青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿

青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿

1.青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿 篇一

青岛科技大学橡胶工艺原理讲稿（2）青岛科技大学, 橡胶, 讲稿, 工艺, 原理

§1.9 特 种 橡 胶

特种橡胶是指用途特殊、用量较少的橡胶，其用量大约为橡胶总用量的1%。多数属于饱和橡胶，主链有碳链的，也有杂链的，除硅橡胶之外都是极性的。这些橡胶在结构具有多样性，性能上也各有特色。特种橡胶包括氟橡胶、硅橡胶、聚氨基甲酸酯橡胶等近10种。一．氟橡胶

（一）结构

指分子链侧基含有氟的弹性体，有10种，其中普遍使用的是偏氟乙烯与全氟丙烯或再加上四氟乙烯的共聚物，我国称这类橡胶为26型橡胶，杜邦公司称为Viton型氟橡胶，结构如下：

（二）性能

氟橡胶属于饱和碳链极性橡胶，性能如下： 1．一般物理机械性能

氟橡胶一般具有较高的拉伸强度和硬度，但弹性较差。2．耐高温性能优异

氟橡胶的耐高温性能在橡胶中是最好的，250℃下可以长期工作，320℃下可以短期工作。3．耐油性能优异

其耐油性能在橡胶材料中也是最好的。4．耐化学药品及腐蚀介质性能优异

氟橡胶耐化学药品及腐蚀介质性能在橡胶中也是最好的，可耐王水的腐蚀。5．具有阻燃性，属于离火自熄性橡胶。6．耐侯性、耐臭氧性好。

7．其耐低温性能差，弹性差，耐水等极性物质性能差，加工性差、价格昂贵。

（三）应用

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，使它在现代航空、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、仪表、机械等工业部门中获得了应用。

常用于模压制品：密封圈、皮碗、O形圈；海绵制品：密封件、减震件；压出制品：胶管、电线、电缆等。二．硅橡胶

硅橡胶为分子主链中为—Si—O—无机结构，侧基为有机基团的一类弹性体，属于半无机的饱和的、杂链、非极性弹性体，典型的代表是甲基乙烯基硅橡胶，其中的乙烯基提供交联点。这类弹性体按硫化机理可分为有机过氧化物引发自由基交联剂（热硫化型）、缩聚反应型（室温硫化型）及加成反应型。

（一）结构

甲基乙烯基硅橡胶的结构式为：

（二）分类

室温硫化型硅橡胶如：α,ω-端羟基聚二甲基硅氧烷

（三）性能

硅橡胶的性能特点是： 1．耐高温、低温性能好

使用温度范围—100℃~300℃，高温性能与氟橡胶相当，工作范围广，耐低温性能在所有橡胶材料中是最好的。

2．优异的耐臭氧老化、热氧老化和天候老化。3．优良的电绝缘性能

4．具有优良的生物医学性能，可植入人体内。有高的透气性，可以作保鲜材料。

缺点是拉伸强度和撕裂强度低（在所有的橡胶材料中是最低的，纯胶拉伸强度只有0.3MPa）、价格昂贵。

（四）配合

硅橡胶一般用过氧化物硫化，必须用补强剂，最有效的补强剂是气相法白炭黑，同时要配合结构控制剂和耐热配合剂。常用的耐热配合剂是金属氧化物，一般用Fe2O3 3~5份。常用的结构控制剂是二苯基硅二醇。典型配方如下：

硅橡胶100； 气相法白炭黑45； 二苯基硅二醇3； Fe2O3：5 BPO（50%）：1

（五）应用

硅橡胶具有独特的综合性能，与其它橡胶一样可加工成各种制品，应用广泛。广泛应用于汽车工业、电子、电器工业、宇航工业、建筑工业（粘接密封剂）、医疗卫生及其它方面。

三．聚氨基甲酸酯橡胶（聚氨酯橡胶）

聚氨酯是在催化剂存在下由二元醇、二异氰酸酯和扩链剂的反应产物。其反应式如下：

（一）分类

1．根据原料不同可分为：

聚酯型聚氨酯橡胶（AU）和聚醚型聚氨酯橡胶（EU）2．根据物理状态及加工特点可分为： 浇注型、混炼型、热塑性

（二）性能

1．机械强度高（拉伸和撕裂强度高）

拉伸强度可达28~42MPa；撕裂强度达63kN/m，伸长率可达1000%，硬度范围宽，邵尔A硬度为10~95。

2．耐磨性最好，比NR高9倍。3．耐油性好。

4．气密性与IIR相当。5．具有较好的粘合性能。

6．具有较好的生物医学性能，可作为植入人体的材料。7．耐水性及耐高温性能不好。

（三）应用

用于耐磨制品、高强度耐油制品，如实心轮胎、胶辊、胶带、各种模型制品、鞋底等。也可用于发泡制造泡沫橡胶。四．以乙烯为基础的弹性体

聚乙烯有良好的绝缘性能、优良的耐化学药品性能、耐老化性能，而且成本很低。作为橡胶，它具有分子链柔顺、分子间作用力低这两个条件，但由于其分子链规整度高，室温下呈半结晶。将其分子链规整度打乱，在加上适度交联，就能得到性能优良的弹性体。1．氯化聚乙烯（CPE）

