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第一章 橡胶及功能性材料 随着高分子科学的发展以及工业需求量的增 加，很多胶种带来一些特殊的性能。 在特定场合使用的橡胶制品要求特殊的性能 功能橡胶：阻燃、导电、磁性、吸水膨胀等 常用橡胶的名称和缩写 胶种名称胶种名称 NR天然橡胶CO/ECO一元/二元均聚氯醚氯醚 橡胶 IR异戊二烯烯橡胶 ACM丙烯烯酸酯酯橡胶 BR顺顺丁橡胶 FKM氟橡胶 SBR丁苯橡胶 VMQ硅橡胶 CR氯氯丁橡胶CSM氯氯磺化聚乙烯烯橡胶 IIR丁基橡胶 CPE氯氯化聚乙烯烯橡胶 EPDM三元乙丙橡胶FVMQ氟硅橡胶 NBR丁腈腈橡胶HNBR氢氢化丁腈腈橡胶 第一节 常用橡胶的基本情况介绍 1、天然橡胶（NR） 从天然产胶植物中制 取的橡胶。市售的天然橡 胶主要是由三叶橡胶树的 乳胶制得。天然橡胶是一 种以聚异戊二烯为主要成 分的天然高分子化合物， 分子式是（C5H8）n，其 成分中9194是橡胶 烃（聚异戊二烯），其余 为蛋白质、脂肪酸、灰分 、糖类等非橡胶物质。天 然橡胶是应用最广的通用 橡胶。 一、基本性能 天然橡胶的物理特性。天然橡胶在常温下具有较高的弹性 ，稍带塑性，具有非常好的机械强度，滞后损失小，在多次变 形时生热低，因此其耐屈挠性也很好，并且因为是非极性橡胶 ，所以电绝缘性能良好。 天然橡胶的化学特性。因为有不饱和双键，所以天然橡胶 是一种化学反应能力较强的物质，光、热、臭氧、辐射、屈挠 变形和铜、锰等金属都能促进橡胶的老化，不耐老化是天然橡 胶的致命弱点，但是，添加了防老剂的天然橡胶，有时在阳光 下曝晒两个月依然看不出多大变化，在仓库内贮存三年后仍可 以照常使用。 天然橡胶的耐介质特性。天然橡胶有较好的耐碱性能，但 不耐浓强酸。由于天然橡胶是非极性橡胶，只能耐一些极性溶 剂，而在非极性溶剂中则溶胀，因此，其耐油性和耐溶剂性很 差，一般说来，烃、卤代烃、二流化炭、醚、高级酮和高级脂 肪酸对天然橡胶均有溶解作用，但其溶解度则受塑炼程度的影 响，而低级酮、低级酯及醇类对天然橡胶则是非溶剂。 二、品种分类及质量标准 天然橡胶按形态可以分为两大类：固体天然橡胶 （胶片与颗粒胶）和浓缩胶乳。在日常使用中，固体 天然橡胶占了绝大部分的比例。 胶片按制造工艺和外形的不同，可分为烟片胶、 风干胶片、白皱片、褐皱片等。烟片胶是天然橡胶中 最具代表性的品种，一直是用量大、应用广的一个胶 种，烟片胶一般按外形来分级，分为特级、一级、二 级、三级、四级、五级等共六级，达不到五级的则列 为等外胶。 颗粒胶（即标准胶）是按国际上统一的理化效能 、指标来分级的，这些理化性能包括杂质含量、塑性 初值、塑性保持率、氮含量、挥发物含量、灰分含量 及色泽指数等七项，其中以杂质含量为主导性指标， 依杂质之多少分为五个级别。 三、主要用途 由于天然橡胶具有上述一系列物理化学特性，尤 其是其优良的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性等特 性，并且，经过适当处理后还具有耐油、耐酸、耐碱 、耐热、耐寒、耐压、耐磨等宝贵性质，所以，具有 广泛用途。例如日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松 紧带；医疗卫生行业所用的外科医生手套、输血管、 避孕套；交通运输上使用的各种轮胎；工业上使用的 传送带、运输带、耐酸和耐碱手套；农业上使用的排 灌胶管、氨水袋；气象测量用的探空气球；科学试验 用的密封、防震设备；国防上使用的飞机、坦克、大 炮、防毒面具；甚至连火箭、人造地球卫星和宇宙飞 船等高精尖科学技术产品都离不开天然橡胶。 