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裕剩荣
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1 橡胶 : 介绍和应用 Rubber:An Introduction and Application 张安强华南理工大学材料科学与工程学院高分子系 2013 年 4 月 1

张安强工学博士, 副教授, 硕士研究生导师 1998 年毕业于华南理工大学高分子系橡胶工程与塑料工程专业 2003 年毕业于华南理工大学材料学院材料学专业, 获工学博士学位同年留校任教 2006-2007 美国 Western Kentucky

2 张安强工学博士, 副教授, 硕士研究生导师 1998 年毕业于华南理工大学高分子系橡胶工程与塑料工程专业 2003 年毕业于华南理工大学材料学院材料学专业, 获工学博士学位同年留校任教美国 Western Kentucky University 化学系访问学者 Tel: 号楼 445 室主要研究方向 : (1) 橡胶 - 填料相互作用与橡胶复合材料 ; (2) 超分子弹性体的合成与应用 ; (3) 两性离子聚合物的合成与应用 2

3 主要内容橡胶的基本特征橡胶的发展历史橡胶的分类天然橡胶的制备与应用合成橡胶的制备与应用常见橡胶制品 3

4 橡胶的基本特征高弹性 : 在外力作用下具有较大的弹性形变, 最高可达 1000%, 除去外力后变形很快恢复 ; 粘弹性 : 橡胶是粘弹性体由于大分子间作用力的存在, 使橡胶受外力作用产生形变时受时间温度等条件的影响, 表现有明显的应力松驰和蠕变现象 ; 质软密度低 : 橡胶密度低, 属于轻质材料 ; 硬度低, 柔软性好 ; 透气性较差, 可做气密性材料 4

5 橡胶的发展历史 (1) 天然橡胶的发现和利用 (2) 合成橡胶的发明和应用 5

6 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用天然橡胶发现很早, 考古发掘表明, 远在 11 世纪, 南美洲人民就已使用橡胶球做游戏和祭品哥伦布在发现新大陆的航行中发现, 南美洲土著人玩的一种球是用硬化了的植物汁液做成的一些样品被视为珍品带回欧洲后来人们发现这种弹性球能够擦掉铅笔的痕迹, 因此给它起了一个普通的名字 Rubber 6

7 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1736 年法国科学家康达明 (Charlesde Condamine) 参加了南美洲科学考察队, 从秘鲁将一些橡胶制品及记载橡胶树的有关资料带回法国, 出版了南美洲内地旅行纪略该书详述了橡胶树的产地当地居民采集胶乳的方法和利用橡胶制成壶和鞋的过程, 引起了人们的重视 1768 年, 法国人麦加 (P. J. Macquer) 发现可用溶剂软化橡胶, 制成医疗用品和软管 1828 年英国人马琴托士 (C. Mackintosh) 用胶乳制成防雨布, 但制品热天发粘, 冷天变脆, 质量很差 7

8 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1819 年, 苏格兰化学家马金托希发现橡胶能被煤焦油 ( 主要成分 : 苯甲苯二甲苯萘蒽等芳烃, 以及芳香族含氧化合物等 ) 溶解, 此后人们开始把橡胶用煤焦油松节油等溶解, 制造防水布从此, 世界上第一个橡胶工厂于 1820 年在英国哥拉斯格 (GLASGOW) 建立橡胶工业的开始 8

9 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1826 年, 英国人汉考克 (Hancock) 发现橡胶通过两个转动滚筒的缝隙反复加工, 可以降低弹性, 提高塑性 Hancock 这一发现奠定了橡胶加工的基础, 他被公认为世界橡胶工业的先驱 9

10 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1839, 美国人固特异 (Charles Goodyear) 发现天然橡胶与硫磺共热后明显地改变了性能, 使它从硬度较低遇热发粘软化遇冷发脆断裂的不实用的性质, 变为富有弹性可塑性的材料奠定橡胶加工业的基础 1898 年, 为了纪念他, 弗兰克史柏林把自己创立的橡胶公司命名为 GOODYEAR ( 固特异 ) Charles Goodyear 10

11 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1887 年, 英国人邓洛普约翰博伊德 (Dunlop John Boyd) 为改进儿子的自行车的行驶平顺性和操控性而大获成功, 发明了充气橡胶轮胎橡胶工业真正起飞 1910 年,DUNLOP 尝试将制造充气轮胎的技术应用于运动用品上, 并首先制造出了高尔夫球 1985 年邓禄普轮胎被日本住友收购, 成为日本家喻户晓的一大品牌 11

12 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1876 年英国人魏克汉 (H. A. Wickham) 把橡胶树的种子和幼苗从巴西运回伦敦皇家植物园邱园 (Kew Garden) 繁殖, 然后将培育的橡胶苗运往锡兰 ( 即现在的斯里兰卡 ) 马来亚印度尼西亚等地种植均获成功, 至此完成了将野生的橡胶树变成人工栽培种植的十分艰难的工作此后, 马来西亚斯里兰卡印度尼西亚扩种建立胶园奠定了东南亚地区天然橡胶业的基础 12

