1、第5章 橡膠和彈性體材料,第二節(jié) 通用橡膠 2.1 天然橡膠（NR） 2.2 丁苯橡膠（SBR） 2.3 聚丁二烯橡膠（BR） 2.4 丁基橡膠 （IIR） 2.5 氯丁橡膠（CR） 2.6 乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM） 2.7 丁腈橡膠（NBR）,2.1 天然橡膠,2.1.1 天然橡膠的來源 1.天然橡膠來源于植物，這些植物包括：巴西三葉橡膠樹、銀膠菊、杜仲樹等。其中98的天然橡膠來自于巴西橡膠樹。 2. 天然橡膠的主要原材料是橡膠樹新鮮膠乳。將新鮮膠乳經過一系列加工可得濃縮膠乳（固含量超過60）和干膠。 3. 天然橡膠的英文為nature rubber,縮寫NR。,2.1.

2、2 NR的分子鏈結構和結晶性 （重點） （1）NR（異戊二烯的均聚物）的異構體結構,對稱性差，難于結晶,對稱性較高，較易結晶,巴西橡膠樹生物合成的天然膠中97為順1，4異構體。,（2）NR的結晶性,（3）天然橡膠具有拉伸誘導結晶的特點。,硫化NR結晶度與伸長率的關系,這種拉伸結晶特性對橡膠的強度有很大的貢獻。NR純膠就具有較高的強度。 未增強純NR硫化膠的拉伸強度可以達到1725MPa。,2.1.2 NR的分子量與分子量分布（重點） NR的聚合度很高，10000，分子量在33000萬的范圍內。,NR的分子量分布呈雙峰分布規(guī)律。 低分子量部分有利于NR的加工。 高分子量的部分使NR具有較高的強度

3、。,小知識：橡膠的加工性,橡膠的高彈性對于橡膠的加工成型是不利的。 具有一定的塑性對于加工是有利的塑性是一種在某種給定載荷下,材料產生永久變形的材料特性。 對于橡膠或彈性體材料，分子量越大（熵）彈性越高；而分子量小則塑性提高。,2.1.3 NR的組成,極性有機物吸水，不利于NR的絕緣和耐水性,分解出的有機胺是NR的硫化促進劑和防老劑。,灰分無機鹽和少量金屬化合物，金屬離子會促進老化。,2.1.4 NR的性能特點（重點） 1.高彈性僅次于BR,與雙鍵相鄰CC鍵的容易內旋轉。 分子鏈上的側甲基數量少。 NR非極性分子間作用力低。,2. NR具有較優(yōu)良的力學性能 NR是一種結晶性橡膠，可拉伸結晶，N

4、R具有較高的分子量。 NR純膠硫化后強度可達25MPa；用炭黑增強后可達35MPa。 NR的撕裂強度也很高，最高可達98kN/m。 NR具有良好的耐疲勞性，滯后損失小，生熱低。 NR具有較高的耐磨性。,3. NR具有較好的加工性能含有低分子組分和其它有機小分子。 4.天然橡膠耐熱性不高，長期使用溫度不能超過80oC，在100oC下只能短期使用；耐老化，耐O3性能不高主鏈上存在大量的不飽和雙鍵。 5.NR的耐油性差非極性橡膠與烴類油相容性高。,NR的結構特點,2.1.5 NR的應用 綜合性能好，可用來做各種橡膠制品。（除了某些特殊性能要求的制品外，耐油、耐熱等） 廣泛用于:輪胎、膠管、膠帶和各種

5、工業(yè)橡膠制品。 是用途最廣泛的一種橡膠，天然橡膠的耗膠量占總耗膠量的35。,2.2 丁苯橡膠,2.2.1 定義 丁苯橡膠是丁二烯和苯乙烯的共聚物。 是用量最大的一種合成橡膠；占合成膠的55，占總橡膠用量的34。 英文為styrene-butadiene rubber，縮寫SBR。,2.2.2 SBR的合成方法和分類,苯乙烯含量5070,自由基聚合機理,陰離子聚合機理,2.2.3 SBR的結構與性能關系（重點）,1. SBR分子結構的內涵 宏觀結構參數：單體比例，平均分子量、分子量分布、分子結構的線性程度、凝膠含量。 微觀結構參數：丁二烯鏈段中順1，4；反1，4和1，2結構的比例；苯乙烯、丁二烯