2、丁腈橡胶（NBR） 由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶。 是耐油(尤其是烷烃油)、耐老化性能较好的合成橡胶。 丁腈橡胶中丙烯腈含量()有4246、3641、3135 、2530、1824等五种。丙烯腈含量越多，耐油性 越好,但耐寒性则相应下降。它可以在120的空气中或 在 150的油中长期使用。此外，它还具有良好的耐水 性、气密性及优良的粘结性能。广泛用于制各种耐油 橡胶制品、多种耐油垫圈、垫片、套管、软包装、软 胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石 油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。 一、基本性能 丁腈橡胶具有优良的耐油性,其耐油性仅次于聚 硫橡胶和氟橡胶，并且具有的耐磨性和气密性。丁晴 橡胶的缺点是不耐臭氧及芳香族、卤代烃、酮及酯类 溶剂，不宜做绝缘材料。 二、主要用途 丁腈橡胶主要用于制作耐油制品，如耐油管、胶 带、橡胶隔膜和大型油囊等，常用于制作各类耐油模 压制品，如O形圈、油封、皮碗、膜片、活门、波纹管 等，也用于制作胶板和耐磨零件。 丁腈橡胶的并用：丁腈橡胶的极性非常强，与其 它聚合物的相容性一般不太好，但和氯丁橡胶、改性 酚醛树脂、聚氯乙烯等极性强的聚合物，特别是和含 氯的聚合物具有较好的相容性，常进行并用。另外， 为改善加工性和使用性能，丁腈橡胶也常与天然橡胶 、丁苯橡胶、顺丁橡胶等非极性橡胶并用。应当指出 ：丁腈橡胶的特点是耐油性好，与其它聚合物并用（ 除聚氯乙烯之外）都存在降低耐油性的趋势。 三、丁腈橡胶 - 发展分析 丁腈胶因耐油、耐热性能和物理机械性能优异，已经成为耐油橡胶 制品的标准弹性体，广泛用于汽车、航空航天、石油开采、石化、纺织 、电线电缆、印刷和食品包装等领域。目前国内产量不能满足需求，年 进口量约10万吨。中国目前有3套装置：一是中石油兰化公司早期从前苏 联引进采用高温间歇乳液聚合技术的硬胶装置，年产能力约0.45万吨， 可生产3个牌号；二是中石油吉化公司从日本引进丁苯胶装置的1条生产 线改造而成的丁腈胶装置，采用多釜串联、低温乳液聚合工艺，年产能 力为1万吨，可生产5个牌号；三是兰化公司近年从日本引进的年产1.5万 吨低温乳液聚合装置，可生产高、中、低含腈量的9个牌号软胶。2002年 ，中国丁腈胶生产能力为2.95万吨，产量为2.5万吨，开工率约85。 丁腈胶最大的用途是生产耐油胶管及阻燃输送带，其消耗量约占总 消费量的50；其次是密封制品，其中约半数为汽车密封制品；在电线 电缆、胶粘剂、印刷和箱包制品等方面也有应用。另外，丁腈胶与其他 材料共混改性成为目前研究热点。利用动态硫化技术等技术，可以制备 丁腈胶聚氯乙烯、丁腈胶聚丙烯、丁腈胶乙丙胶、丁腈胶聚苯 乙烯等共混产品，其中丁腈胶聚氯乙烯共混胶用途最广泛，主要应用 于电线电缆行业。随着通讯业快速发展，在海底电缆领域对乙丙胶聚 丙烯有较强竞争力。目前国内有近万家电线电缆企业，每年丁腈胶聚 氯乙烯消耗量很大。另外，该共混胶还可以用于油管和燃油管外层胶、 汽车防水密封件和模压零件、发泡绝热层、胶圈、防护涂层等方面。 3、三元乙丙橡胶（EPDM） 三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭 二烯烃的三元共聚物，1963年开始商业化生产 。每年全世界的消费量是80万吨。EPDM最主 要的特性就是其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵 蚀的能力。由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族 ，它具有极好的硫化特性。