橡胶原材料.pdf

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1、1第二章橡胶及塑料制品第二章橡胶及塑料制品的原材料与配方的原材料与配方2009-8-282主要内容及学习要求主要内容及学习要求u主要内容主要内容u橡胶与塑料制品的常用原材料种类u橡胶与塑料制品常用助剂种类及作用u橡胶及塑料制品的配方简介u学习要求学习要求u了解橡胶与塑料制品常用的原材料及助剂种类u了解橡胶与塑料制品的配方组成第一节 橡胶原材料第一节 橡胶原材料2009-8-284橡胶的定义橡胶的定义u橡胶橡胶u引自美国的国家材料标准ASTM-D1566（America Society of Test and Material）。u橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速而有力的恢复其变形，能够被改

2、性（硫化），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-甲苯混合物等溶剂中。改性的橡胶在室温（1829）下被拉伸到原长度的两倍并保持一分钟后除掉外力，它能在一分钟内恢复到原长的1.5倍以下。2009-8-285一、橡胶材料的结构与性能特点一、橡胶材料的结构与性能特点1.1 橡胶材料的结构特征橡胶材料的结构特征u大分子链具有足够的柔顺性，大分子链具有足够的柔顺性，Tg远低于室温；远低于室温；u在使用条件下不结晶或结晶度很小；在使用条件下不结晶或结晶度很小；u分子具有适当的化学反应活性；分子具有适当的化学反应活性；u 线形或轻度支化结构交联结构u具有较高的分子量及较宽的分子量分布。

3、具有较高的分子量及较宽的分子量分布。2009-8-2861.2 橡胶材料的性能特点橡胶材料的性能特点u常温下具有高弹性，并能在-50130的温度范围内保持良好的弹性。u这是橡胶材料独有的特征，是其它任何材料所不具备的。u粘弹性。u表现出明显的力学松弛现象u良好的电绝缘性、隔热性、耐气透性及耐化学腐蚀性。u老化性。u能与许多材料并用，进行改性，提高其性能。u必须进行硫化，才具有使用价值。22009-8-2871.3 橡胶的几个基本概念橡胶的几个基本概念u生胶生胶u没有加入配合剂且尚未交联的橡胶u混炼胶混炼胶u生胶与配合剂经加工混合均匀且尚未交联的橡胶。u硫化胶硫化胶u混炼胶在一定的温度、压力和时

4、间作用下，经交联由线形大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。2009-8-288二、橡胶的分类二、橡胶的分类u按来源分类按来源分类u天然橡胶：从自然界植物中得到的橡胶。u合成橡胶：由低分子物质经过各种化学反应制成的高分子弹性体物质。u按用途分类按用途分类u 通用橡胶：大多数物理机械性能和加工性能良好，能广泛用于轮胎及其他大多数橡胶制品的橡胶。u 特种橡胶：只有某一项或几项物理机械性能特别优越，专门用于具有某些特殊性能要求的制品的橡胶。u按形态分类按形态分类u固体橡胶（块状、片状、粒状）u液体橡胶u粉末橡胶2009-8-289三、橡胶的发展三、橡胶的发展历史历史u天然天然橡胶的发展橡胶的发展历史历

5、史u考古发现，人类在11世纪就开始使用橡胶。u直到1823年，英国人马辛托希创办了世界上第一个橡胶厂，生产防水布，这是橡胶工业的开始。u1839年，Goodyear发明了硫化u1862年，Honcock发明了双辊机u1876年，英国开始在东南亚殖民地国家种植橡胶树u1888年，Dunlop发明了充气轮胎u1904年，发现硫化活化剂ZnO，炭黑可以补强u1906年，发现促进剂苯胺u1921年，发现促进剂D，从此橡胶工业得到迅速发展。2009-8-2810u合成合成橡胶的发展橡胶的发展历史历史u1881年霍夫曼用1，3-戊二烯合成橡胶；u1900年，前苏联孔达科夫用2，3-二甲基-1，3-丁二烯合

