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橡 胶 基 本 知 识
橡胶,同塑料、纤维并称为三大合成材料,是唯一具有高度伸缩性与极好弹性的高分子材料。橡胶的最大特征首先是弹性模量非常小,而伸长率很高。其次是它具有相当好的耐透气性以及耐各种化学介质和电绝缘的性能。某些特种合成橡胶更具备良好的耐油性及耐温性,能抵抗脂肪油、润滑油、液压油、燃料油以及溶剂油的溶胀;耐寒可低到-60℃至-80℃,耐热可高到+180℃至+350℃。橡胶还耐各种曲挠、弯曲变形,因为滞后损失小。橡胶的第三个特征在于它能与多种材料进行并用、共混、复合,由此进行改性,以得到良好的综合性能。
橡胶的这些基本性能,是它成为工业上极好的减震、密封、屈挠、耐磨、防腐、绝缘以及粘接等材料。
第一章  橡胶的种类、特性和用途
在全世界,橡胶(包括塑料改性的弹性体)的种类已超过100种。如果按牌号估算,实际上已超过1000种。
一:橡胶的分类
1. 按原材料来源与方法
橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。其中天然橡胶的消耗量占1/3,合成橡胶的消耗量占2/3。
2. 按橡胶的外观形态 
橡胶可分为固态橡胶(又称干胶)、乳状橡胶(简称乳胶)、液体橡胶和粉末橡胶四大类。
3. 根据橡胶的性能和用途
除天然橡胶外,合成橡胶可分为通用合成橡胶、半通用合成橡胶、专用合成橡胶和特种合成橡胶。
4. 根据橡胶的物理形态
橡胶可分为硬胶和软胶,生胶和混炼胶等。
根据橡胶种类及交联形式,在工业使用上,橡胶又可按如下分类。
一类按耐热及耐油等功能分为:普通橡胶、耐热橡胶、耐油橡胶以及耐天候老化橡胶、耐特种化学介质橡胶等。
另一类按橡胶的软硬程度划分为:一般橡胶、硬橡胶、半硬质胶、硬质胶、微孔胶、海绵胶、泡沫橡胶等。具体分类方法见表一
表一  橡胶的分类
分类
方法 分类名称 分  类  说  明
1按橡胶的来源分类 1天然
橡胶 它是采集橡胶树或橡胶草等含胶植物中的胶汁,经过区杂质、凝聚、液压、干燥等加工步骤而制成的,其主要化学组成成分是不饱和的橡胶烃。
 2合成
橡胶 它是从石油、天然气或煤和石灰石以及农副产品中(现在主要是从石油化工产品中)提炼某些低分子的不饱和烃做原料,制成“单体”物质,然后经过复杂的化学反应而获得的人工合成的高分子聚合物,故有人造橡胶之称。合成橡胶的种类很多,现在已经工业化生产的有:丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁晴橡胶、丁丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、以及聚硫橡胶等。
2根据橡胶的性能和 1通用橡胶 它是指产量大、应用广、在使用上一般无特殊性能要求的通用橡胶而言。主要有:天然橡胶、丁苯橡胶、丁晴橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等7大品种。

 

用途分类 2特种橡胶 它是指用于特殊用途中,如:耐油、耐酸碱、耐高温、耐低温、耐辐射等橡胶而言。主要有:乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、聚硫橡胶等
3根据橡胶的物理形态分类 1生橡胶 简称生胶,是指由天然采集、提炼或人工合成、未加配合剂而制成的原始胶料,为较硬的大块。生胶是一种不饱和的橡胶烃,未经配合的生胶性能较差,不能直接使用。
 2软橡胶 是指在生胶中加入各种配合剂,经过塑炼、混炼、硫化等加工过程而制成为具有高弹性、高强度和其他实用性能的橡胶产品。一般所谓的橡胶就是这种软橡胶。根据各种工业制品的需要,软橡胶可用不同性能的天然或合成生橡胶,加入各种不同比率的配合剂,就可以制成不同硬度和具有特殊性能的橡胶制品。
 3硬橡胶 又称硬质橡胶,它与软橡胶的不同之处是含有大量硫磺(25%~50%)的生胶经过硫化而制成的硬质制品。这种橡胶具有较高的硬度和强度,优良的电气绝缘性以及对某些酸、碱和溶剂的高度稳定性。广泛用于制作电绝缘制品和耐化学腐蚀制品。
 4混炼胶 它是指在生胶中加入各种配合剂,经过炼胶机的混合作用后,使其具有所需要物理机械性能的半成品,俗称胶料。通常均作为商品出售,购买者可直接用它加工、硫化压制成所需要的橡胶制品,不需要再配制胶料,混炼胶有不同的品种和牌号。
 5再生胶 再生胶是以废轮胎和其他废旧橡胶制品为原料,经过一定的加工过程而制成的具有一定塑性的循环可利用橡胶。它是橡胶工业中的主要原料之一,可以部分地代替生胶,节约生胶。