13 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1887 年, 新加坡植物园主任芮德勒 (H. N. Ridley) 发明了不伤橡胶树形成层组织的在原割口上重复切割的连续割胶法, 纠正了橡胶树原产地用斧头砍树取胶因而伤树不能持久产胶的旧方法, 使橡胶树能几十年连续割胶从此天然橡胶产业得以持续发展 13

14 橡胶的发展历史天然橡胶的发现和利用 1904 年, 云南省德宏傣族景颇族自治州的土司刀印生由日本返国, 途经新加坡时, 购买胶苗 8000 多株, 带回国种植于北纬 24 度 50 分海拔 960 米的云南省盈江县新城凤凰山东南坡, 从此开始了中国的橡胶种植历史后来因战乱管理不善,1910 年仅剩 5 株,1950 年只剩 2 株, 现尚存 1 株建国初期, 面对十分严峻的国际国内形势, 为满足国防和经济建设需要, 党中央做出了一定要建立自己的橡胶基地的战略决策现已形成了以海南云南和广东为主的现代天然橡胶生产基地, 跻身为世界植胶大国 14

15 橡胶的发展历史合成橡胶的发明和应用 1900, 确定了天然橡胶的结构单元为 : 异戊二烯合成橡胶成为可能在一战期间, 德国人采用了二甲基丁二烯聚合而成甲基橡胶, 前后共生产了约 2500 吨甲基橡胶耐压性能不好, 战后就停产了第一种工业化生产的合成橡胶 1930 年, 德国和前苏联用丁二烯作为单体, 金属钠作为催化剂, 合成了一种叫做丁钠橡胶丁钠橡胶工业化, 之后相继出现了氯丁橡胶 ( 聚氯丁二烯 ) 丁腈橡胶( 丁二烯 - 丙烯腈无规共聚物 ) 丁苯橡胶( 丁二烯 - 苯乙烯无规共聚物 ) 15

16 橡胶的发展历史合成橡胶的发明和应用 19 世纪 50 年代,Zeigler-Natta 催化剂的发现, 导致合成橡胶的新飞跃, 出现了顺丁橡胶 ( 高顺式丁二烯橡胶 ) 乙丙橡胶 ( 乙烯 - 丙烯无规共聚物 ) 异戊橡胶( 聚异戊二烯 ); 19 世纪年代, 出现了热塑性弹性体, 即第三代橡胶 ; 环氧化接枝共混动态硫化等技术的采用, 橡胶向着高性能化功能化特种化方向发展橡胶改性 16

17 橡胶的分类丁苯橡胶 (SBR) 按来源和用途分天然橡胶 (NR) 合成橡胶 (SR) 通用合成橡胶顺丁橡胶 (BR) 异戊橡胶 (IR) 氯丁橡胶 (CR) 乙丙橡胶 (EPDM) 丁腈橡胶 (NBR) 硅橡胶 (Q) 特种合成橡胶氟橡胶 (FPM) 按形态分 : 固体橡胶液体橡胶粉末橡胶聚氨酯橡胶 (PU) 17

18 天然橡胶的制备与应用 18

19 天然橡胶的制备与应用收集与后处理 (1) 标准胶的生产 19

20 天然橡胶的制备与应用收集与后处理 (2) 烟片胶的生产 20

21 天然橡胶的制备与应用银菊橡胶银胶菊 (Parthenium argenta-turn) 是原产于中美洲的野生灌木, 后经人工栽培, 种 2~4 年后即可收其茎和根, 经机械粉碎化学溶剂抽提, 得到的橡胶称银菊橡胶其分子结构与巴西橡胶相似, 也即分子结构为顺式 1,4- 聚异戊二烯, 属软质天然橡胶银胶菊 (Guayule, Why-You-Lee, 刮娱乐 ) 在北美的分布示意图 21

22 天然橡胶的制备与应用银菊橡胶银胶菊胶 (Guayule) 用途 22

23 天然橡胶的制备与应用其他橡胶植物 Gutta-percha (China) 古塔波胶, 杜仲胶 ( 反式聚异戊二烯 ) 23

24 合成橡胶的制备与应用 24

25 合成橡胶的制备与应用丁苯橡胶丁苯橡胶 (styrene butadiene rubber, SBR) CH 2 CH CH CH 2 x CH 2 CH y CH 2 CH z CH CH 丁二烯和苯乙烯的共聚物, 是最早工业化的合成橡胶 ; 2005 年,SBR 约占合成橡胶总产量的 37.4%, 是产量和消耗量最大的合成橡胶胶种 25

26 合成橡胶的制备与应用丁苯橡胶丁苯橡胶的性能与应用不饱和度比 NR 低, 双键的反应活性也略低于 NR SBR 的耐热性耐老化性耐磨性均优于 NR; 抗湿滑性能好, 对路面的抓着力大, 且具有一定的耐磨性, 是轮胎胎面胶的好材料主要应用于轮胎工业, 也适合于胶管胶带胶鞋以及其他橡胶制品 26

27 合成橡胶的制备与应用聚丁二烯橡胶聚丁二烯橡胶 (butadiene rubber, BR) CH 2 CH CH CH 2 x 2005 年产量占到合成橡胶产量的 23% 27