6、成出橡胶；u1929年，美国齐柯尔（Thiokol）公司生产了聚硫系合成橡胶；u1931年，美国Du Pont公司生产CR；u1932年前苏联工业生产了丁钠橡胶后，相继生产的合成橡胶有SBR（1935年德国Farbon公司）、NBR（1937年德国Farbon公司）；u50年代，ZeiglerNatta发现了定向聚合，导致了橡胶工业的新飞跃，出现了BR（1960年美国Phillips公司）、EPDM（1960年意大利Montedison公司）、IR等新胶种，u19651973年间出现了热塑性弹性体。2009-8-2811u国国内橡胶内橡胶工业工业的发展概的发展概况况u我国从1904年开始在雷州

7、半岛等地种植NR，50年代将橡胶树北移种植成功，并在云南、广西等地大面积种植，现在，我国NR产量占世界第四位。u1915年，在广州建立第一个橡胶加工厂广州兄弟创制树胶公司，生产鞋底u我国从1958年开始合成橡胶，国产第一块合成胶是四川长寿化工厂于1958年生产的CR，1960年兰州化工厂生产SBR，1962年兰化生产NBR。目前国内几家大石化如燕山石化、兰州石化、齐鲁石化等均生产合成橡胶，通用的合成橡胶除了IIR外，其它均能生产。2009-8-2812四四、橡胶的用途、橡胶的用途u轮胎轮胎类制品类制品u橡胶材料有80%用于轮胎制造u胶胶带带制品制品u胶胶管管制品制品u胶胶鞋鞋制品制品u工业工业

8、橡胶制品橡胶制品32009-8-2813五、橡胶原材料五、橡胶原材料5.1 天然橡胶（天然橡胶（Natural Rubber,NR）-通用橡胶中综通用橡胶中综合物理机械性能最好合物理机械性能最好u天然橡胶的来源天然橡胶的来源u巴西橡胶树（又称三叶橡胶树），银菊、橡胶草、杜仲等。巴西橡胶树巴西橡胶树印印度度橡橡胶胶树树杜仲树杜仲树银菊银菊2009-8-2814u 天然天然橡胶的橡胶的组成组成橡胶烃：9295%非橡胶成分：7%蛋白质：23%丙酮抽出物：1.54.5%少量灰分：0.20.5%水分：0.31.0%2009-8-2815u天然天然橡胶的结构橡胶的结构u天然天然橡胶的分类橡胶的分类u制法：

9、烟片胶、绉片胶、颗粒胶u外观：烟片胶（五级）、绉片胶（六个等级）u理化指标（机械杂质、塑性保持率、塑性初值、氮含量、挥发分含量、灰分含量、颜色指数等）：CH2CCHCH3CH2 n不饱和非极性结晶性1号烟片号烟片3号烟片号烟片绉片绉片胶胶SCR52009-8-2816u天然天然橡胶的性能橡胶的性能u优优点点：u1）良好的弹性，在通用橡胶中仅次于BR；u2）优异的机械强度（自补强橡胶）；u3）化学反应活性高，硫化速度快；u4）动态性能良好，良好的耐疲劳性能、滞后损失小，生热量低；u5）具有良好的气密性、防水性和电绝缘性；u6）良好的加工性能。u缺缺点点：u1）耐油及耐非极性溶剂的能力较差；u2）

10、耐热性、耐老化性能较差。2009-8-2817u天然天然橡胶的用途橡胶的用途u适用于制造各种轮胎，也用于各种胶带、胶管和工业橡胶制品、医疗卫生制品及日常生活制品。其应用比例如下：u轮胎：68%机械制品：13.5%胶粘剂：1.0%胶鞋：5.5%u胶乳制品：9.5%其他：2.5%2009-8-2818异戊异戊橡胶橡胶（IR）u异戊异戊二二烯烯的顺的顺式聚合产物式聚合产物，又称合成天然又称合成天然橡胶。橡胶。u1954年实现工业化生产，结构单元与天然橡胶一样，适于作浅色橡胶制品。u与与NR有有以以下不下不同：同：u顺式含量低于NR，结晶能力比NR差，分子量分布较NR窄，不含非橡胶成分，加工和力学性能

