶。丁腈橡胶是目前用量最大的一种特种合成橡胶。合成方法：乳液
16、聚合（以低温乳液聚合为主）合成方法：乳液聚合（以低温乳液聚合为主）5.4.2 硅橡胶硅橡胶5.4.2.1 硅橡胶与品种硅橡胶与品种 硅橡胶是由硅氧烷与其他有机硅单体共聚的硅橡胶是由硅氧烷与其他有机硅单体共聚的聚合物。聚合物。硫化机理：有机过氧化物引发自由基交联型硫化机理：有机过氧化物引发自由基交联型（也称热硫化型）、缩聚反应型（也称室温硫化（也称热硫化型）、缩聚反应型（也称室温硫化型）和加成反应型。型）和加成反应型。热硫化型硅橡胶按化学组成分为：二甲基硅热硫化型硅橡胶按化学组成分为：二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯苯基硅橡胶橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯苯基硅橡胶等。等。室温硫化型硅
17、橡胶按其硫化机理和使用工艺室温硫化型硅橡胶按其硫化机理和使用工艺性能分为：单组分室温硫化硅橡胶和双组分室温性能分为：单组分室温硫化硅橡胶和双组分室温硫化硅橡胶。硫化硅橡胶。加成硫化型硅橡胶是指官能度为加成硫化型硅橡胶是指官能度为2的含乙烯基的含乙烯基端基的聚二甲基硅氧烷在铂化合物的催化作用下，端基的聚二甲基硅氧烷在铂化合物的催化作用下，与多官能度的含氢硅烷加成反应。与多官能度的含氢硅烷加成反应。5.4.2.2 结构和性能结构和性能 优异的耐高低温性能优异的耐高低温性能 优异的耐热氧老化、耐天侯老化及耐臭氧老优异的耐热氧老化、耐天侯老化及耐臭氧老 化性能化性能 电绝缘性能电绝缘性能 生胶强度低生
18、胶强度低 不耐酸碱、具有优良的耐油、耐溶剂性能不耐酸碱、具有优良的耐油、耐溶剂性能5.4.3 氟橡胶氟橡胶5.4.3.1 氟橡胶的种类氟橡胶的种类 氟橡胶是指主链或侧链的氟原子的一类高分氟橡胶是指主链或侧链的氟原子的一类高分子弹性体。子弹性体。含氟烯烃类氟橡胶含氟烯烃类氟橡胶 亚硝基类氟橡胶亚硝基类氟橡胶 全氟醚类氟橡胶全氟醚类氟橡胶 氟化磷腈类氟橡胶氟化磷腈类氟橡胶 5.4.3.2 结构、性能和应用结构、性能和应用 耐化学药品和腐蚀性在所有橡胶中最好。耐化学药品和腐蚀性在所有橡胶中最好。硫化体系硫化体系 过氧化物硫化体系、二胺类硫化体系和过氧化物硫化体系、二胺类硫化体系和双酚硫化体系。双酚硫
19、化体系。5.4.4 丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯橡胶5.4.4.1 丙烯酸酯橡胶的制备与品种丙烯酸酯橡胶的制备与品种 丙烯酸酯橡胶是由丙烯酸酯，通常是烷基酯丙烯酸酯橡胶是由丙烯酸酯，通常是烷基酯为主要单体，与少量带有可提供交联反应的活性为主要单体，与少量带有可提供交联反应的活性基团的单体共聚而成的一类弹性体，丙烯酸酯一基团的单体共聚而成的一类弹性体，丙烯酸酯一般采用丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯。般采用丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯。5.4.4.2 结构、性能及应用结构、性能及应用 丙烯酸酯橡胶分子主链的饱和性以及含有的丙烯酸酯橡胶分子主链的饱和性以及含有的极性酯基侧链决定了它的主要性能。极性酯基侧链决定了它的主要性
20、能。交联单体交联单体 烯烃环氧化物烯烃环氧化物 含活性氯原子的化合物含活性氯原子的化合物 酰胺类化合物酰胺类化合物 含非共轭双烯烃单体含非共轭双烯烃单体5.4.5 其他合成橡胶其他合成橡胶（1）聚氨酯橡胶（聚氨酯橡胶（PU）（2）氯化聚乙烯（氯化聚乙烯（CPE）（3）氯磺化聚乙烯（氯磺化聚乙烯（CSM）5.5 热塑性弹性体热塑性弹性体 结构：多相结构结构：多相结构 制备方法：共聚型和共混型制备方法：共聚型和共混型 共聚型：共聚型：SBS、TPU、TPEE和聚酰胺和聚和聚酰胺和聚烯烃类。烯烃类。5.5.1 共聚型热塑性弹性体共聚型热塑性弹性体 SBS、TPU、TPEE和聚酰胺类热塑性弹性和聚酰胺类热塑性弹性体。体。5.5.2 热塑性硫化胶热塑性硫化胶 （1）制备）制备 （2）性能）性能