1、第四章第四章 橡胶知识与应用橡胶知识与应用欧阳星欧阳星 深圳大学材料学院深圳大学材料学院定义定义橡胶橡胶是一种在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复其原来形状的高分子材料。别名弹性体弹性体。生活中的橡胶制品。例如：轮胎、汽车密封条、胶管、高压锅密封圈、鞋底、安全套、口香糖、橡皮等。生活中的橡胶制品生活中的橡胶制品生活中的橡胶制品生活中的橡胶制品生活中的橡胶制品生活中的橡胶制品橡胶独有的特点橡胶独有的特点具有高弹性、低刚度的高分子材 料，其弹性形变可达1000%。还有很好的绝缘性、耐水性和密封性。是常用的弹性材料、密封材料和减震防震材料。重要的国家战略物资。橡胶简史橡胶简史热带
2、美洲天然的哭泪树哭泪树的乳液晒干凝固做成弹性球。（天然橡胶）1770年，发现可以擦去铅笔字迹，用Rubber（擦、橡皮）表示橡胶。1839年，Goodyear(固特异)发明了“橡胶硫化技术”。1895年，硫化天然橡胶用于汽车车轮。1914年，第一次世界大战开始，橡胶匮乏。合成橡胶飞速发展。粉末状橡胶？液体状橡胶原料？粉末状橡胶？液体状橡胶原料？气体状橡胶原料？气体状橡胶原料？橡胶加工基本工艺橡胶加工基本工艺塑炼 混炼 成形 硫化 橡胶加工基本工艺橡胶加工基本工艺双辊开炼机橡胶加工基本工艺橡胶加工基本工艺密炼机平板硫化机橡胶加工基本工艺橡胶加工基本工艺分子量：分子量巨大，超过10万。比塑料、纤维
3、分子量都大。分子链：柔软有弹性,高弹性。热转变温度(Tg)：玻璃化温度比较低，低于常温。橡胶的结构橡胶的结构 从形状和应变的角度 物质的力学状态 固体、液体、气体 高分子的力学状态 玻璃态 高弹态 粘流态（玻璃化温度、粘流温度）高弹性高弹性晶态、液态、气态 高分子的结晶（熔融温度）高弹性高弹性高分子在一定力的作用下随着温度升高的形变状况高弹性高弹性hh高弹性来源高弹性高弹性高弹性高弹性(a)施加外力除去外力(b)图 高弹形变(a)和普弹形变(b)机理示意图施加外力除去外力高弹性高弹性高分子链立体结构高分子运动状态包括：1.小运动单元的运动：侧基、支链或小链节等的振动、旋转和移动。2.链段的运动
4、：高分子链通过内旋转改变构象产生高分子链段的运动。3.整个分子运动：整个分子链间的相互滑动。图 高分子链的内旋转构象高弹性高弹性玻璃态：玻璃态：高分子的较小运动单元（如侧基、支链或小链节）能运动的状态。主链的内旋转被冻结，链段不能运动。CH2CHCH2HCCH2CHCH2HCCH2HCCH2高弹性高弹性高弹态：高弹态：高分子链段能运动的状态。在受到拉伸力时，分子链可以从卷曲状态变到伸展状态，宏观上可以发生很大变形。拉伸力松开，分子链会从伸展状态恢复到卷曲状态，即外力下的形变可逆。但是整个分子链还不能移动。这时的高分子具有独特的特征高弹性。高弹性。粘流态：粘流态：高分子整个分子链能够相互移动的状
5、态。在外力作用下发生的变形不可逆。高弹性高弹性 高分子的力学状态可以随温度变化而相互转变：高分子力学状态的热转变示意图玻璃态高弹态粘流态玻 璃 化 温 度粘 流 温 度玻璃化温度：玻璃化温度：玻璃态与高弹态间的转变温度，用Tg表示。其本质是高分子的链段从冻结到运动(或反之)的一个转变温度。粘流温度：粘流温度：高弹态与粘流态间的转变温度，用Tf表示。其本质是高分子整个大分子从冻结到运动(或反之)的一个转变温度。高弹性高弹性高分子在一定力的作用下随着温度升高的形变状况高弹性高弹性(a)施加外力除去外力(b)图 高弹形变(a)和普弹形变(b)机理示意图施加外力除去外力高弹性高弹性高弹性高弹性橡胶高弹
6、性本质是熵弹性。橡胶高弹性本质是熵弹性。橡胶弹性是熵弹性橡胶弹性是熵弹性,回弹动力是熵增。回弹动力是熵增。橡胶在拉伸过程中放出热量橡胶在拉伸过程中放出热量,回缩时吸收热量。回缩时吸收热量。模量拉伸强度撕裂强度断裂伸长率硬度橡胶结构与性能橡胶结构与性能机械性能结构材料是以力学性能为基础，制造受力构件所用的材料。应变：应力：橡胶结构与性能橡胶结构与性能当材料受到外力作用，几何形状和尺寸发生变化，这种变化叫应变。材料单位面积上的附加内力叫应力。00llAFE杨氏模量l0FFl=l0+l000lllll应变应力0FA橡胶结构与性能橡胶结构与性能A0FF拉伸强度：试样拉伸至断裂时单位截面所承受的最大拉力