采用水相悬浮法、溶液法或固相法将聚乙烯氯化得到的，根据含氯量不同（从15%~73%），门尼粘度变化很大，从34到150，其物理状态也从塑料、弹性体变成半弹性皮革状硬质高聚物。

一般氯含量25%~48%的CPE为橡胶状弹性体。热塑性弹性体的氯含量在16~24%之间。应用：

（1）可作为塑料制品的改性剂；

提高塑料制品的耐低温冲击性能、提高韧性、阻燃性、耐油耐老化性能、耐腐蚀性、绝缘性等。CPE是PVC的重要改性填加剂，用于制造PVC板材、管材、塑钢门窗、屋面防水卷材、家电外壳、防腐衬里等。（2）作为特种橡胶使用；

加工的橡胶制品具有强度高、耐磨耗、耐热、耐化学药品，具有优良的难燃自熄性、耐低温性能等。

2．氯磺化聚乙烯（CSM）

将聚乙烯氯化及磺化得到的，一般氯含量为27%~45%，最适宜的含量为37%，这时弹性体的刚性最低，硫含量为1%~5%，一般在1.5%以下。以磺酰氯的形式存在于分子中，提供交联点。

典型的结构式如下： 3．乙烯与醋酸乙烯酯的共聚体（EVA）

EVA中VA含量的变化范围较宽，当VA含量为40~70%之间为弹性体。EVA弹性体已由Bayer公司生产多年。聚合物结构为：

五．丙烯酸酯橡胶

丙烯酸酯橡胶由丙烯酸丁酯与丙烯腈或少量第三单体共聚而成，属于饱和碳链橡胶。结构式为：

丙烯酸酯橡胶的主要特点是：

1． 耐油，特别是耐含氯、硫、磷化合物为主的极压型润滑油类； 2． 耐热性仅次于硅橡胶和氟橡胶，可耐175~200℃； 3． 耐寒、耐水、耐化学药品性差。4． 优良的耐天候老化、耐屈挠性能。5． 可用胺类、有机过氧化物硫化。

广泛应用于耐高温、耐热油的制品中。是制造高温下使用的橡胶油封、O形圈、垫片和胶管的适用材料。六．氯醚橡胶

氯醚橡胶是指侧基上含有氯的主链上有醚键的橡胶，它是由环氧氯丙烷均聚的弹性体（常用CHR表示，我国代号为CO），或环氧氯丙烷与环氧乙烷共聚的弹性体（常用CHO表示，我国代号为ECO），为饱和杂链极性弹性体。

氯醚橡胶的特点是具有较好的综合性能。

1． 耐热性能与CSM相当，介于丙烯酸酯与中高丙烯腈含量的NBR之间； 2． 耐油、耐寒性的良好平衡。3． 特别耐制冷剂氟利昂。

4． 耐臭氧老化性能介于二烯类橡胶与烯烃橡胶之间。应用：

可用作汽车、飞机及各种机械的配件如：垫圈、密封圈、O 形圈等，也可用作耐油胶管、印刷胶辊等。七．聚硫橡胶

聚硫橡胶是指分子链上有硫原子的弹性体，属杂链极性橡胶。聚硫橡胶分液态、固态及胶乳三种。其中液态橡胶应用最广，大约占总量的80%。液态聚硫橡胶的典型结构式： 聚硫橡胶的性能特点是：

优秀的耐溶剂性能，耐许多化学药品。当采用特殊配合，在有适当底涂条件下，它对金属、水泥及玻璃的粘合性能较好。该橡胶也较耐氧化和臭氧化。应用：主要用作密封材料、填缝材料、腻子、涂料等。§1.10 粉末橡胶、液体橡胶、热塑性橡胶 一．粉末橡胶