6、單元的分布（嵌段共聚/無規(guī)共聚）。,1，4丁二烯結構 (順式、反式）,乙烯基,苯乙烯,2.單體比例,隨著苯乙烯含量的提高，玻璃化轉變溫度提高，模量（定伸強度）提高、彈性下降、加工性能變好。 苯環(huán)還具有分散應力提高耐磨性的作用。 耐熱氧老化性能提高，耐寒性下降。 綜合各種性能，普通SBR的苯乙烯含量一般為23.5。,3. 分子量和分子量分布 SBR的數均分子量為1013萬。 分子量分布寬：強度低、鏈端多內耗大、加工性能好。 分子量分布窄：強度高，鏈端少內耗小、加工性能不好。 4. 分子鏈枝化度：高枝化度有利于加工性能，但不利于力學強度；同時造成鏈端多內耗大。 5. 凝膠（部分交聯的橡膠）含量：凝

7、膠含量高會造成力學性能下降凝膠處于交聯狀態(tài)，配合劑無法混入。,6. 聚丁二烯的結構,乙烯基含量增大，也會導致彈性下降、加工性能、橡膠與地面的摩擦系數提高，橡膠抗?jié)窕蕴岣撸坏湍バ阅軙杂邢陆怠?順式1，4結構分子鏈的回彈性高；其含量增高會導致彈性增大、加工性能與強度的下降。 反式1，4結構分子鏈的對稱性高，分子間排布較緊密；其含量增多，彈性減小、模量和加工性能變好。,小知識：橡膠動態(tài)損耗特征與輪胎抗?jié)窕院蜐L動阻力（生熱）間的關系,WLF方程時溫等效原理,7. 苯乙烯和丁二烯單元的分布 嵌段序列結構比無規(guī)結構更能發(fā)揮出該微觀結構的性能特征。 乳液聚合得到的ESBR因是自由基聚合機理，所以只能

8、得到無規(guī)序列結構 溶液聚合得到的S-SBR因是陰離子聚合機理，通過控制催化劑和反應條件，可以得到部分嵌段的序列結構，即無規(guī)-嵌段結構。,8. 乳聚SBR和溶聚SBR結構性能對比,低溫ESBR比高溫ESBR具有更好的綜合性能。 與低溫ESBR相比，SSBR的彈性高、內耗低，滾動阻力??；耐磨性能提高、抗?jié)窕圆蛔兓蛏杂刑岣摺?但S-SBR突出缺點是加工性能不好。,各類SBR的性能對比,注意：除了橡膠本身的結構，增強填料與橡膠間的相互作用強弱及其在橡膠中分散的均勻性也對材料最終的動態(tài)損耗特性起到了決定性的作用。,2.2.4 SBR的性能特點（重點） 存在大量的分子側基（苯乙烯、乙烯基）分子鏈較僵硬，

9、苯乙烯含量23.5的SBR的Tg約為-45oC,遠低于NR的-72oC彈性和耐寒性差。 非結晶性橡膠，不具備自增強性，純硫化橡膠的強度只有23MPa。必須使用增強填料補強。補強后的強度能達到純NR硫化膠的水平。 耐撕裂性能也低于NR。 內耗大，動態(tài)生熱和滾動阻力高于NR； 耐曲撓疲勞性低于NR,主鏈上雙鍵含量及反應活性比天然橡膠低耐熱氧老化性、耐臭氧性能、耐磨性（高溫，長時間）優(yōu)于NR能提高。SBR的使用上限溫度比NR高10-20。但硫化速度較NR慢（因SBR的雙鍵濃度較低和苯環(huán)的體積位阻效應） SBR的耐溶劑性能以及電絕緣性能與NR相似，因為均為非極性二烯類橡膠。 加工性能比NR稍差，尤其是

