橡膠是指具有可逆形變的高彈性聚合物材料 , 在室溫下富有彈性 , 在很小的外力作用下能產生較大形變,除去外力后能恢復原狀 。橡膠屬于完全無定型聚合物 , 它的玻璃化轉變溫度(T g)低,分子量往往很大,大于幾十萬 。橡膠制品廣泛應用于工業或生活各方面 。
1770年,英國化學家J.普里斯特利發現橡膠可用來擦去鉛筆字跡,當時將這種用途的材料稱為rubber,此詞一直沿用至今 。
一、橡膠的來源
橡膠分為天然橡膠與合成橡膠二種 。
天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質后加工制成;
合成橡膠則由各種單體經聚合反應而得 。
天然橡膠主要來源于三葉橡膠樹 , 最初的橡膠樹生長于南美洲,但經過人工移植 , 東南亞也種有大量的橡膠樹 。事實上,亞洲已成為最重要的橡膠來源地 。當這種橡膠樹的表皮被割開時,它在受傷害(如莖部的樹皮被割開)時會分泌出乳白色大量含有橡膠乳劑的汁液,稱為膠乳,膠乳經凝聚、洗滌、成型、干燥即得天然橡膠 。
由銀菊膠制成的橡膠能夠減少敏感 。另外,無花果樹和一些大戟科的植物也能提供橡膠 。
德國在第二次世界大戰時由于橡膠供應被切斷,曾嘗試從這些植物取得橡膠,但后來改為生產人造橡膠 。
合成橡膠是由人工合成方法而制得的,采用不同的原料(單體)可以合成出不同種類的橡膠 。1900年-1910年化學家C.D.哈里斯(Harris)測定了天然橡膠的結構是異戊二烯的高聚物,這就為人工合成橡膠開辟了途徑 。1910年俄國化學家SV列別捷夫(Lebedev,1874-1934)以金屬鈉為引發劑使1,3-丁二烯聚合成丁鈉橡膠,以后又陸續出現了許多新的合成橡膠品種,如順丁橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠等等 。
合成橡膠的產量已大大超過天然橡膠,其中產量最大的是丁苯橡膠 。
橡膠是橡膠工業的基本原料 , 廣泛用于制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠制品
二、橡膠的成份
天然橡膠是由膠乳制造的,膠乳中所含的非橡膠成分有一部分就留在固體的天然橡膠中 。一般天然橡膠中含橡膠烴92%-95% , 非橡膠烴占5%-8% 。由于制法不同,產地不同乃至采膠季節不同 , 這些成分的比例可能有差異,但基本上都在范圍以內 。
蛋白質可以促進橡膠的硫化 , 延緩老化 。另一方面,蛋白質有較強的吸水性,可引起橡膠吸潮發霉、絕緣性下降,蛋白質還有增加生熱性的缺點 。
丙酮抽出物是一些高級脂肪酸及固醇類物質,其中有一些起天然防老劑和促進劑作用,還有的能幫助粉狀配合劑在混煉過程中分散并對生膠起軟化的作用 。
灰分中主要含磷酸鎂和磷酸鈣等鹽類,有很少量的銅、錳、鐵等金屬化合物,因為這些變價金屬離子能促進橡膠老化,所以他們的含量應控制 。
干膠中的水分不超過1%,在加工過程中可以揮發,但水分含量過多時 , 不但會使生膠儲存過程中易發霉,而且還會影響橡膠的加工,如混煉時配合劑易結團;壓延、壓出過程中易產生氣泡,硫化過程中產生氣泡或呈海綿狀等 。
合成橡膠的組成:合成橡膠是以石油、天然氣為原料,以二烯烴和烯烴為單體聚合而成的高分子 。

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三、橡膠的結構
線型結構: 未硫化橡膠的普遍結構 。由于分子量很大,無外力作用下,大分子鏈呈無規卷曲線團狀 。當外力作用 , 撤力,線團的糾纏度發生變化,分子鏈發生反彈,產生強烈的復原傾向,這便是橡膠高彈性的由來 。
支鏈結構: 橡膠大分子鏈的支鏈的聚集,形成凝膠 。凝膠對橡膠的性能和加工都不利 。在煉膠時,各種配合劑往往進不了凝膠區,形成局部空白,形成不了補強和交聯,成為產品的薄弱部位 。
