橡膠原材料知識

1、橡膠原材料知識,講師： 課時：1小時,橡膠的定義,通俗定義: 橡膠是一種高彈性的高分子化合物 （分子量一般在10萬 以上）,因而具有 其它材料所沒有的高彈性.因而也稱為彈 性體.,橡膠的基本特性,其基本特性如下： 1. 有橡膠狀彈性。 2. 具有粘彈性。 3. 有減震緩沖的作用。 4. 對溫度依賴大 5. 具有電絕緣性。 6. 有老化現象。 7. 必須進行硫化。 8. 必須加入配合劑 9 比重小，硬度低，柔軟性好，透氣性差。,橡膠的起源,在哥倫布發(fā)現美洲以前（1492年），中美洲和南美洲的當地居民就已經開始了應用：他們從某些樹木的樹皮割取膠乳，制成實心膠球、鞋子、瓶子或其他用品，這種樹當地稱為

2、：ulli或cau-uchu意思是“流淚的樹”， 學名為巴西橡膠樹.,巴西橡膠樹,1. 野生橡膠：由野生樹木植物采制的橡膠。銀色橡膠 菊，野藤橡膠等也屬此類。 2. 栽培橡膠：主要是三葉橡膠樹。 3. 橡膠草橡膠：一公頃可收150-200KG。 4. 杜仲膠：由杜仲樹的枝葉根莖中提取。常溫下無彈 性，軟化點高，比重大，耐水性好,生膠天然橡膠來源,但是所有這些產品凡是遇到氣溫高和經太陽暴曬后就變軟發(fā)粘，在氣溫低時就變硬和脆裂.制品不能經久耐用. 直到美國人C.Goodyear（固特異）在一個偶然的機會發(fā)現硫磺粉灑在晾曬的膠塊上可以避免膠塊發(fā)粘，使膠塊表明光滑有彈性，后經一年多的實驗，證明在橡膠中

3、加入硫磺粉和堿式碳酸鉛，經共同加熱熔化后所制出的橡膠制品可以長久的保持良好的彈性. 固特異于1839年發(fā)現了橡膠的硫化，從此天然橡膠才真正被確定具有特殊的使用價值，成為一種極其重要的工業(yè)原料,橡膠為什么要硫化,1900年.孔達科夫用2,3-二甲基-1，3-丁二烯聚合成革狀彈性體。第一次世界大戰(zhàn)期間，德國的海上運輸被封鎖,切斷了天然橡膠的輸入,他們于1917年首次用2，3-二甲基-1,3-丁二烯生產了合成橡膠，取名為甲基橡膠W和甲基橡膠H。 甲基橡膠W是2,3-二甲基-1,3-丁二烯在70熱聚合歷經 5個月后制得的，而甲基橡膠 H是上述單體在3035聚合歷經34個月后制成的硬橡膠。在戰(zhàn)爭期間，甲

4、基橡膠共生產了 2350T。這種橡膠的性能比天然橡膠差得多，而且當時單體的合成和聚合技術都很落后，故戰(zhàn)后停止生產,合成橡膠的誕生,合成橡膠工業(yè)的建立和發(fā)展 19271928年，美國的J.C.帕特里克首先合成了 “聚硫橡膠” W.H.卡羅瑟斯紐蘭德利用J.A.紐蘭德的方法合成了 2-氯-1,3-丁二烯，制得了“氯丁橡膠”杜邦公司進行了小量試產. 到1944年相繼生產出了：丁鈉橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠. 第二次世界大戰(zhàn)期間，由于日本占領了馬來西亞等天然橡膠產地，更加促使北美和蘇聯等加速合成橡膠的研制和生產 使得合成橡膠的產量在19391944年間23120噸劇增到88

5、5500噸,發(fā)展新階段 50年代中期,由于發(fā)明了齊格勒-納塔和鋰系等新型催化劑；石油工業(yè)為合成橡膠提供了大量高品級的單體；人們也逐漸認識了橡膠分子的微觀結構對橡膠性能的重要性；加上配合新型催化劑而開發(fā)的溶液聚合技術，使有效地控制橡膠分子的立構規(guī)整性成為可能。這些因素使合成橡膠工業(yè)進入生產立構規(guī)整橡膠的嶄新階段代表性的產品有：異戊橡膠、順丁橡膠、氟橡膠、丙烯酸酯橡膠. 合成橡膠的產量,1950年約達600kt,50年代以后,由于石油化工高速度發(fā)展，相應的合成橡膠產量也幾乎是每5年增加 1000kt左右。,橡膠配方的組成,配方結構: 配方組成的五大體系： 主體材料、 軟化增塑體系、 硫化體系、 補