在所有橡胶当中， EPDM具有最低的比重。它能吸收大量的填料 和油而影响特性不大。因此可以制作成本低廉 的橡胶化合物。(常用三元乙丙橡胶牌号) 一、基本性能 1、低密度高填充性 :乙丙橡胶的密度是较低的一种橡胶 ，其密度为0.87。加之可大量充油和加入填充剂，因而可降 低橡胶制品的成本，弥补了乙丙橡胶生胶价格高的缺点，并 且对高门尼值的乙丙橡胶来说，高填充后物理机械能降低幅 度不大。 2、耐老化性 :乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热 、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温 流动性。乙丙橡胶制品在120下可长期使用，在150- 200 下可短暂或间歇使用。加入适宜防老剂可提高其使用温度。 以过氧化物交联的三元乙丙橡胶可在苛刻的条件下使用。三 元乙丙橡胶在臭氧浓度 50pphm、拉伸30%的条件下，可达 150h以上不龟裂。 3、耐腐蚀性 :由于乙丙橡胶缺乏极性，不饱和度低， 因而对各种极性化学品如醇、酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗 涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性；但在脂属和 芳属溶剂（如汽油、苯等）及矿物油中稳定性较差。在浓酸 长期作用下性能也要下降。 4、耐水蒸汽性能: 乙丙橡胶有优异的耐水蒸汽性 能并估优于其耐热性。在230过热蒸汽中，近100h后 外观无变化。而氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡 胶、丁腈橡胶、天然橡胶在同样条件下，经历较短时 间外观发生明显劣化现象。 5、耐过热水性能:乙丙橡胶耐过热水性能亦较好 ，但与所有硫化系统密切相关。以二硫化二吗啡啉、 TMTD为硫化系统的乙丙橡胶，在125过热水中浸泡 15个月后，力学性能变化甚小，体积膨胀率仅0.3%。 6、电性能 :乙丙橡胶具有优异的电绝缘性能和耐 电晕性，电性能优于或接近于丁苯橡胶、氯磺化聚乙 烯、聚乙烯和交联聚乙烯。 7、弹性: 由于乙丙橡胶分子结构中无极性取代基 ，分子内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔顺性 ，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，并在低温下仍能保持 。 二、主要用途 乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要原材料合成，耐老 化、电绝缘性能和耐臭氧发能突出。乙丙橡胶可大量 充油和填充碳黑，制品价格较低，乙丙橡胶化学稳定 性好，耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。乙丙 橡胶的用途十分广泛，可以作为轮胎侧、胶条和内胎 以及汽车的零部件，还可以作电线、电缆包皮及高压 、超高压绝缘材料。还可制造及鞋、卫生用品等浅色 制品。 4、氟橡胶（FKM） 氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的合 成高分子弹性体。最早的氟橡胶为1948年美国DuPont公 司试制出的聚-2-氟代-1.3-丁二烯及其与苯乙烯、丙烯等 的共聚体，但性能并不比氯丁橡胶、丁橡胶突出，而且 价格昂贵，没有实际工业价值。50年代后期，美国 Thiokol公司开发了一种低温性好，耐强氧化剂（N2O4） 的二元亚硝基氟橡胶，氟橡胶开始进入实际工业应用。 