交聯結構: 線型分子通過一些原子或原子團的架橋而彼此連接起來 , 形成三維網狀結構 。隨著硫化歷程的進行,這種結構不斷加強 。這樣,鏈段的自由活動能力下降 , 可塑性和伸長率下降 , 強度,彈性和硬度上升,壓縮永久變形和溶脹度下降 。
橡膠結構的影響作用
橡膠補強性能影響主要針對拉伸強度和撕裂強度上,其一般規律是:當粒徑相同時,高結構炭黑對非結晶橡膠的補強作用大,一般有較高的拉伸強度和撕裂強度 。橡膠結構性還是影響導電性能的最重要因素 , 鏈枝狀結構易于在橡膠中形成交織聯結的導電通路,會使導電性能提高 。橡膠的分子鏈可以交聯,交聯后的橡膠受外力作用發生變形時 , 具有迅速復原的能力,并具有良好的物理力學性能和化學穩定性 。
四、橡膠的特性
1. 橡膠制品成型時,經過大壓力壓制,因其彈性體所具備之內聚力無法消除,在成型離模時,往往產生極不穩定的收縮(橡膠的收縮率,因膠種不同而有差異) , 必需經過一段時間后,才能和緩穩定 。所以,當一橡膠制品設計之初,不論配方或模具 , 都需謹慎計算配合,若否,則容易產生制品尺寸不穩定 , 造成制品品質下降 。
2. 橡膠屬熱溶熱固性彈性體,因硫化物種類主體不同,其成型固化的溫度范圍 , 亦有相當的差距,甚至可因氣候改變,室內溫濕度所影響 。因此橡膠制成品的生產條件 , 需隨時做適度的調整,若無 , 則可能產生制品品質的差異 。
3. 橡膠產品是由橡膠原料進行密煉機煉膠后制成的混煉膠作原材料,在煉膠時根據所需橡膠制品的特性而設計配方,并且定下所需要的產品硬度 。產品制作成型由橡膠平板硫化機進行模壓成型 。產品成型后最后進行飛邊處理,把產品表面處理光滑無毛刺 。
4. 橡膠制品老化測試屬于老化測試范疇 , 橡膠老化是指橡膠及制品在加工,儲存和使用過程中,由于受到內外因素的綜合作用引起性能結構發生改變,進而喪失使用價值的現象 。表現為龜裂 , 發粘,硬化,軟化,粉化 , 變色,長霉等

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五、橡膠的分類
⒈ 按形態:分為塊狀生膠、乳膠、液體橡膠和粉膠為橡膠的膠體狀水分散體;
液體橡膠為橡膠的低聚物,未硫化前一般為粘稠的液體;
粉末橡膠是將乳膠加工成粉末狀,以利配料和加工制作 。
20世紀60年代開發的熱塑性橡膠 , 無需化學硫化,而采用熱塑性塑料的加工方法成形 。
⒉ 橡膠按使用又分為通用型和特種型兩類 。是絕緣體,不容易導電,但如果沾水或不同的溫度的話,有可能變成導體 。導電是關于物質內部分子或離子的電子的傳導容易情況 。
⒊ 按原材料來源與方法: 橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類 。其中天然橡膠的消耗量占1/3 , 合成橡膠的消耗量占2/3 。
⒋ 按橡膠的外觀形態: 橡膠可分為固態橡膠(又稱干膠)、乳狀橡膠(簡稱乳膠)、液體橡膠和粉末橡膠四大類 。
⒌ 根據橡膠的性能和用途: 除天然橡膠外,合成橡膠可分為通用合成橡膠、半通用合成橡膠、專用合成橡膠和特種合成橡膠 。
⒍ 根據橡膠的物理形態: 橡膠可分為硬膠和軟膠,生膠和混煉膠等 。
⒎ 按性能和用途: 分為通用橡膠和特種橡膠 。
【橡膠基礎知識簡介】六、橡膠的發展情況
橡膠行業是國民經濟的重要基礎產業之一 。它不僅為人們提供日常生活不可或缺的日用醫用等輕工橡膠產品,而且向采掘、交通、建筑、機械、電子等重工業和新興產業提供各種橡膠制生產設備或橡膠部件 。可見 , 橡膠行業的產品種類繁多 , 后向產業十分廣闊 。
近幾年來,橡膠行業得到不少發展,已有細分行業穩中有升,新生橡膠細分行業飛速發展 , 但同時 , 橡膠行業也還存在環境、資源、災害、創新等問題 。
中國橡膠行業的發展前景廣闊 。橡膠工業的產品結構將有較大變化,新型產品、更新換代產品增多、新材料、新工藝應用擴大,生產技術有明顯進步 。
