橡胶基础、橡胶的特性

开心一笑 · 发表于 2011-12-31 08:53:54

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　　橡胶

　　一、橡胶的特性

　　橡胶是一种有机高分子化合物，

　　是工业上用途广泛的工程材料。它的独特性能就是具有高弹性。

　　弹性

　　对物体加以外力就可使之变形，外力刚一失去，它又恢复原状——这就是弹性变形最明显的表现。橡胶这种极为可贵的高度弹性，是其它任何工程材料所没有的。

　　机械性能

　　有一定的机械强度，有缓和冲击、吸收震动的能力，

　　物理性能

　　耐磨、绝缘、不透水、不透气等优良性能。

　　特种性能

　　某些特种合成橡胶还具有耐油、耐腐蚀、耐热、耐寒、耐燃、耐老化、耐辐射等特点。

　　改性橡胶——未经硫化的橡胶还能与某些树脂参合改变性能。

　　复合橡胶——与其他材料（Ex金属、纤维、塑料、石棉、软木）结合而组成兼有两者特点的符合材料。

　　由于橡胶具有上述可贵的性能，因此，现在用橡胶制造的型材（Ex胶管、胶带、胶板）和其他制品，已有几万个品种，广泛地用于国民经济的各个部门，起到其他材料所不能替代的重要作用。

　　二、橡胶的结构及成分

　　橡胶的结构

　　橡胶的一系列特有性能是由它本身的分子结构而决定的。橡胶的分子结构有：线型、支链型、体型三种类型。未经硫化的生胶和乳胶是线型的或含有支链型的分子。硫化后的橡胶则是体型结构。我们常见的大块生胶或牛奶般的乳胶，它们里面就是由许多细长而又很大柔顺性和流动性的线型分子链所组成。通常，这种长链的橡胶分子往往卷曲成无规则、其乱如麻的线团，并且相互缠曲；当受到外力拉伸时，分子链就伸直，外力去除后，又恢复成卷曲状态，这就是橡胶高弹性的来源。硫化后，不同分子链之间相互连接成立体网状结构，这种网状结构就是我们所说的体型结构，它使橡胶的物理机械性能得到全面的增强，从而具有实际的使用价值。

　　橡胶的成分

　　橡胶的主要成分是生橡胶——天然的或合成的。生橡胶是一种不饱和的橡胶烃——烯烃，它是线型的或含有支链型的长链状分子，分子中含有不稳定的双键，所以性能上有许多缺点，（例如受热发粘、遇冷变硬）不能直接用来制造橡胶制品。只能在5-35℃范围内保持弹性；同时强度差、不耐磨、不耐溶剂，所以生橡胶只有在经过特种的物理、化学过程，即所谓的硫化处理之后，才具有橡胶的各种特性。

　　三、橡胶的硫化及橡胶的配合剂

　　橡胶的硫化

　　硫化是橡胶加工的一个重要工艺过程。如上所述，未经硫化的生胶在使用上是没有什麽价值的。所谓“硫化”，就是将一定量的硫化剂（最常用的硫化剂是硫磺）加入生胶中，在规定的温度下加热、保温的一种加工过程。它使生胶的线型分子间通过生成的“硫桥”而互相交联成立体的网状结构，从而使塑性的胶料变成具有高弹性的硫化胶。随着合成橡胶的迅速发展，现在硫化剂的品种很多。除用硫磺外，还可以用有机多硫化物、过氧化物、金属氧化物等。近年来还发展了用原子辐射的方法直接进行交联作用。

　　橡胶的配合剂

　　为了使橡胶获得其它必要的性能，生胶中除了加入硫化剂外，还加入有各种配合剂。不同用途的橡胶，在生胶中加入的配合剂的品种和数量，也是各不相同的。这些物质根据它们所起的作用不同而分为下列不同种类：

　　、补强剂

　　它是指那些能提高硫化胶的抗张强度、撕裂强度、耐磨性等物理机械性能的物质，如碳黑、氧化锌、白碳黑、活性陶土、活性碳酸钙以及木质素、古玛隆树脂等。其中用量最多、效果最好的是碳黑。