此后，随着技术进步，各种新型氟橡胶不断开发出来。 中国从1958年开始也开发了多种氟橡胶，主要为聚 烯烃类氟橡胶，如23型、26型、246型以及亚硝基类氟橡 胶；随后又发展了较新品种的四丙氟橡胶、全氟醚橡胶 、氟化磷橡胶。这些氟橡胶品种都首先以航空、航天等 国防军工配套需要出发，逐步推广应用到民用工业部门 。 一、主要类型 氟橡胶23，国内俗称1号胶，为偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物 。 氟橡胶26，国内俗称2号胶，杜邦牌号VITON A，为偏氟乙 烯和六氟丙烯共聚物，综合性能优于1号胶。 氟橡胶246，国内俗称3号胶，杜邦牌号VITON B，为偏氟乙 烯、四氟乙烯、六氟丙烯三元共聚物，氟含量高于26胶，耐 溶剂性能好。 氟橡胶TP，国内俗称四丙胶，旭硝子牌号AFLAS，为四氟乙 烯和碳氢丙烯共聚物，耐水蒸汽和耐碱性能优越。 偏氟醚橡胶，杜邦牌号VITON GLT，为偏氟乙烯、四氟乙 烯、全氟甲基乙烯基醚、硫化点单体四元共聚物，低温性能 优异。 全氟醚橡胶，杜邦牌号KALREZ，低温性能优异，氟含量高 ，耐溶剂性能优异。 氟橡胶生产供应商不止杜邦一家，在中国市场上，进口氟橡 胶供应商还有美国3M，日本的大金和欧洲的Solvay。 国产的有3F、晨光、东岳等等。 二、基本性能 1、化学稳定性佳：氟橡胶具有高度的化学稳定性，是目前所有弹 性体中耐介质性能最好的一种。26型氟橡胶耐石油基油类、双酯类油、 硅醚类油、硅酸类油，耐无机酸，耐多数的有机、无机溶剂、药品等， 仅不耐低分子的酮、醚、酯，不耐胺、氨、氢氟酸、氯磺酸、磷酸类液 压油。23型氟胶的介质性能与26型相似，且更有独特之处，它耐强氧化 性的无机酸如发烟硝酸、浓硫酸性能比26型好，在室温下98%的HNO3 中浸渍27天它的体积膨胀仅为13%15%。 2、耐高温性优异：氟橡胶的耐高温性能和硅橡胶一样，可以说是 目前弹性体中最好的。26-41氟胶在250下可长期使用，300下短期 使用；246氟胶耐热比26-41还好。在300100小时空气热老化后的26- 41的物性与300100小时热空气老化后246型的性能相当，其扯断伸长 率可保持在100%左右，硬度9095度。246型在350热空气老化16小时 之后保持良好弹性，在400热空气老化110分钟之后保持良好弹性，在 400热空气老化110分钟之后，含有喷雾炭黑、热裂法炭黑或碳纤维的 胶料伸长率上升约1/21/3，强度下降1/2左右，仍保持良好的弹性。 3、耐老化性能好 ：氟橡胶具有极好的耐天候老化性能 ，耐臭氧性能。据报导，DuPont开发的VitonA在自然存放十 年之后性能仍然令人满意，在臭氧浓度为0.01%的空气中经 45天作用没有明显龟裂。23型氟橡胶的耐天候老化、耐臭氧 性能也极好。 4、真空性能极佳 ：26型氟橡胶具有极好的真空性能。 246氟橡胶基本配方的硫化胶真空放气率仅为3710-6乇升/秒 厘米2。246型氟橡胶已成功应用在10-9乇的真空条件下。 5、机械性能优良 ：氟橡胶具有优良的物理机械性能。 26型氟橡胶一般配合的强力在1020MPa之间，扯断伸长率 在150350%之间，抗撕裂强度在34KN/m之间。23型氟橡 胶强力在15.025MPa之间，伸长率在200%600%，抗撕裂 强度在27MPa之间。一般地，氟橡胶在高温下的压缩永久 变形大，但是如果以相同条件比较，如从150下的同等时 间的压缩永久变形来看，丁和氯丁橡胶均比26型氟胶要大， 26型氟橡胶在20024小时下的压缩变形相当于丁橡胶在 15024小时的压缩变形。 6、电性能较好 ：23型氟橡胶的电性能较好，吸湿性比 其他弹性体低，可作为较好的电绝缘材料。