橡膠行業的特征決定了當一國的橡膠行業成熟后,該行業的景氣狀況與整個經濟的運行狀況將保持很強的相關性:其發展周期的長度與該國經濟周期的長度相當,走勢同向;但由于橡膠行業屬于基礎工業,它的周期變化要略提前于經濟周期的變化 。另外 , 同樣由于橡膠行業處于國民經濟生產鏈的前端 , 其周期波動的波幅要小于產業鏈末端行業的波幅,也小于整個經濟的波幅 。因此,從產業投資的角度看,成熟的橡膠行業比較接近收益型投資行業 。中國的橡膠加工業正值蓬勃發展時期,各地的橡膠業不僅加快了中國工業的進程,也帶動了各地的經濟建設發展的良好局面 。我國橡膠工業比較發達的地區有:云南、廣東、山東莒縣、河北等地 。

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七、橡膠的加工
本過程包括塑煉、混煉、壓延或擠出、成型和硫化等基本工序 , 每個工序針對制品有不同的要求,分別配合以若干輔助操作 。
為了能將各種所需的配合劑加入橡膠中,生膠首先需經過塑煉提高其塑性;然后通過混煉將炭黑及各種橡膠助劑與橡膠均勻混合成膠料;膠料經過壓出制成一定形狀坯料;再使其與經過壓延掛膠或涂膠的紡織材料(或與金屬材料)組合在一起成型為半成品;最后經過硫化又將具有塑性的半成品制成高彈性的最終產品 。
對精度要求比較高的制品,油封、O型圈、密封件等橡膠制品,還需要進行修邊、去毛邊加工,可選用的方式有人工修邊、機械修邊和冷凍修邊 。
人工修邊: 勞動強度大、效率低、合格率低 。
機械修邊: 主要有沖切、砂輪磨邊和圓刀修邊 , 適用于對精度要求不高的特定制品 。
冷凍修邊: 專用的冷凍修邊機設備 , 其原理是采用液氮(LN2)使成品的毛邊在低溫下變脆 , 使用特定的冷凍粒子(彈丸)去擊打毛邊 , 以迅速去除毛邊 。冷凍修邊的效率高 , 成本低廉,適用制品廣泛,已成為主流的工藝標準 。
八、橡膠的質量檢測
在橡膠材料及制品都有嚴格的質量要求,如拉伸強度、彈性模量、延伸率、耐老化等 。橡膠制品用于精密度高的領域,這些參數往往要求很苛刻 。
我國橡膠發展初期就成立了橡膠制品委員會,負責對橡膠研發、學術、質量監督等工作 。
1 耐介質增重實驗
可以從成品上取樣,浸泡在選定的一種或幾種介質中,一定溫度時間后取稱重,根據重量變化率硬度變化率推斷材料的種類 。
比如在100℃機油中浸泡24小時,丁腈橡膠NBR,氟膠,氯丁橡膠CR質量及硬度變化率很小,而天然橡膠NR,乙丙橡膠EPDM,丁苯橡膠SBR增重一倍以上且硬度變化很大,體積膨脹很明顯 。
2 熱空氣老化實驗
從成品中取樣,放在老化箱里老化一天,觀察老化后的現象 。可以分級老化逐步升溫 。比如150℃下氯丁橡膠CR,天然橡膠NR,丁苯橡膠SBR都會脆斷,丁腈橡膠NBR,乙丙橡膠EPDM還有彈性 。升到180℃下普通丁腈橡膠NBR就會脆斷;而230℃下氫化丁腈膠HNBR也會脆斷,氟膠和硅膠仍然有很好的彈性 。
3 燃燒法
取少許樣品 , 在空氣中燒 。觀察現象 。
一般來說氟膠 , 氯丁橡膠CR離火自息,即使燒著火苗也比一般天然橡膠NR、乙丙橡膠EPDM的要小的多 。當然,如果仔細觀察,燃燒狀態、顏色、氣味也會提供為我們很多信息 。比如NBR/PVC并用膠,有火源時火劈啪的亂濺,似乎有水似的,離火自熄,煙濃且有酸味 。需要注意的是有時添加了阻燃劑但不含鹵素的膠也會離火自熄,這要借助別的辦法進一步推斷 。
4測比重
用電子稱或分析天平,精確到0.01克的即可,外加一杯水,一根頭發絲即可 。
一般來說氟膠比重最大,1.8以上,氯丁橡膠CR 的也多在1.3以上比重明顯偏大的可以考慮是這些膠 。
5 低溫法
從成品上取樣 , 用干冰和酒精制造一個合適的低溫環境 。把樣品泡在低溫環境下2-5分鐘,在選定溫度下感覺軟硬程度 。比如零下40℃以下,同樣耐高溫耐油很好的硅膠和氟膠對比,硅膠則比較軟 。
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