常用橡胶及功能性材料.ppt

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1、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,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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、，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

8、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

9、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

10、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、

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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，D

17、uPont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

18、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

19、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

20、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

21、、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

22、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

23、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的冲击。从经济角度看,销售价暂时还较贵,但还是比氟橡胶低得多。同时,由于的刚度低,工艺性能好,密度低,可以加入更多的填料,而且制品单位体积只有氟橡胶的一半,所以,它将成为氟橡胶等特种弹性体的代用品。,二、主要用途,氢化丁腈橡胶目前广泛用于油田、汽车工业等方面。瑞翁公司是氢化丁腈橡胶原料的主要供应商，在氢化丁腈橡胶配方及加工领域经验丰富。可以根据不同的应用领域，专业提供品种齐全、性能优异、品质稳定的混炼胶

24、产品及各种氢化丁腈橡胶板,模压制品.随着汽车、石油工业的发展,橡胶部件除要求耐油外,还需具有良好的耐热、耐高温、高压、耐氧等特性。普通丁腈橡胶()已远不能满足这些要求,尽管其中一些用途已为氟橡胶所取代,但氟橡胶价格昂贵。因此人们开始探求对性能的改进,氢化丁腈橡胶就是为了满足这种新的需要而开发成功的。,的耐高温性为130180,耐寒性为-55-38且机械性能优良,与其它聚合物相比更能满足汽车工业的要求。用/甲基丙烯酸()补强的可制作三角带、等规三角带、多用三角环的底层胶、隔振器等;也可制备密封圈、密封件,耐热管等。在石油钻井中,要求橡胶制品必须耐受高温、高压、酸、胺、2、2、4等蒸汽的考验。而用制备的各种制品,可耐酸、耐油、耐溶剂。用/补强的可用于制作钻井保护箱和泥浆泵用活塞.此外,采用打浆法将制成纸型垫圈可用作石油工业及汽车工业的密封垫圈。的耐热、耐辐射性能比硅橡胶、氟橡胶、聚四氯乙烯要好,适宜作发电站的各种橡胶密封件,也用作液压管、液压密封、发电站用电缆护套,还可作印刷和织物辊筒、武器部件及航天用密封件、覆盖层、燃油囊等;胶乳可用作表面涂层(画),纺织、纸张、皮革、金属、陶瓷、无纺布纤维用的粘合剂,以及发泡橡胶、浸渍胶乳产品等。此外,用/,过氧化物、高耐磨炉黑补强的,其综合性能比普通要好。,谢谢！,