二:常用橡胶的品种、特性和用途
常用橡胶的品种、特性和用途见表二


表二   常用橡胶的品种、特性和用途
橡胶品种
(简写符号) 化学组成 性能特点 主要用途
1. 天然橡胶
(NR) 以橡胶烃(聚异戊二烯)为主,含少量蛋白质、水分、树脂酸、糖类和无机盐等。 弹性大,定伸强度高,抗撕裂性和电绝缘性优良,耐磨性和耐旱性良好,加工性佳,易于其它材料粘合,在综合性能方面优于多数合成橡胶。缺点是耐氧和耐臭氧性差,容易老化变质;耐油和耐溶剂性不好,第抗酸碱的腐蚀能力低;耐热性不高。使用温度范围:约-60℃~+80℃。 制作轮胎、胶鞋、胶管、胶带、电线电缆的绝缘层和护套以及其他通用制品。特别适用于制造扭振消除器、发动机减震器、机器支座、橡胶-金属悬挂元件、膜片、模压制品。
2. 丁苯橡胶
(SBR) 丁二烯和苯乙烯的共聚体。 性能接近天然橡胶,是目前产量最大的通用合成橡胶,其特点是耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶,质地也较天然橡胶均匀。缺点是:弹性较低,抗屈挠、抗撕裂性能较差;加工性能差,特别是自粘性差、生胶强度低。使用温度范围:约-50℃~+100℃。 主要用以代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。
3. 顺丁橡胶
(BR) 是由丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶。 优点是:弹性与耐磨性优良,耐老化性好,耐低温性优异,在动态负荷下发热量小,易于金属粘合。缺点是强度较低,抗撕裂性差,加工性能与自粘性差。使用温度范围:约-60℃~+100℃。 一般多和天然橡胶或丁苯橡胶并用,主要制作轮胎胎面、运输带和特殊耐寒制品。
4. 异戊橡胶
(IR) 是由异戊二烯单体聚合而成的一种顺式结构橡胶。 化学组成、立体结构与天然橡胶相似,性能也非常接近天然橡胶,故有合成天然橡胶之称。它具有天然橡胶的大部分优点,耐老化由于天然橡胶,弹性和强力比天然橡胶稍低,加工性能差,成本较高。使用温度范围:约-50℃~+100℃ 可代替天然橡胶制作轮胎、胶鞋、胶管、胶带以及其他通用制品。
5. 氯丁橡胶
(CR) 是由氯丁二烯做单体乳液聚合而成的聚合体。 这种橡胶分子中含有氯原子,所以与其他通用橡胶相比:它具有优良的抗氧、抗臭氧性,不易燃,着火后能自熄,耐油、耐溶剂、耐酸碱以及耐老化、气密性好等优点;其物理机械性能也比天然橡胶好,故可用作通用橡胶,也可用作特种橡胶。主要缺点是耐寒性较差,比重较大、相对成本高,电绝缘性不好,加工时易粘滚、易焦烧及易粘模。此外,生胶稳定性差,不易保存。使用温度范围:约-45℃~+100℃。 主要用于制造要求抗臭氧、耐老化性高的电缆护套及各种防护套、保护罩;耐油、耐化学腐蚀的胶管、胶带和化工衬里;耐燃的地下采矿用橡胶制品,以及各种模压制品、密封圈、垫、粘结剂等。
6. 丁基橡胶
(IIR) 是异丁烯和少量异戊二烯或丁二烯的共聚体。 最大特点是气密性好,耐臭氧、耐老化性能好,耐热性较高,长期工作温度可在130℃以下;能耐无机强酸(如硫酸、硝酸等)和一般有机溶剂,吸振和阻尼特性良好,电绝缘性也非常好。缺点是弹性差,加工性能差,硫化速度慢,粘着性和耐油性差。使用温度范围:约-40℃~+120℃。 主要用作内胎、水胎、气球、电线电缆绝缘层、化工设备衬里及防震制品、耐热运输带、耐热老化的胶布制品。
7. 丁晴橡胶
(NBR) 丁二烯和丙烯晴的共聚体。 特点是耐汽油和脂肪烃油类的性能特别好,仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯和氟橡胶,而优于其他通用橡胶。耐热性好,气密性、耐磨及耐水性等均较好,粘结力强。缺点是耐寒及耐臭氧性较差,强力及弹性较低,耐酸性差,电绝缘性不好,耐极性溶剂性能也较差。使用温度范围:约-30℃~+100℃。 主要用于制造各种耐油制品,如胶管、密封制品等。