11、较NR差。u格林强度低，生胶有冷流倾向，硫化速度慢。uIR的耐老化性能较NR差。u压延、压出性、粘和性能与NR相当。42009-8-2819反式聚异戊二烯橡胶（反式聚异戊二烯橡胶（TPI）u结构特点结构特点u与NR不同，TPI为反式1,4-结构u天然的TPI有杜仲胶、巴拉塔胶、古塔波胶，人工合成高反式TPI也已实现。u性能特点性能特点u60以下迅速结晶，结晶度在25%45%之间，具有塑料材料的高硬度和高拉伸强度。u温度高于60软化，表现出橡胶的特性，可以硫化。u无生理毒性，可作为医用夹板。u塑炼和混炼温度不能低于60，半成品挺性好，易喷霜2009-8-2820“反反式异戊式异戊橡胶橡胶”研究项

12、目（研究项目（TPI）试）试生生产成功产成功本本报讯报讯 12月月20日上午日上午，由由高分子学高分子学院黄宝琛教授院黄宝琛教授主主持持“高反高反式式-1,4-聚异戊聚异戊二二烯烯的的合成合成及应用及应用开开发发”项目（简称项目（简称TPI）在在坐落坐落于于青岛科青岛科大大都市科技园都市科技园的的青岛助剂厂试青岛助剂厂试生生产成功产成功。反反式式1，4聚异戊聚异戊二二烯烯(简称为简称为TPI)又称又称反反式异戊式异戊橡橡胶，胶，此项目我校早此项目我校早在在1997年年9月通过月通过了了化化工工部部组组织织的的专家专家技技术术鉴鉴定，定，并被评价并被评价为为处处于于国国际领先水平际领先水平，20

13、00年由年由高分子材料与高分子材料与工工程程学学院黄宝琛教授院黄宝琛教授主主持持的的“高反高反式式-1,4-聚异戊聚异戊二二烯烯的的合成合成及及应用应用开开发发”项目项目项目项目获得了获得了国国家家技技术术发发明明二二等奖等奖，并并具具备了自备了自主的主的知识知识产产权和核心权和核心技技术术。2009-8-28215.2 丁苯丁苯橡胶橡胶（SBR）u产产量量最最大的大的合成合成橡胶，橡胶，占占合成合成橡胶橡胶总总量的量的55%。u 结构特点结构特点CH2CHCHCH2CH2CHCHCH2CH2CHxyz不饱和非极性非结晶性2009-8-2822u性能特点性能特点u优优点点：u耐磨性、耐热性、耐

14、老化性、气密性、电绝缘性、抗湿滑性优于NR；u硫化平坦性好，不易焦烧，不宜过硫。u缺缺点点：u弹性、耐寒性较差，滞后损失大，纯硫化胶强度低，耐屈挠龟裂性和抗裂口扩展性差；u胶料加工性能较差，混炼时不易吃粉，生热快，压型收缩率大，成型粘着性差，硫化速度慢等。2009-8-2823uSBR的应用的应用uSBR是一种耗量最大的通用橡胶，应用广泛，除要求耐油、耐热、耐特种介质等特殊情况外的一般场合均可使用。u主要用于轮胎工业，另外还用于运输带的覆盖胶，输水胶管，胶鞋大底，胶辊，防水橡胶制品，胶布制品、微孔海绵制品、防震制品等。2009-8-28245.3 顺顺丁丁橡胶橡胶（BR）u结构特点结构特点CH

15、2CCHHCH2n不饱和非极性结晶性52009-8-2825u性能特点性能特点u优点：优点：u弹性和耐寒性在通用橡胶中是最好的；u耐磨耗性能优异（优于NR、SBR）、滞后损失小、生热低、耐屈挠疲劳性能好；u耐老化性能优于NR。u缺点：缺点：u拉伸强度、撕裂强度均低于NR、SBR；u抗湿滑性差；u生胶冷流性差；u工艺加工性较差。2009-8-2826u用途用途u主要用于轮胎制品中，在路面条件较差、环境温度很低、车速较高的情况下可明显改善轮胎的耐磨性能，提高其使用寿命，还可广泛用于其他要求弹性、耐寒性、和耐磨性的橡胶制品中，如胶管、胶带、胶辊、胶鞋等。2009-8-28275.4 乙丙乙丙橡胶橡胶