　　、软化剂

　　它是用来增强生胶塑性和使橡胶具有一定柔软性的物质。软化剂有松焦油、松香、矿物油类和脂类合成有机化合物。

　　、填充剂

　　又叫增容剂。主要用来增加橡胶容积，节约生胶，降低生产成本。通常用的填充剂有未经活化处理的碳酸钙、碳酸镁、陶土、滑石粉、云母粉以及硫酸钡等。

　　、防老剂

　　它是用来减缓老化过程、延长橡胶使用寿命的一种物质，如防老剂A、防老剂D、防老剂4010等都是。腊类也是一种有效的防老剂。

　　、硫化促进剂和活性剂

　　硫化促进剂是用来促进硫化过程，活性剂是配合硫化剂加速硫化过程的。

　　其它特种添加剂

　　某些特种用途的橡胶，还有专门的配合剂，例如发泡剂、硬化剂等等。

　　四、橡胶的分类

　　按橡胶来源区分

　　天然橡胶：它是采集橡胶树或橡胶草等含胶植物中的胶汁，经过去除杂质、凝聚、滚压、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（顺式聚异戊二烯）。天然橡胶盛产于东南亚地区，原来是世界橡胶工业的主要原料来源，自上世纪60年代以来，合成橡胶迅速发展，东南亚的橡胶产量比例已大量下降（30%）。

　　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提炼某些低分子的不饱和烃作原料，制成所谓“单体”物质，然后，经过复杂的化学反应而获得人工合成的高分子聚合物，所以也叫“人工橡胶”。合成橡胶不但在一系列性能上优于天然橡胶，而且由于原料来源广泛、资源充沛，价格也就相对便宜，同时不受地区、气候条件和时间得限制，可以按照人们的意愿进行生产，充分满足各方面的不同需求。所以从石油化工迅猛发展以来，合成橡胶产量也随之激增，目前已大大超过天然橡胶的产量，成为现代橡胶工业的主要原料来源。合成橡胶的品种很多，现在已开始工业化生产的主要有：异戊、丁苯、顺丁、氯丁、丁基、丁睛、乙丙、氯磺化聚乙烯、丙烯酸脂、聚氨脂、硅、氟、聚硫、氯醇橡胶等等。

　　按橡胶用途区分

　　、通用橡胶指产量大、应用广、在使用上一般没有特殊性能要求的通用性橡胶。主要有：天然、丁苯、顺丁、异戊、氯丁、丁基、丁睛橡胶。其中后三者也可作特种橡胶使用。特种橡胶指用在特殊用途上（如：耐油、耐酸、耐碱、耐高温、耐低温、耐辐射等）的橡胶，主要有：乙丙、氯磺化聚乙烯、丙烯酸脂、聚氨脂、硅、氟、聚硫、氯醇橡胶等，目前这方面还在不断研制、发展新的品种。

　　、按橡胶物理状态区分生橡胶简称生胶，是指天然采集、提炼或人工合成、未加配合剂而制造出来的原始胶料，为较硬的大块。生胶是一种不饱和的橡胶烃，分子中有双键存在，所以性能较差，不能直接使用。熟橡胶（软橡胶）又称软橡胶，或称橡皮。是指在生胶中加入各种配合剂，经过塑炼、混炼、硫化等加工工艺，而制成具有高弹性、高强度和其他适用性能的橡胶产品。一般所谓橡胶就是指这种橡胶而言。根据各种工业技术制品的需要，软橡胶可用不同性能的天然或合成生橡胶，加入各种不同比例的配合剂，就可以制成不同硬度和具有各种特殊性能的橡胶制品。硬橡胶也叫硬质橡胶，它与软橡胶不同之处，是含有大量硫磺（25-50%）的生胶经过硫化后而制成的硬质制品。这种橡胶具有较高的硬度和强度，优良的电绝缘性以及对某些酸、碱和溶剂的高稳定性。广泛地用于制作电气绝缘制品和耐化学腐蚀制品。混橡胶它是指在生胶中加入各种配合剂，经过机械混合加工后，使胶料具有所需要的物理机械性能的半成品，俗称胶料。通常作为商品出售，购买者可直接用它来加工、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，其性能用途可参考各生产厂的产品目录或产品说明书。再生胶是以废旧橡胶制品为原料，经过一定的加工过程而制成具有一定塑性的翻新橡胶。它也是橡胶工业中主要原料之一，可以部分地代替和节约生胶。液体橡胶它是上世纪60年代中期新崛起的合成橡胶材料，它是一种低分子量聚合物，常温下为液体状态。带有橡胶的弹性和强力。工业上最早生产的是液体聚硫橡胶，到目前为止，已出现有了丁苯、丁睛、氯丁、丁基等品种而且发展趋势迅猛，几乎所有的大品种橡胶都有相应的液体橡胶。它的主要用途目前依然是作为胶粘剂使用，但其加工方便，除了制作涂料、密封材料、火箭燃料外，还可以通过浇注、挤压、和注射成型，制作各种制品，这种新的成型工艺简单，不象固体橡胶那样复杂，可以省略塑炼、混炼等许多工序。如在注射成型时可以同时进行硫化或提高预硫化程度。由于它是液态、流动性好，还可以进行连续化和自动化操作，因此，低分子液态橡胶的出现，对于橡胶制品加工工艺来说，将是一件具有变革意义的事情，将会推动橡胶工业的技术革新。

