第四章橡胶知识与应用

第四章橡胶知识与应用欧阳星深圳大学材料学院,定义,橡胶是一种在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复其原来形状的高分子材料。别名弹性体。,生活中的橡胶制品。例如：轮胎、汽车密封条、胶管、高压锅密封圈、鞋底、安全套、口香糖、橡皮等。,生活中的橡胶制品,生活中的橡胶制品,机场,医院设施,办公室，教育设施,楼梯,生活中的橡胶制品,橡胶独有的特点,具有高弹性、低刚度的高分子材料，其弹性形变可达1000%。还有很好的绝缘性、耐水性和密封性。是常用的弹性材料、密封材料和减震防震材料。重要的国家战略物资。,橡胶简史,热带美洲天然的哭泪树的乳液晒干凝固做成弹性球。（天然橡胶）1770年，发现可以擦去铅笔字迹，用Rubber（擦、橡皮）表示橡胶。1839年，Goodyear(固特异)发明了“橡胶硫化技术”。1895年，硫化天然橡胶用于汽车车轮。1914年，第一次世界大战开始，橡胶匮乏。合成橡胶飞速发展。,粉末状橡胶？液体状橡胶原料？气体状橡胶原料？,橡胶加工基本工艺,塑炼混炼成形硫化,橡胶加工基本工艺,双辊开炼机,橡胶加工基本工艺,密炼机,平板硫化机,橡胶加工基本工艺,分子量：分子量巨大，超过10万。比塑料、纤维分子量都大。分子链：柔软有弹性,高弹性。热转变温度(Tg)：玻璃化温度比较低，低于常温。,橡胶的结构,从形状和应变的角度物质的力学状态固体、液体、气体高分子的力学状态玻璃态高弹态粘流态（玻璃化温度、粘流温度）,高弹性,晶态、液态、气态高分子的结晶（熔融温度）,高弹性,高分子在一定力的作用下随着温度升高的形变状况,高弹性,高弹性来源,高弹性,高弹性,(a),(b)图高弹形变(a)和普弹形变(b)机理示意图,高弹性,高分子链立体结构,高分子运动状态包括：小运动单元的运动：侧基、支链或小链节等的振动、旋转和移动。链段的运动：高分子链通过内旋转改变构象产生高分子链段的运动。整个分子运动：整个分子链间的相互滑动。,图高分子链的内旋转构象,高弹性,玻璃态：高分子的较小运动单元（如侧基、支链或小链节）能运动的状态。主链的内旋转被冻结，链段不能运动。,高弹性,高弹态：高分子链段能运动的状态。在受到拉伸力时，分子链可以从卷曲状态变到伸展状态，宏观上可以发生很大变形。拉伸力松开，分子链会从伸展状态恢复到卷曲状态，即外力下的形变可逆。但是整个分子链还不能移动。这时的高分子具有独特的特征高弹性。粘流态：高分子整个分子链能够相互移动的状态。在外力作用下发生的变形不可逆。,高弹性,高分子的力学状态可以随温度变化而相互转变：高分子力学状态的热转变示意图,玻璃化温度：玻璃态与高弹态间的转变温度，用Tg表示。其本质是高分子的链段从冻结到运动(或反之)的一个转变温度。粘流温度：高弹态与粘流态间的转变温度，用Tf表示。其本质是高分子整个大分子从冻结到运动(或反之)的一个转变温度。,高弹性,高分子在一定力的作用下随着温度升高的形变状况,高弹性,(a),(b)图高弹形变(a)和普弹形变(b)机理示意图,高弹性,高弹性,橡胶高弹性本质是熵弹性。,橡胶弹性是熵弹性,回弹动力是熵增。橡胶在拉伸过程中放出热量,回缩时吸收热量。,模量拉伸强度撕裂强度断裂伸长率硬度,橡胶结构与性能,机械性能,结构材料是以力学性能为基础，制造受力构件所用的材料。,应变：应力：,橡胶结构与性能,当材料受到外力作用，几何形状和尺寸发生变化，这种变化叫应变。,材料单位面积上的附加内力叫应力。,l0,F,F,l=l0+Dl,应变,应力,橡胶结构与性能,A0,F,F,拉伸强度：试样拉伸至断裂时单位截面所承受的最大拉力。（拉伸速率500mm/min）,橡胶结构与性能,撕裂强度：试样撕裂时，单位厚度所承受的负荷，单位kN/m。表征抗撕裂性、抗裂口增长。,撕裂强度T由试样断裂时的最大负荷f除以试样厚度t得出：,橡胶结构与性能,硬度：抵抗外力压入的能力。,与橡胶弹性模量有关。硬度计的刻度在0100之间分成100个等分。,橡胶结构与性能,湿滑性和滚动阻力耐寒性气密性,橡胶结构与性能,耐水性耐磨性绝缘性,其它性能,耐屈挠性耐化学药品性滞后损失和生热性,燃烧性耐热性耐候性,橡胶结构与性能,橡胶材料的毒性,实践证明:大部分橡胶原料是低毒或无毒的。其毒性比食盐还小。只要做好防护措施，对身体是不会造成多少危害的。,橡胶结构与性能,橡胶种类,橡胶种类,天然橡胶从橡胶树中制取的橡胶。其成分中9194是聚异戊二烯，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。是应用最广的通用橡胶。,橡胶种类,天然橡胶和异戊橡胶,顺丁橡胶,氯丁橡胶,橡胶种类,丁苯橡胶,乙丙橡胶,橡胶种类,丁基橡胶,丁腈橡胶,氟橡胶,氯磺化聚乙烯橡胶,丙烯酸酯橡胶,硅橡胶,橡胶种类,聚氨酯橡胶：线型聚氨酯预聚物与二异氰酸酯反应,橡胶种类,橡胶种类,氯醚橡胶,聚硫橡胶,几种橡胶性能比较,橡胶种类,橡胶聚合方法,按机理分,按方法分,本体聚合,溶液聚合,乳液聚合,悬浮聚合,连锁聚合,逐步聚合,缩聚反应,配位聚合,自由基聚合,离子聚合,聚合方法,以石油和天然气为基础合成单体、聚合物的路线,丁二烯,苯,丙烯,乙烯,甲苯,石油和天然气,二甲苯,橡胶,纤维,塑料,涂料,粘合剂,离子交换树脂,由乙烯获得的化工产品,由丙烯获得的化工产品,由丁二烯获得的化工产品,由甲苯、二甲苯烯获得的化工产品,橡胶的应用,在汽车中的应用,轮胎，胶带用于运动传输，密封件用于支撑径向或往复运动部件，垫片和O形圈用于密封油或燃油，胶管用于输送液体或气体，膜片用于控制流体或气体等。,橡胶的应用,在火车中的应用,在火车中的应用,橡胶的应用,在电线电缆中的应用,研究橡胶科研院所和公司,华南理工大学材料学院北京化工大学材料学院青岛科技大学高分子学院北京橡胶研究院上海橡胶研究所天津橡胶研究所西北橡胶研究所,固特异橡胶轮胎