（一）国内外发展现状

1．国外粉末橡胶的发展历史 2．国内粉末橡胶的发展历史 3．粉末橡胶的发展前景

（二）生产方法

1．粉碎法；2．喷雾干燥法；3．闪蒸干燥法；4．冷冻干燥法；5．凝聚法；6．微胶囊法

（三）隔离技术

常用的隔离技术有以下几种：

（1）加隔离剂法；2）胶乳接枝法；（3）表面氯化法；（4）表面交联法；（5）辐射交联法

（四）粉末橡胶的品种

目前产量最大的粉末橡胶品种是废旧橡胶粉末，其次是粉末聚丁二烯接枝橡胶，再其次是PNBR、PSBR。其他品种还有粉末氯丁橡胶、粉末乙丙橡胶、粉末丁基橡胶、粉末异戊橡胶、粉末CPE、粉末氟橡胶等。

（五）应用

1．橡胶制品领域。如应用粉末橡胶制造轮胎、管材、片材、异型材、垫片、传送带等。2．粘合剂领域

3．聚合物改性领域。粉末橡胶广泛PS、SAN、ABS、PVC、PP、PE、PBT、PET、EVA、酚醛树脂、环氧树脂改性剂。二．液体橡胶

（一）液体橡胶定义

液体橡胶是一种分子量大约在2000~10000之间，在室温下为粘稠状流动液体，经过适当的化学反应可形成三维网状结构，从而获得和普通硫化胶具有类似的物理机械性能的齐聚物。

（二）分类

1．根据官能团位置不同分：

①分子内带有官能团（非遥爪型液体橡胶）

②分子末端带有活性官能团（遥爪型液体橡胶）③分子内和分子末端都带有活性官能团

2．根据液体橡胶主链结构的不同，①聚硫橡胶系列；②硅橡胶系列；③聚氨酯橡胶系列；④二烯类橡胶系列。

（三）液体橡胶的特征及应用

1．特征

液体橡胶与固体橡胶相比具有以下优点：

（1）液体橡胶是浇铸型弹性体，加工工艺易于实现机械化、连续化和自动化，可减轻劳动强度和改善作业环境。

（2）加工设备和模型的投资减少。（3）节约辅助费用（节能、节省资源）

（4）不用溶剂、水等分散介质，在液体状态下加工（无溶剂、无污染）（5）借助主链扩展和交联方法，可在广泛的范围内调节物性和硫化速度。缺点：

（1）比相应的固体橡胶贵；

（2）在强度和耐屈挠性方面还存在问题；

（3）在补强填充剂的混炼、成型加工方面必须建立独自的工艺系统（难以使用现有的橡胶加工设备）；

（4）加工工艺若不实现机械化、自动化和连续化，反而成本很高。2．用途

（1）胶粘剂；（2）涂料、油漆；（3）用作反应性操作油；（4）用作树脂改性材料；（5）密封嵌缝材料。

(四)二烯类液体橡胶的结构特性、配合和加工 1．结构特性

分子量较低的液体橡胶要变成固体橡胶，必须进行交联使之变成三维网状结构。遥爪型液体橡胶的末端官能团根据其反应性可分为三种： 低反应性：-OH，=C=O，-Cl，-NR2；

高反应性：-OOH，-SH，-NCO，-Li，-NH2 反应性越高，在储存和填充剂混合时都易出问题。2．配合

（1）固化剂

液体橡胶的固化剂一般是指链扩展剂和交联剂（或称为硫化剂）。为了获得性能良好的硫化胶，必须根据液体橡胶的末端官能团选择适宜的链扩展剂和交联剂。

硫化体系多采用氢给予体（-OH、-SH、-NH2、-COOH、-COSH、-CONH2、-SO2NH2、>NOH等）和氢接受体（-NCO、O、S、N等）的加成反应体系。（2）补强填充体系

为了改进胶料的强度、降低成本、改善工艺性能和使用性能，以及改进制品的外观和色彩等，需要使用炭黑和其它粉状补强填充剂和纤维状填充剂。

其它添加剂还有：操作油、沥青、抗氧剂、紫外线吸收剂、发泡剂、着色剂等。

三．热塑性弹性体

热塑性弹性体是高温下呈塑性流动状态，可以象塑料一样进行加工成型，不需要硫化，而常温下又具有橡胶的弹性。这类材料兼有热塑性塑料的加工成型特征和硫化胶的弹性性能。

（一）热塑性弹性体的分类（1）按交联性质分：

可分为物理交联和化学交联；（2）按聚合物的结构分

可分为接枝、嵌段和共混三大类。从目前商品化的热塑性弹性体来说，习惯上分为聚烯烃类（TPO）、苯乙烯嵌段共聚类（TPS）、聚氨酯类（TPU）、聚酯类（TPEE）、其他类。

（二）典型的热塑性弹性体

1．苯乙烯嵌段共聚类热塑性弹性体（SBS）2．聚烯烃热塑性弹性体 3．聚酯型热塑性弹性体