　　五、橡胶制品的基本生产工艺过程

　　基本工艺流程

　　伴随现代工业尤其是化学工业的迅猛发展，橡胶制品种类繁多，但其生产工艺过程，却基本相同。以一般固体橡胶（生胶）为原料的制品，它的生产工艺过程主要包括：

　　原材料准备→塑炼→混炼→成型→硫化→休整→检验

　　原材料准备

　　橡胶制品的主要材料有生胶、配合剂、纤维材料和金属材料。其中生胶为基本材料；配合剂是为了改善橡胶制品的某些性能而加入的辅助材料；纤维材料（棉、麻、毛及各种人造纤维、合成纤维）和金属材料（钢丝、铜丝）是作为橡胶制品的骨架材料，以增强机械强度、限制制品变型。

　　在原材料准备过程中，配料必须按照配方称量准确。为了使生胶和配合剂能相互均匀混合，需要对某些材料进行加工：

　　生胶要在60--70℃烘房内烘软后，再切胶、破胶成小块；

　　块状配合剂如石蜡、硬脂酸、松香等要粉碎；

　　粉状配合剂若含有机械杂质或粗粒时需要筛选除去；

　　液态配合剂（松焦油、古马隆）需要加热、熔化、蒸发水分、过滤杂质；

　　配合剂要进行干燥，不然容易结块、混炼时旧不能分散均匀，硫化时产生气泡，从而影响产品质量；

　　塑炼

　　生胶富有弹性，缺乏加工时的必需性能（可塑性），因此不便于加工。为了提高其可塑性，所以要对生胶进行塑炼；这样，在混炼时配合剂就容易均匀分散在生胶中；同时，在压延、成型过程中也有助于提高胶料的渗透性（渗入纤维织品内）和成型流动性。将生胶的长链分子降解，形成可塑性的过程叫做塑炼。生胶塑炼的方法有机械塑炼和热塑炼两种。机械塑炼是在不太高的温度下，通过塑炼机的机械挤压和摩擦力的作用，使长链橡胶分子降解变短，由高弹性状态转变为可塑状态。热塑炼是向生胶中通入灼热的压缩空气，在热和氧的作用下，使长链分子降解变短，从而获得可塑性。

　　混炼

　　为了适应各种不同的使用条件、获得各种不同的性能，也为了提高橡胶制品的性能和降低成本，必须在生胶中加入不同的配合剂。混炼就是将塑炼后的生胶与配合剂混合、放在炼胶机中，通过机械拌合作用，使配合剂完全、均匀地分散在生胶中的一种过程。混炼是橡胶制品生产过程中的一道重要工序，如果混合不均匀，就不能充分发挥橡胶和配合剂的作用，影响产品的使用性能。混炼后得到的胶料，人们称为混炼胶，它是制造各种橡胶制品的半成品材料，俗称胶料，通常均作为商品出售，购买者可利用胶料直接加工成型、硫化制成所需要的橡胶制品。根据配方的不同，混炼胶有一系列性能各异的不同牌号和品种，提供选择。