28 合成橡胶的制备与应用聚丁二烯橡胶优异的弹性和耐低温性能 : 顺丁橡胶是通用橡胶中弹性和耐寒性最好的 ; 优异的耐磨性能 : 与路面的摩擦系数小, 耐磨性能优于 NR 和 SBR, 特别适于轮胎鞋底鞋后跟的制备 ; 抗湿滑性能差, 在车速高路面平滑湿路面上使用时, 轮胎易打滑顺丁橡胶一般很少单独使用, 都是与其他橡胶并用 28

29 合成橡胶的制备与应用丁基橡胶丁基橡胶 (isobutylene and isoprene rubber, IIR) 异丁烯和少量异戊二烯 (0.5~3%) 的共聚物 ; 1943 年, 实现通用丁基橡胶的工业化 ( 阳离子聚合 ); 年先后实现氯化 IIR 和溴化 IIR 的工业化 29

30 合成橡胶的制备与应用丁基橡胶丁基橡胶与天然橡胶的气透系数对比气体丁基橡胶天然橡胶 N 2 O 2 H 2 CO 2 水蒸汽 (H 2 O)

31 合成橡胶的制备与应用丁基橡胶医药包装用丁基橡胶瓶塞在生物安全性气密性和吸水性等方面均优于天然橡胶 31

32 合成橡胶的制备与应用乙丙橡胶乙丙橡胶以乙烯丙烯为原料, 采用钒或钛的氯化物与烷基铝催化剂共聚而成 ; CH 3 CH 2 CH 2 x CH CH 2 y CH 3 CH 2 CH 2 x CH CH 2 y B 32

33 合成橡胶的制备与应用乙丙橡胶优异耐热性耐老化性,120 可长期使用 ; 耐化学腐蚀性能好, 对各种极性药品酸碱均有较强的抗耐性 ; 应用 : 主要是车窗密封条散热器软管等 33

34 合成橡胶的制备与应用氯丁橡胶氯丁橡胶 (chloroprene rubber,cr) Cl CH 2 C CH CH 2 x 以 2- 氯 -1,3- 丁二烯为原料, 采用自由基乳液聚合而成 ; 硫化和氧化反应活性均比 NR SBR 丁腈和顺丁橡胶低, 耐老化性能比一般不饱和橡胶好得多 34

35 合成橡胶的制备与应用氯丁橡胶所有合成橡胶中密度最大的 (1.23~1.25); 优异耐燃性能和粘结性能 ; 耐氧化性能仅次于乙丙和丁基橡胶, 耐油性仅次于丁腈橡胶 ; 应用领域 : 阻燃制品耐油制品粘合剂等 35

36 合成橡胶的制备与应用丁腈橡胶丁腈橡胶 (nitrile butadiene rubber, NBR) CH 2 CH CH CH 2 x CH 2 CH y CH 2 CH z CH CN 目前用量最大的特种合成橡胶 ; CH 以丁二烯和丙烯腈为原料, 采用自由基乳液聚合而成 ; 丙烯腈的含量是影响丁腈橡胶的重要指标, 其含量一般在 15~50% 范围内 : 丙烯腈含量提高, 大分子极性增加, 耐油耐热提高, 但弹性降低, 耐寒性能下降用途 : 耐油制品, 耐油胶管胶辊密封圈贮槽衬里等 36

37 合成橡胶的制备与应用硅橡胶在众多的合成橡胶中, 硅橡胶是在其中的佼佼者它具有无味无毒, 不怕高温和抵御严寒的特点, 在 300 和 -90 时泰然自若面不改色, 仍不失原有的强度和弹性硅橡胶还有良好的电绝缘性耐氧抗老化性耐光抗老化性以及防霉性化学稳定性等高压锅圈鼻饲管 37

38 合成橡胶的制备与应用氟橡胶氟橡胶 (1) 氟橡胶的制备和品种主链或侧链上含有氟原子的一类高分子弹性体 38

39 (2) 氟橡胶的结构性能与应用 CH 2 CF 2 x CF 2 CF y CF 3 优异的热稳定性, 耐化学品性和耐腐蚀性是所有橡胶中最好的 ; 优异的耐油以及耐芳烃类溶剂 ; 弹性较小, 低温性能较差 (26 型 :-20~210), 不易加工 ; 对低分子脂类醚类酮类胺类等亲核性化学品的抗耐性较差主要用途 : 航空航天导弹火箭等领域的密封制品 39

40 常见橡胶制品介绍 40

41 提问时间? 41

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<4D F736F F D20B5DBD4B4D0C2B2C4B2FAC6B7CBB5C3F7CAE9A3A8554CB1EAD7BCA3A9> P/N: 品名 DY-U-001:UL80 105 PVC 电线绝缘料 ( 通用型 ) 适用于标准额定耐温等级 80 105 的 PVC 电线绝缘材料 ( 绝缘厚度大于 0.76MM, 导体截面积小于 20AWG 规格的电子线请选择 DY-U-008 专用型 ) 产品符合欧盟 ROHS 2.0 REACH 等环保要求 Volume resistivoty 体积电阻率 Ω.m 1.0 10 11