7、。（拉伸速率 500mm/min）橡胶结构与性能橡胶结构与性能撕裂强度撕裂强度：试样撕裂时，单位厚度所承受的负荷，单位kN/mkN/m。表征抗撕裂性、抗裂口增长。撕裂强度T 由试样断裂时的最大负荷f除以试样厚度t 得出：橡胶结构与性能橡胶结构与性能硬度硬度 ：抵抗外力压入的能力。与橡胶弹性模量有关。硬度计的刻度在0100之 间分成100 个等分。橡胶结构与性能橡胶结构与性能湿滑性和滚动阻力 耐寒性气密性橡胶结构与性能橡胶结构与性能耐水性耐磨性绝缘性其它性能其它性能耐屈挠性耐化学药品性滞后损失和生热性燃烧性耐热性耐候性橡胶结构与性能橡胶结构与性能橡胶材料的毒性橡胶材料的毒性实践证明:大部分橡胶原
8、料是低毒低毒或无毒无毒的。其毒性比食盐还小。只要做好防护措施，对身体是不会造成多少危害的。橡胶结构与性能橡胶结构与性能橡胶橡胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶通用橡胶通用橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶异戊橡胶异戊橡胶乙丙橡胶乙丙橡胶丁基橡胶丁基橡胶特种橡胶特种橡胶丁腈橡胶丁腈橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶氯磺化橡胶氯磺化橡胶氟橡胶氟橡胶氯醚橡胶氯醚橡胶硅橡胶硅橡胶聚氨酯橡胶聚氨酯橡胶聚硫橡胶聚硫橡胶丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯橡胶橡胶种类橡胶种类橡胶种类橡胶种类 天然橡胶天然橡胶从橡胶树中制取的橡胶。其成分中9194是聚异戊二烯，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。是应用最广的通用橡胶。橡胶种类
9、橡胶种类天然橡胶和异戊橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶橡胶种类橡胶种类丁苯橡胶乙丙橡胶橡胶种类橡胶种类丁基橡胶丁腈橡胶氟橡胶氯磺化聚乙烯橡胶丙烯酸酯橡胶硅橡胶橡胶种类橡胶种类聚氨酯橡胶：线型聚氨酯预聚物与二异氰酸酯反应NHCONCOOCNOCONHOCONHONHCNHOOCNNNCOO橡胶种类橡胶种类橡胶种类橡胶种类氯醚橡胶聚硫橡胶CH2CHOCH2ClnCH2CHOCH2ClxCH2 CH2OyRSxn性能硅橡胶天然橡胶丁苯橡胶丁基橡胶聚氨酯橡胶拉伸强度/MPa4.9-13.79.8-27.59.8-27.514.7-19.629.4-49.0撕裂强度/(kN/m)10-40549045-130断裂伸
10、长率/%100-800700300-700500-700400-750硬度（劭尔A）20-9020-10040-10030-10055-100几种橡胶性能比较橡胶种类橡胶种类橡胶聚合方法橡胶聚合方法按机理分按机理分按方法分按方法分本体聚合本体聚合溶液聚合溶液聚合乳液聚合乳液聚合悬浮聚合悬浮聚合连锁聚合连锁聚合逐步聚合逐步聚合缩聚反应缩聚反应配位聚合配位聚合自由基聚合自由基聚合离子聚合离子聚合聚合方法聚合方法以石油和天然气为基础合成单体、聚合物的路线以石油和天然气为基础合成单体、聚合物的路线丁二烯丁二烯苯苯丙烯丙烯乙烯乙烯甲苯甲苯石油和石油和天然气天然气二甲苯二甲苯橡胶橡胶纤维纤维塑料塑料涂料涂
11、料粘合剂粘合剂离子交换树脂离子交换树脂由乙烯获得的化工产品由乙烯获得的化工产品由丙烯获得的化工产品由丙烯获得的化工产品由丁二烯获得的化工产品由丁二烯获得的化工产品由甲苯、二甲苯烯获得的化工产品由甲苯、二甲苯烯获得的化工产品橡胶的应用橡胶的应用在汽车中的应用轮胎，胶带用于运动传输，密封件用于支撑径向或往复运动部件，垫片和O形圈用于密封油或燃油，胶管用于输送液体或气体，膜片用于控制流体或气体等。橡胶的应用橡胶的应用在火车中的应用在火车中的应用橡胶的应用橡胶的应用在电线电缆中的应用研究橡胶科研院所和公司研究橡胶科研院所和公司 华南理工大学材料学院北京化工大学材料学院青岛科技大学高分子学院北京橡胶研究院上海橡胶研究所天津橡胶研究所西北橡胶研究所固特异橡胶轮胎公司米其林轮胎公司普利斯通轮胎制造公司 华南橡胶轮胎有限公司研究橡胶科研院所和公司研究橡胶科研院所和公司 橡胶企业效益的思考？橡胶企业效益的思考？原材料价格上涨。上游生胶原料由大型石化企业垄断。塑料产品的冲击，产品市场规模扩大幅度不如塑料产品。同质化竞争，价格战，难形成规模化效应。谢谢 谢！谢！