16、（EPM、EPDM）u结构特点结构特点u二二元乙丙元乙丙橡胶橡胶u三三元乙丙元乙丙橡胶橡胶CH2CH2CH2CHCH3xy nCH2CH2CH2CHCH3xy n饱和饱和非极非极性性非非结晶性结晶性2009-8-2828u性能特点性能特点u优优点点：u极高的化学稳定性（在通用橡胶中是最好的）。主要表现在具有优异的耐老化性、耐天候性和耐化学药品性；u卓越的耐水、耐过热水及耐水蒸气性；u优良的电绝缘性能；u良好的弹性及抗压缩变形性，且低温下的弹性保持性好。u缺缺点点：u硫化速度太慢。u纯胶硫化胶强度太低，必须加补强剂才具有使用价值。u加工性能差。u耐非极性溶剂性差。2009-8-2829u应用应用

17、u耐热、耐老化、耐水制品耐热输送带、蒸汽胶管、防水卷材u耐化学品腐蚀的密封制品、防腐衬里u绝缘的电线、电缆包皮u浅色的轮胎胎侧u桥梁码头缓冲、减震器材防水卷防水卷材材电线电缆电线电缆2009-8-28305.5 丁丁基橡胶基橡胶（IIR）u结构特点结构特点CH2CCH3CH3xCH2CCH3CHCH2CH2CCH3CH3y饱和饱和性性结晶性结晶性非极非极性性每个结构单元中都含有两个侧甲基，空间位阻大，分子结构紧密。62009-8-2831u性能特点性能特点u优点：优点：u优异的气密性（在通用橡胶中是最好的）；u优良的化学稳定性、耐水性及电绝缘性（仅次于EPM）；u纯胶硫化胶的拉伸强度和断裂伸长

18、率较高。（拉伸易结晶，自补强性高）u具有良好的缓冲减震性能。（空间位阻大，滞后明显）u缺点：缺点：u硫化速度慢，硫化时间长，硫化温度高；u粘合性差，与其他橡胶的相容性差；u滞后损失大，常温下弹性差，永久变形大；u耐油性差。卤卤化化2009-8-2832u应用应用u气密性要求高的制品中，如充气轮胎的内胎、球胆、无内胎轮胎的气密层等；u耐热耐老化制品，如轮胎工业中的水胎、风胎、硫化胶囊，耐酸碱腐蚀制品和防腐蚀容器衬里；u电绝缘材料，如高、中、低压电缆电绝缘胶层和护套；u建筑防水材料和缓冲减震制品等。阻尼胶带2009-8-28335.6 丁腈丁腈橡胶橡胶（NBR）u结构特点结构特点CH2CHCHCH

19、2CH2CHCNxyn不饱和极极性性非结晶性2009-8-2834u性能特点性能特点u优优点点：u优异的耐油性和非极性溶剂能力（在通用橡胶中是最好的），其耐油性随着丙烯腈含量增加而提高；u抗静电性能好。可作为半导体材料制作抗静电橡胶制品，这在通用橡胶里是独一无二的；u较好的耐热性（NR、SBR、BRNBREPM、IIR）；u良好的气密性，仅次于IIR。u缺缺点点：u弹性、耐寒性差；u电绝缘性、耐臭氧性差；u加工性能差，生热量高。2009-8-2835u应用应用u广泛应用于各种耐油橡胶制品，如输油胶管、油封制品、贮油容器衬里、隔膜及耐油减震制品等；u用于各种需要导出静电的耐油、耐磨制品，如纺织橡

20、胶皮辊和配件等；u与其他橡胶、塑料并用，进一步提高材料的耐油性。2009-8-28365.7 氯丁氯丁橡胶橡胶（CR）u结构特点结构特点CH2CClCHCH2n结晶性非饱和性极性反式-1,4结构含量占80%以上，分子结构规整度高，能结晶72009-8-2837u性能特点性能特点u优点：优点：u优异的耐燃烧性，属离火自熄型橡胶；u良好的粘合性；u较高的力学强度；u良好的耐油、耐非极性溶剂的能力，在通用橡胶中仅次于NBR；u良好的耐老化性、耐热性和耐化学腐蚀性。u缺点：缺点：u低温性能较差，低温下失去弹性甚至发生断裂，最低使用温度为-30；u电绝缘性能较差，一般只能用于低压场合；u贮存稳定性差，在