6、強填充體系、 防護體系；,（一）主體材料,生膠、再生膠：為橡膠配合料中的主 成分，是主體材料，決定橡膠的使用 性能、工藝性能和產品成本、壽命的 主要因素.,（一）主體材料,合成橡膠 將石油進行高溫分解,再化學合成 合成橡膠的分類: 1.丁苯橡膠: ( SBR) 聚合單體：丁二烯苯乙烯. 性能：彈性比NR稍差,耐磨和耐老化比NR好 應用：轎車、輕卡車輪胎等、膠鞋、膠布、文體用品、 膠板、蓄電池殼、膠帶等 ASTM AA規(guī)范,（一）主體材料,2. 異戊膠 ( IR ) 聚合單體：異戊二烯. 因為結構與NR一樣,所以也稱為人造天然膠. 性能：性質與NR類似.但純凈度要比NR高 應用：輪胎、膠鞋、膠帶

7、、膠管、工藝橡膠 制品、醫(yī)療、食品用橡膠制品等. ASTM AA規(guī)范,（一）主體材料,3. 順丁膠 ( BR ) 聚合單體：丁二烯. 性能：其彈性、耐磨性和耐低溫性是通用膠 中最好的, 用途：輪胎胎面及胎側等，多為并用。鞋、 減震品、膠輥、膠帶、膠管、跳跳球 ASTM AA BA規(guī)范,（一）主體材料,4. 三元乙丙膠 ( EPDM ) 聚合單體: 乙烯丙烯第三單體. 性能：耐老化耐臭氧性、耐極性液體、耐水 及過熱水、水蒸氣好、耐電性能好 用途：電線電纜絕緣層、汽車玻璃除水條、 窗戶密封條、 蒸汽膠管、輸送帶等 ASTM 規(guī)范：BA CA DA,（一）主體材料,5. 氯丁橡膠（CR） 聚合單體：

8、氯丁二烯 特性：耐候性、耐臭氧性、阻燃、耐熱性及 耐化學藥品性均好 用途：輪胎內襯層、低壓電線電纜、輸送帶、 減震橡膠、窗戶密封條、膠粘劑、膠布、 涂料,（一）主體材料,6.丁腈橡膠 聚合單體：丁二烯/丙烯腈 特性：耐油性、耐磨性、耐老化好 ， 是通用耐油橡膠，在-40120下使用 用途：油封、襯墊、耐油膠管、輸送帶、印刷 膠輥、紡織皮輥等耐油工業(yè)制品,（一）主體材料,7.丁基橡膠（IIR） 聚合單體： 異丁烯與少量異戊二烯 特性：耐候性、耐臭氧性、耐氣透性好，并可 耐極性溶劑 用途：輪胎內胎、內襯層、硫化膠囊層面防水 卷材，電線電纜、蒸汽膠管、耐熱輸送 帶、藥品瓶塞、密封劑等,（一）主體材料

9、,8. 硅膠 (Q ) 聚合單體：主鏈由硅原子和氧原子交替組成 性能：使用溫度范圍最廣,-120+250, 毒性最低、具生理惰性、透氣性好、 電絕緣性好，物理機械性能較差 用途：膠管、膠帶、膠輥、電絕緣制品、 人造皮膚、器官等.,（一）主體材料,9. 氟膠 ( FKM 、FPM、VITON) 聚合單體：偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯 性能：防火.耐油.耐溶劑是所有膠中最好的. 用途：導彈、飛機、汽車等用密封件，化工廠耐 腐蝕皮碗、襯墊、薄膜，油箱襯層、膠管 及泵用零件等 ASTM規(guī)范：HK KK,（一）主體材料,10.丙烯酯橡膠（ACM、AEM） 聚合單體：丙烯酸與帶有可提供交聯反應的 活性基團