26型橡胶可在低 频低压下使用。 三、主要用途 由于氟橡胶具有耐高温、耐油、耐高真空及耐酸碱、耐多种化学药 品的特点，已应用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、原子能 等尖端技术及汽车、造船、化学、石油、电讯、仪仪、机械等工业领域 。用氟橡胶制造的胶管适用于耐高温、耐油及耐特种介质场合，如用作 飞机燃料油、液压油、合成双酯类油、高温热空气、热无机及其它特种 介质（如氯化烃及其它氯化物）的输送、导引等。用氟橡胶制成的电线 电缆屈挠性好，且有良好的绝缘性。氟橡胶制作的玻璃纤维胶布，能耐 300的高温和耐化学腐蚀。芳纶布涂氟胶后，可以制作石油化工厂耐高 温、耐酸碱类储罐间的连接伸缩管（两端可有金属法兰连接），可承受 高压力、高温度和介质腐蚀，并对两罐的变形伸缩起缓冲减震连接作用 。尼龙布涂氟胶后制成的胶布密封袋，作为炼油厂的内浮顶贮罐用软密 封件，起到密封、减少油液面的挥发损失等作用。 23型、四丙型氟橡胶主要用作耐酸、耐特殊化学品的腐蚀性密封场 合。羟基亚硝基氟橡胶主要用作防护制品和密封制品，以溶液形式作为 不燃性涂料，应用于防火电子元件及纯氧中工作的部件。其溶液和液体 橡胶可用喷涂、浇注等方法制造许多制品，如宇宙服、手套、管带、球 等。也可用作玻璃、金属”濑性体、织物的胶粘剂，制造海绵及接触火 箭推进剂（N2O4）的垫圈、“O”型圈、胶囊、阀尹畴各类密封件等。 5、硅橡胶（VMQ） 透明或乳白色粒状固体。具有开放的多孔结构,吸 附性强,能吸附多种物质。如：吸收水分,吸湿量约达 40%。如加入氯化钴,干燥时呈蓝色,吸水后呈红色。可 再生反复使用。 分子式：mSiO2 nH2O 分子量：60.08 密度：2.6 一、主要类型 硅橡胶按其硫化特性可分为热硫化型硅橡胶和室 温硫化型硅橡胶两类。按性能和用途的不同可分为通 用型、超耐低温型、超耐高温型、高强力型、耐油型 、医用型等等。按所用单体的不同，可分为甲基乙烯 基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶、氟硅，腈硅橡胶 等。 二、基本性能 硅橡胶具有优异的耐热性、耐寒性、介电性、 耐臭氧和耐大气老化等性能，硅橡胶突出的性能是 使用温度宽广，能在-60（或更低的温度）至 +250（或更高的温度）下长期使用。但硅橡胶的 抗张强度和抗撕裂强度等机械性能较差，在常温下 其物理机械性能不及大多数合成橡胶，且除腈硅、 氟硅橡胶外，一般的硅橡胶耐油、耐溶剂性能欠佳 ，故硅橡胶不宜用于普通条件的场合，但非常适用 于许多特定的场合。 三、主要用途 在生物医学工程中，高分子材料具有十分 重要的作用，而硅橡胶则是医用高分子材料中 特别重要的一类，它具有优异的生理惰性，无 毒、无味、无腐蚀、抗凝血、与机体的相容性 好，能经受苛刻的消毒条件。根据需要可加工 成管材、片材、薄膜及异形构件，可用做医疗 器械、人工脏器等。现今国内外都有专门的医 用级硅橡胶。 6、氢化丁腈橡胶（HNBR） 是由丁腈橡胶进行特殊加氢处理而得到的一种高 度饱和的弹性体。氢化丁腈橡胶具有良好耐油性能（ 对燃料油、润滑油、芳香系溶剂耐抗性良好）；并且 由于其高度饱和的结构，使其具良好的耐热性能，优 良的耐化学腐蚀性能（对氟利昂、酸、碱的具有良好 的抗耐性），优异的耐臭氧性能，较高的抗压缩永久 变形性能；同时氢化丁腈橡胶还具有高强度，高撕裂 性能、耐磨性能优异等特点，是综合性能极为出色的 橡胶之一。 一、基本性能 在保持原有的优异的耐油性的 同时,又获得了非常好的耐热性(耐150高温)、耐臭氧 性,其运用领域已突破了的传统领域,使得氯化聚 乙烯、氯磺化聚乙烯等特种橡胶也受到一定