橡胶指具有高弹性的高分子材料,其弹性变形量可达 100%~1 000%。它还有较好的抗撕裂、耐疲劳、不透水、不透气、耐酸碱和绝缘等特性,因而橡胶制品在工程上广泛用于密封、防腐蚀、防渗漏、减振、耐磨、绝缘以及安全防护等方面。
9.1.3.1 橡胶的分类
根据原料来源,橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶是从自然界含胶植物中制取的一种高弹性材料。合成橡胶是用人工方法使单体聚合而成的高分子弹性材料。
合成橡胶种类很多,按应用范围分为通用橡胶和特种橡胶。凡性能与天然橡胶相近,应用范围广,使用量大的合成橡胶称为通用橡胶;凡具有耐寒、耐热、耐油等特殊性能的合成橡胶,称为特种橡胶。
9.1.3.2 橡胶制品的组成
橡胶是以生胶为主要原料,加入适量配合剂而制成的高分子材料。
从橡胶树上采集的胶乳及大多数人工合成的可以制胶的高聚物,还不具备橡胶的各种特性,称为生胶,因此必须经过一系列加工处理工序,如塑炼、加入配合剂混炼、成型、硫化后,才能作为橡胶制品。
生胶是橡胶制品的主要组分,在橡胶制备过程中不但起着黏结其他配合剂的作用,而且是决定橡胶制品性能的重要因素。不同生胶制成的橡胶制品的性能也不同。生胶具有高弹性等一系列优越的性能,但也存在强度低、耐老化性差等缺陷,因此,橡胶制品中一般还需加入各种配合剂。
配合剂是为了提高和改善生胶性能而加入的各种物质,主要有硫化剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂及着色剂等。
硫化剂的作用是使生胶分子在硫化处理中产生适度交联而形成网状体型结构,从而大大提高橡胶的强度、耐磨性和刚性,使橡胶具有既不溶解,也不熔融的特性。填充剂可提高橡胶强度,减少生胶用量,降低成本和改善工艺性。橡胶易老化,即在使用或加工过程中出现变色、发黏、发脆、龟裂、力学性能变差等现象,加入防老剂可防止老化现象。
9.1.3.3 常用橡胶材料
1.天然橡胶(NR)
天然橡胶是由橡胶树流出的胶乳加工而成的,其主要成分是聚异戊二烯,结构式为
天然橡胶强度高,弹性、耐撕裂性、耐磨性、耐寒性、气密性、防水性、电绝缘性以及加工性能优良,缺点是耐热性、耐油性和耐老化性差。天然橡胶使用温度为-70~110 °C,广泛用于制造轮胎、胶带、胶管、胶鞋等通用制品。
2.合成橡胶
(1)丁苯橡胶(SBR)。
丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯为单体形成的共聚物,结构式为
丁苯橡胶主要品种有丁苯-10、丁苯-30、丁苯-50,其中数字代表苯乙烯在单体总量中的百分含量。苯乙烯含量对丁苯橡胶的性能有很大影响,随着苯乙烯含量的增加,丁苯橡胶的耐磨性、硬度增大而弹性下降。丁苯橡胶具有良好的耐磨性、耐热性和耐老化性,比天然橡胶质地均匀,价格便宜,但成型较困难,硫化速度慢,制成的轮胎发热量大,弹性差。丁苯橡胶能与天然橡胶以任意比例混合,是应用最广、使用量最大的一种合成橡胶,主要用于制造轮胎、胶布、胶鞋等。(www.daowen.com)
(2)顺丁橡胶(BR)。
顺丁橡胶是由丁二烯聚合而成的,其分子结构式为
顺丁橡胶的分子链规整,柔顺性非常高,是目前橡胶中弹性最好的一种,耐曲扰性好,生热和滞后损失小,耐老化性较好。顺丁橡胶具有优良的耐磨性,比丁苯橡胶高26%,耐寒性也是通用橡胶中最好的一种。顺丁橡胶的主要缺点是强度较低,加工性能较差,抗撕裂性差。
顺丁橡胶产量仅次于丁苯橡胶,处于第二位,可制造轮胎、胶带、减振器、橡胶弹簧、电绝缘制品、胶鞋及耐寒制品等。
(3)氯丁橡胶(CR)。
氯丁橡胶是由氯丁二烯聚合而成的,其分子结构式为
氯丁橡胶的力学性能与天然橡胶相似,具有高弹性、高绝缘性、较高的强度和高耐碱性,而且耐油性、耐溶剂性、耐氧化性、耐老化性、耐热性、耐燃烧、耐挠曲等性能优于天然橡胶,故有“万能橡胶”之称。缺点是低温下易结晶,耐寒性差,使用温度应高于-35 °C,密度大,相同体积的制品所需的质量大,因而成本较高,生胶稳定性差。氯丁橡胶应用广泛,它既可作为通用橡胶使用,又可作为特种橡胶使用,可用于制造电线和电缆的包皮、耐蚀运输带和胶管、垫圈、门窗嵌条、油罐衬里等。
3.特种橡胶
(1)丁腈橡胶(NBR)。
丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈共聚而成的,其分子结构式为
丙烯腈的含量一般为15%~50%,过高(>60%)会变硬而失去弹性,过低(≤7%)则不耐油。丁腈橡胶耐油性突出,有时也称为耐油橡胶。此外,它还有较好的耐水性、耐热性、耐磨性和耐老化性能等。丁腈橡胶的缺点是耐寒性差,随丙烯腈的含量增加,耐寒性变差,其脆化温度为-20~-10 °C,耐酸性和电绝缘性也较差。丁腈橡胶主要用于制造各种耐油制品,如耐油胶管、耐油输送带、耐油密封圈、油箱、耐油减振制品等。
(2)硅橡胶。
硅橡胶是由二甲基硅氧烷与其他有机硅单体共聚而成的,其分子结构式为
硅橡胶具有很高的耐热性和耐寒性,使用温度范围为-70~300 °C,耐寒性高是由于它的分子主链是由柔顺性最好的 Si-O 键组成,耐热性高是由于Si-O 键的键能大,远远超过一般的 C-C 键。硅橡胶还具有优良的耐臭氧性、绝缘性、耐老化性。缺点是强度较低,耐磨性、耐酸性差,价格较贵。硅橡胶主要用于制造各种耐高低温的制品,如管道接头、高温设备的垫圈、衬垫、密封件及高压电线、电缆的绝缘层等。
(3)氟橡胶。
氟橡胶具有高的化学稳定性,耐腐蚀性能高于其他橡胶,耐热性也很好,最高使用温度为 300 °C。缺点是价格昂贵,耐寒性差,加工性能差。氟橡胶主要用于制造耐腐蚀的制品、高级密封件,如火箭、导弹的密封垫圈。
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