　　成型

　　在橡胶制品的生产过程中，利用压延机或压出机预先制成形状各式各样、尺寸各不相同的工艺过程，称之为成型。成型的方法有：

　　压延成型  适用于制造简单的片状、板状制品。它是将混炼胶通过压延机压制成一定形状、一定尺寸的胶片的方法叫压延成型。有些橡胶制品（如轮胎、胶布、胶管等）所用纺织纤维材料，必须涂上一层薄胶（在纤维上涂胶也叫贴胶或擦胶），涂胶工序一般也在压延机上完成。纤维材料在压延前需要进行烘干和浸胶，烘干的目的是为了减少纤维材料的含水量（以免水分蒸发起泡）和提高纤维材料的温度，以保证压延工艺的质量。浸胶是挂胶前的必要工序，目的是为了提高纤维材料与胶料的结合性能。

　　压出成型  用于较为复杂的橡胶制品，象轮胎胎面、胶管、金属丝表面覆胶需要用压出成型的方法制造。它是把具有一定塑性的混炼胶，放入到挤压机的料斗内，在螺杆的挤压下，通过各种各样的口型（也叫样板）进行连续造型的一种方法……压出之前，胶料必须进行预热，使胶料柔软、易于挤出，从而得到表面光滑、尺寸准确的橡胶制品。

　　模压成型  也可以用模压方法来制造某些形状复杂（如皮碗、密封圈）的橡胶制品，借助成型的阴、阳模具，将胶料放置在模具中加热成型。

　　硫化

　　把塑性橡胶转化为弹性橡胶的过程叫做硫化，它是将一定量的硫化剂（如硫磺、硫化促进剂等）加入到由生胶制成的半成品中（在硫化罐中进行），在规定的温度下加热、保温，使生胶的线性分子间通过生成“硫桥”而相互交联成立体的网状结构，从而使塑性的胶料变成具有高弹性的硫化胶。由于交联键主要是由硫磺组成，所以称为“硫化”。随着合成橡胶的迅速发展，现在硫化剂的品种很多，除硫磺外，还有有机多硫化物、过氧化物、金属氧化物等。因此，凡是能使线状结构的塑性橡胶，转化为立体网状结构的弹性橡胶的工艺过程都叫硫化，凡能在橡胶材料中起“搭桥”作用的物质都称为“硫化剂”。

　　硫化后的弹性橡胶叫硫化橡胶，又叫软橡胶，俗称“橡胶”。硫化是橡胶加工的一个最为重要的工艺过程，各种橡胶制品必须经过硫化来获得理想的使用性能。未经硫化的橡胶，在使用上是没有什么使用价值的，但欠硫（硫化程度不够，硫化时间不够，未能达到最佳状态）和过硫（硫化时间超过、性能显着下降）都使橡胶性能下降。所以生产过程中一定要严格控制硫化时间，以保证硫化后的橡胶制品具有最好的使用性能和最长久的使用寿命。

　　辅助措施

　　为了达到使用性能，还应在生产工艺中增加辅助措施：

　　增加强度——配用硬质碳黑，掺用酚醛树脂；

　　增加耐磨性——配用硬质碳黑；

　　气密性要求高——少用挥发性高的组分；

　　增加耐热性——采用新的硫化工艺；

　　增加耐寒性——通过生胶的解枝镶嵌，降低结晶倾向，使用耐低温    的增塑剂；

　　增加耐燃性——不用易燃助剂、少用软化剂、使用阻燃剂（如：三氧化锑）

　　增加耐氧性、耐臭氧性——采用对二胺类防护剂；

　　提高电绝缘性——配用高结构填充剂或金属粉，配用抗静电剂；

　　提高磁性——采用锶铁氧粉，铝镍铁粉，铁钡粉等作填充剂；

　　提高耐水性——采用氧化铅或树脂硫化体系，配用吸水性较低的填充剂（如硫酸钡、陶土）；

　　提高耐油性——充分交联、少用增塑剂；

　　提高耐酸碱度——多用填充剂；

　　提高高真空性——配用挥发性小的添加剂；

　　降低硬度——大量填充软化剂

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