21、贮存过程中易硬化变质；u加工性能对温度敏感。2009-8-2838u应用应用u耐热、耐油、耐燃烧、耐腐蚀的输送带、胶管、胶辊、电线电缆、防腐衬里、门窗密封条等。u粘合剂占合成橡胶粘合剂的80%。胶板胶辊输送带密封条2009-8-28395.8 氟氟橡胶橡胶（FPM）u氟橡胶是主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一类合成高分子弹性体，也称氟弹性体。uCFFCFClCH2CFFnCH2CFFxCFCF3CFFy2009-8-2840u优优点点u优异的耐高温性能，在橡胶材料中是最好的，250下可长期工作，320下可短期工作；u优异的耐油、耐化学腐蚀性能，可耐王水腐蚀，在橡胶材料中是最好的；u具有阻燃型，

22、属离火自熄性橡胶；u气密性良好，接近于IIR；u耐高温、耐高真空性能较好，在高温、高真空下的性能比其他橡胶都好。u缺缺点点u弹性较差，且耐低温及耐极性溶剂的性能也较差。2009-8-2841u应用应用u主要用于现代尖端技术（航空、航天、导弹、火箭）及其他工业部门的耐高温、耐油、耐腐蚀、耐高真空和耐辐射等密封和防护制品。2009-8-28425.9 硅硅橡胶橡胶（Q）u硅橡胶是指分子主链为-Si-O-无机结构，侧基为有机基团的一类弹性体，亦称为有机聚硅氧烷。S iC H3C H3OnSiOCH3CHCH2SiOCH3CH3mn82009-8-2843u优点：优点：u可在-100300范围内使用，

23、在各种橡胶中它的工作温度区间最广；u耐臭氧、耐天候老化性能优异；u电绝缘性优良，其电绝缘性能在受潮、遇水或温度升高时变化较小，可做高级绝缘制品；u具有疏水表面特性和生理惰性，无味无毒，对人体无害，具有较好的医学生物性能，可植入人体；u具有适当的透气性，可作保鲜材料。u缺缺点点：u物理机械性能较差；u不易硫化且价格昂贵。2009-8-2844u应用应用u硅橡胶具有独特的综合性能，与其它橡胶一样可加工成各种制品，应用广泛。广泛应用于汽车工业、电子、电器工业、宇航工业、建筑工业（粘接密封剂）、医疗卫生及其它方面。2009-8-28455.10 聚聚氨酯氨酯橡胶橡胶u结构结构u是指分子主链中含有（-N

24、H-CO-O-）结构的弹性体，是聚氨基甲酸酯的简称。OROCONHANHCOOn2009-8-2846性能特点性能特点u优优点点：u机械强度高，拉伸强度和耐磨性在橡胶材料中是最好的，且不需补强剂。u硬度范围宽（邵A10度-邵A95度），高强度、高弹性和高硬度的结合是其他橡胶无法比拟的。u气密性好，与IIR相当。u较好的粘合性。u较好的生物医学性能，可作为植入人体材料。u缺缺点点：u耐热性差，长期使用温度不超过90。u耐水性、耐酸碱腐蚀性差，易水解。u动态生热量大。2009-8-2847u应用应用u 用于耐磨制品、高强度耐油制品，如实心轮胎、胶辊、胶带、各种模型制品、鞋底等。也可用于发泡制造泡沫

25、橡胶。2009-8-2848六六、其他种其他种类的橡胶材料类的橡胶材料u粉末粉末橡胶橡胶u液体液体橡胶橡胶u热热塑性橡胶塑性橡胶u再再生胶生胶u硫化胶胶硫化胶胶粉粉92009-8-28496.1 粉末橡胶粉末橡胶u粉末橡胶粉末橡胶u是粒子直径在1mm以下的细粉粒状的固体生胶。u 种类种类u目前产量最大的粉末橡胶品种是废旧橡胶粉末，其次是粉末聚丁二烯接枝橡胶，再其次是PNBR、PSBR。其他品种还有粉末氯丁橡胶、粉末乙丙橡胶、粉末丁基橡胶、粉末异戊橡胶、粉末CPE、粉末氟橡胶等。u应用应用u橡胶制品领域。如应用粉末橡胶制造轮胎、管材、片材、异型材、垫片、传送带等。u粘合剂领域u聚合物改性领域。粉