8. 氢化丁晴橡胶
(HNBR) 丁二烯和丙烯晴的共聚体。 它是通过全部或部分氢化NBR的丁二烯中的双键而得到的。其特点是机械强度和耐磨性高,用过氧化物交联时耐热性比NBR好,其他性能与丁晴橡胶一样。缺点是价格较高。使用温度范围:约-30℃~+150℃。 主要用于耐油、耐高温的密封制品。
9. 乙丙橡胶
(EPM\EPDM) 乙烯和丙烯的共聚体,一般分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶。 特点是抗臭氧、耐紫外线、耐天候性和耐老化性优异,居通用橡胶之首。电绝缘性、耐化学性、冲击弹性很好,耐酸碱,比重小,可进行高填充配合。耐热可达150℃,耐极性溶剂-酮、酯等,但不耐脂肪烃和芳香烃,其他物理机械性能略次于天然橡胶而优于丁苯橡胶。缺点是自粘性和互粘性很差,不易粘合。使用温度范围:约-50℃~+150℃。 主要用作化工设备衬里、电线电缆包皮、蒸汽胶管、耐热运输带、汽车用橡胶制品及其他工业制品。
10. 硅橡胶(Q) 为主链含有硅、氧原子的特种橡胶,其中起主要作用的是硅元素。 其主要特点是既耐高温(最高300℃)又耐低温(最低-100℃),是目前最好扥艾寒、耐高温橡胶;同时电绝缘性优良,对热氧化和臭氧的稳定性很高,化学惰性大。缺点是机械强度较低,耐油、耐溶剂和耐酸碱性差,较难硫化,价格较贵。使用温度:-60℃~+200℃。 主要用于制作耐高低温制品(胶管、密封件等)、耐高温电线电缆绝缘层,由于其无毒无味,还用于食品及医疗工业。
11. 氟橡胶
(FPM) 是由含氟单体共聚而成的有机弹性体。 其特点耐温高可达300℃,耐酸碱,耐油性是耐油橡胶中最好的,抗辐射、耐高真空性能好;电绝缘性、机械性能、耐化学腐蚀性、耐臭氧、耐大气老化性均优良。缺点是加工性差,价格昂贵耐寒性差,弹性透气性较低。使用温度范围:-20℃~+200℃。 主要用于国防工业制造飞机、火箭上的耐真空、耐高温、耐化学腐蚀的密封材料、胶管或其他零件及汽车工业。
12. 聚氨酯橡胶
(AU\EU) 有聚酯(或聚醚)与二异氰酸酯类化合物聚合而成的弹性体。 其特点是耐磨性好,在各种橡胶中是最好的;强度高、弹性好、耐油性优良。耐臭氧、耐老化、气密性等也优异。缺点是耐温性能较差,耐水和耐碱性差,耐芳香烃、氯化烃及酮、酯、醇类等溶剂性较差。使用温度范围:约-30℃~+80℃。 制作轮胎紧挨由零件、垫圈、防震制品,以及耐磨、高强度和耐油的橡胶制品。
13. 丙烯酸酯橡胶
(ACM\AEM) 它是丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯的聚合物。 其特点是兼有良好的耐热、耐油性能,在含有硫、磷、氯添加剂的润滑油中性能稳定。同时耐老化、耐氧和臭氧、耐紫外线、气密性优良。缺点是耐寒性差,不耐水,不耐蒸汽及有机和无机酸、碱。在甲醇、乙二醇、酮酯等水溶性溶液内膨胀严重。同时弹性和耐磨性差,电绝缘性差,加工性能较差。使用温度范围:约-25℃~+150℃。 可用于制造耐油、耐热、耐老化的制品,如密封件、胶管、化工衬里等。
14. 氯磺化聚乙烯橡胶
(CSM) 它是聚乙烯经氯化和磺化处理后,所得到具有弹性的聚合物。 耐臭氧紧挨老化优良,耐候性优于其它橡胶。阻燃、耐热、耐溶剂性及耐大多数化学药品和耐酸碱性能较好。电绝缘性尚可,耐磨性与丁苯橡胶相似。缺点是抗撕裂性能差,加工性能不好。使用温度范围:约-20℃~+120℃。 可用作臭氧发生器上的密封材料,制造耐油密封件、电线电缆包皮以及耐油橡胶制品和化工衬里。
15. 氯醚橡胶
(CO\ECO) 由环氧氯丙烷均聚或由环氧氯丙烷与环氧乙烷共聚而成的聚合物。 特点是耐脂肪烃及氯化烃溶剂、耐碱、耐水、耐老化性能极好,耐臭氧性、耐候性紧挨热性、气密性高。缺点是强力较低、弹性较差、电绝缘性不良。使用温度范围:约-40℃~+140℃。 可用作胶管、密封件、薄膜和容器衬里、油箱、胶辊,制造油封、水封等。
16. 氯化聚乙烯橡胶
(CM或CPE) 是聚乙烯通过氯取代反应制成的具有弹性的聚合物。 性能与氯磺化聚乙烯橡胶接近,其特点是流动性好,容易加工;有优良的耐天候性、耐臭氧性和耐电晕性,耐热、耐酸碱、耐油性良好。缺点是弹性差、压缩变形较大,电绝缘性较低。使用温度范围:约-20℃~+120℃。 电线电缆护套、胶管、胶带、胶辊化工衬里等。