10、的單體共聚制得 特性：高溫狀態(tài)下耐油性好，并耐老化 用途：汽車上用的密封件，主要是油封、皮碗、 O型圈等（也稱車用橡膠） AEM是乙烯丙烯酸酯橡膠，從性能上來說強度、 伸長、加工型要優(yōu)于ACM；耐油性較ACM差. AEM耐溫可達到175 ACM 耐溫 150C；,（二）補強填充體系,補強填充體系 包括補強劑和填充劑 補強劑： 指填充后起到顯著補強 作用的則稱為補強劑 例如：炭黑、白炭黑.,（二）補強填充體系,炭黑： 最常用的黑色橡膠補強劑，其橡膠用品級為： N100N900系列，數字越大，其炭黑顆粒越 大、補強效果越小、比表面積越小、越容易 分散。 像我們公司使用的炭黑有： N330、N326

11、、N550、N774、N762、N990 后面的兩位數字沒有實際意義 也就是說要使橡膠的硬度漲一度，N330只要用 2 phr、而N990需要用5 phr,（二）補強填充體系,白炭黑: 主要成分為水合二氧化硅， 由于其補強效果好，是非黑色制品中主要的 補強劑，因此，常稱為：白炭黑 由于制法不同，又分為：沉淀法及氣相法 沉淀法：HI-SIL-255、VN3# 氣相法：分散差、補強好，常用做硅膠補強劑 我們公司購買的硅膠中已經加入氣相 法白炭黑,（二）補強填充體系,填充劑（增容劑） ： 指加入橡膠后不起補強作用而主要降低成本 或改善工藝性能的填充劑 我們公司常使用的有： CLAY、#321、N-8

12、5、BaSO4、CaCO3、CC、P4 硅藻土、滑石粉等,（三）軟化增塑體系,分為軟化劑及增塑劑兩種 軟化劑：物理增塑劑，一般為軟化油， 通過降低分子間作用力 達到軟化效果， 加入后可以降低材料硬度，改善低溫性能等. 增塑劑：化學增塑劑，加入后可以使橡膠 分子發(fā)生斷裂，從而達到增塑效果。 我們公司使用的：A-60,（三）軟化增塑體系,物理增塑劑按其來源不同， 可分為以下五類： 石油系增塑劑 石油系增塑劑是石油加工過程中所得的油品 如：1#油（芳香烴油）、 2280和P600（鏈烷烴油） 煤焦油系增速劑 包括煤焦油、古馬隆樹脂和煤瀝青等,（三）軟化增塑體系,松油系增塑劑 包括松香、松焦油、松香油

13、及妥爾油 脂肪油系增速劑 此類增塑劑包括動植物油制取的脂肪酸、干油、和黑油膏、白油膏等 如：FACTICE 合成增塑劑 按化學結構分為八類：苯二甲酸酯類、脂肪二元酸酯類、脂肪酸酯類、磷酸酯類、聚酯類、環(huán)氧類、含氯類、其他. 如：B-22、DOP、DOA、RS-107、PN150,（四）硫化體系,硫化體系 硫化劑、促進劑、活性劑、防焦劑. 由于硫化劑不同所以硫化體系一般有： 硫磺硫化體系：S-80GA及載硫劑硫化 過氧化物硫化：F-40、DCP99%、DCP40% 金屬氧化物硫化：ZnO-A 雙酚硫化體系：公司常用氟橡膠中已經加入 皂交聯： SK1、SN1 樹脂硫化：丁基橡膠可以使用，公司內未使

14、用,（四）硫化體系,促進劑：加快硫化速度，縮短硫化時間， 提高交聯效率 如：TT、TET、TRA、TL、CZ、DM、D、 M、DOTG等 活性劑：提高促進劑活性，減少促進劑用量 如：一般使用ZnO ST-ACD 通過他們生成硬脂 酸鋅達到活性劑的效果 防焦劑：延長硫化時間，提高加工安全性 如：PVI,(五)防護體系,橡膠制品在貯存和使用一定時間以后，就會變硬、龜裂的發(fā)粘，以至不能使用，這種現象稱之為“老化”。 導致橡膠老化的主要因素有氧、臭氧、重金屬、陽光、各種介質、紫外線以及霉菌等。 為了獲得經久耐用的橡膠制品，就要在膠料配方中加一些能抑制上述導致橡膠老化的物質，這類物質稱之為“防老劑”。,(五)防護體系,防老劑可分為： 物理防老劑及化學防老劑 物理防老劑一般指蠟，他可以析出到橡膠表面 形成一層保護膜，但在介質中或動態(tài)