26、末橡胶广泛PS、SAN、ABS、PVC、PP、PE、PBT、PET、EVA、酚醛树脂、环氧树脂改性剂。2009-8-28506.2 液体液体橡胶橡胶u液体液体橡胶橡胶u是一种分子量大约在200010000之间，在室温下为粘稠状流动液体，经过适当的化学反应可形成三维网状结构，从而获得和普通硫化胶具有类似的物理机械性能的齐聚物。u应用应用u液体橡胶便于自动化连续生产，不需大型设备，劳动强度低，适于浇铸、注压、室温硫化及现场喷涂和硫化，节省能耗和设备投资，广泛用于各种胶粘剂、密封防护材料和轮胎、胶带、鞋底、汽车配件等各种浇铸制品中2009-8-28516.3 热热塑性塑性弹弹性性体体u热热塑性塑性弹

27、弹性性体体u在高温下能塑化成型而在常温下能显示橡胶弹性的一类材料。u性能特点性能特点u兼有橡胶和塑料两者的特性，在常温下显示高弹，高温下又能塑化成型。u结构特点结构特点u交联为弹性体（橡胶）具有高弹性的条件之一，如果交联点为物理交联，则形成热塑弹性体。2009-8-2852软段硬段玻璃态聚集相、结晶相、氢键缔合作用、离解能较低的化学键2009-8-28536.4 再再生胶生胶u再再生胶生胶u是废旧橡胶制品和生产中的硫化胶边角废料经粉碎、脱硫等加工处理而制成的具有塑性加工性和能重新硫化的橡胶。u再再生胶的生生胶的生产产u第一步：先把废橡胶制品粉碎，得到粒度不同的胶粉；u第二步：再生过程（脱硫），

28、使硫化胶部分降解，破坏原有网状结构，从而使硫化胶可塑性得到一定恢复，再生过程是决定再生胶质量好坏的关键工序；u第三步：对再生后的胶粉进行精练。2009-8-2854u再再生胶的特点生胶的特点u再生胶的加工性能好，混炼容易，压延压出流动性好，收缩膨胀率小，表面光滑，花纹清晰，断面规格准确；u硫化速度较快，不易焦烧；u制品的耐老化性能、耐油和耐酸碱性能良好；u拉伸强度、耐撕裂强度和耐磨耗强度低。u再再生胶的应用生胶的应用u使用再生胶的主要目的是：降低成本，获得良好的加工性能。u在轮胎工业中，再生胶主要用于制造垫带，也可用于外胎中的钢丝圈胶、三角胶条以及小型轮胎、力车胎中等。u在其他橡胶制品中也有应

29、用，如胶鞋海绵中底、胶管、胶板等橡胶制品。102009-8-28556.5 胶粉胶粉u胶粉胶粉u废旧橡胶制品经粉碎加工处理得到的粉末状橡胶材料。u分类分类冷冻粉碎装置磨盘式胶体碾磨机47200200以上3007575以下微细胶粉超微细胶粉低温粉碎超微细粉碎细碎机、回转破碎机3047500300细胶粉砂轮机、粗碎机、回转破碎机12301400500粗胶粉常温粉碎目数m主要设备粒度类别粉碎方法胶胶粉粉的分类的分类2009-8-2856u胶胶粉粉的特性的特性u与再生胶相比，硫化胶粉生产工艺简化、节能，且减少了环境污染；其次胶粉成本低，物理机械性能较再生胶好，适当掺用可明显改善制品性能，因此其应用日益广泛。u胶胶粉粉的应用的应用（主要在低档制品中大量掺用）u在建材中应用：铺设运动场地、铺设轨道床基、减震减噪音等场合；u在沥青中高温下加胶粉混匀用于铺路面和屋顶防水层；u在胎面胶中掺用胶粉可提高轮胎的行驶里程