第二章 橡胶工业制品的种类
橡胶工业制品是除轮胎、胶管、胶带等之外的其他橡胶制品。主要包括以下几类。
一:橡胶密封制品
橡胶密封制品包括O型橡胶密封圈、旋转轴唇形密封件(油封)、复合密封、异形断面橡胶密封件、制动皮碗皮圈、汽车制动气室橡胶隔膜、橡胶密封条、橡胶防尘套(罩)、皮膜、水封制品、吸水膨胀橡胶、桥面橡胶伸缩缝等。
二:橡胶减震制品
橡胶减震制品包括橡胶减震器、橡胶气弹簧、橡胶弹性联轴节、可屈挠橡胶接头、橡胶护舷、汽车用橡胶减震器、火车机车用橡胶减震器、橡胶轨枕垫、桥梁橡胶支座等。
三:硬质橡胶
四:橡胶海绵制品
五:胶板与防水卷材
六:胶辊
七:纺织用橡胶制品
八:印刷工业用橡胶制品
九:橡胶衬里
十:橡胶电绝缘制品
十一:软木橡胶
第三章 橡胶的性能及测定
硫化橡胶的性能主要指机械性能、耐热性能、耐寒性能、耐介质性能、耐磨耗性、耐天候老化性、阻燃性能和电绝缘性能等,它们对橡胶制品的使用性能和产品质量具有决定性的影响。
硫化橡胶的性能与其配方组成密切相关,选择不同的配方组成,可以使硫化橡胶的性能在较宽的范围内变化。因此,研究性能与配方组分之间的关系,是配方设计的主要内容之一。
橡胶的性能可分为两大类,及结构性能和功能特性,结构性能是指高弹性和强度等力学性能;功能特性指橡胶的物理特性和化学特性,如耐介质、电绝缘性、耐化学腐蚀性等。在橡胶制品中,有的以利用前一类性能为主,如减震制品、密封制品等;有的利用后一类性能为主,如水封(耐水性)和电缆护套(电绝缘性)等。但在所有性能中,结构性能既机械力学性能最为重要。因为它是一切性能的基础。
第四章 橡胶制品生产工艺流程(见附表)

 

 

 

 

 

橡胶制品生产工艺流程图
 

 
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