10、S-SBR包輥性差 ，自粘互粘性差。,2.2.5 SBR的應用 應用廣泛，除要求耐油、耐熱、耐特種介質等特殊性能外的一般場合均可使用。 主要用于輪胎工業(yè)，如轎車胎、拖拉機胎、摩托車胎中應用比例較大，載重及子午胎中應用比例較小些。 在無特殊要求的膠帶、膠管及一些工業(yè)制品中也獲得了廣泛的應用，如輸水膠管、鞋大底等。,2.3 丁二烯橡膠,2.3.1 定義與分類 1. 定義：由丁二烯單體合成得到的通用合成橡膠。,英文名稱：butadiene rubber，縮寫:BR.,2.分類,配位聚合,2.3.2 結構的性能特點 1、1.2 結構的含量直接決定了BR的Tg。,隨著乙烯基含量的增加，BR的彈性、耐寒性

11、變差；與地面的摩擦系數增大，抗?jié)窕蕴岣?，但耐磨性有所下降?2、 順、反1,4 結構的性能特點 主鏈上存在著大量容易發(fā)生內旋轉的CC鍵（-CC-），且無大側基分子鏈的柔順性非常高，Tg-105oC。 反1,4結構對稱性高，容易結晶，結晶的熔點在135150oC。 順1,4結構對稱性較反式低，不易結晶結晶的熔點約為-30oC（室溫下不結晶），在室溫下拉伸伸長率200%時，能夠拉伸誘導結晶，但結晶度遠小于NR。,順1,4結構增多，BR彈性、耐寒性提高、動態(tài)內耗減小、耐磨性提高（與路面的摩擦系數極低）、與地面的抓著力下降、抗?jié)窕芰ο陆怠?反1,4結構增多，硬度、定伸應力提高，彈性下降、耐磨性能好

12、。,2.2.3 幾種丁二烯橡膠的性能特點和應用 1. 順1,4丁二烯橡膠（順丁橡膠） 順1,4結構達到9698的丁二烯橡膠被稱為順丁橡膠。 分子鏈高柔順性（Tg-105oC）高彈性、耐寒性好、耐動態(tài)疲勞、動態(tài)內耗生熱低。 耐磨耗性能優(yōu)異，優(yōu)于比NR和SBR分子鏈高柔順，摩擦系數低。 拉伸強度和撕裂強度低（低于NR和SBR）分子間作用力低；雖可拉伸結晶但結晶度很低（不能產生自增強效應）。,抗?jié)窕圆铐樁〉腡g遠低于0oC，0oC附近的Tan很小不能單獨使用BR制造輪胎，否則輪胎會打滑。 耐熱氧、臭氧老化性能差主鏈上存在大量的不飽和雙健略高于NR，但低于SBR。 耐烴類油性能差非極性橡膠，與NR和

13、SBR類似。 加工性能不好使用開煉機時包輥性差、自粘和互粘性差。 生膠在常溫下會因自重而發(fā)生流動（冷流）現象儲存時要注意。 順丁膠很少單獨使用，經常與其它通用橡膠并用，主要用于輪胎提高耐磨性、降低動態(tài)生熱，提高回彈和耐寒性。,小知識：什么樣的橡膠耐磨性？,橡膠的磨耗是一個動態(tài)磨損和疲勞老化破壞的綜合過程。,動態(tài)磨損,強度高（特別是撕裂強度）,摩擦系數低,疲勞老化,動態(tài)生熱低,耐熱氧老化性能好。,2. 中乙烯基丁二烯橡膠 乙烯基含量在3555的低順式丁二烯橡膠。 合適含量的乙烯基提高了耐磨性和耐老化性能。 其硫化膠料的抗?jié)窕阅芸梢院蚐BR相當，但耐磨性提高2030可以單獨制造輪胎胎面，是一種較新的胎面膠品種。,3. 反1,4丁二烯橡膠