橡膠

橡膠

橡膠(rubber)是提取橡膠樹、橡膠草等植物的膠乳,加工後製成的具有彈性、絕緣性、不透水和空氣的材料。它是高彈性的高分子化合物。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後加工製成;合成橡膠則由各種單體經聚合反應而得。橡膠製品廣泛套用於工業或生活各方面。

簡介

(圖)橡膠製品橡膠製品

橡膠又名彈性體。橡膠一詞,來源於印第安語cau-uchu,意為“流淚的樹”。製作橡膠的主要原料是天然橡膠,天然橡膠就是由三葉橡膠樹割膠時流出的膠乳經凝固及乾燥而製得的。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,此詞沿用至今。

理化性質

(圖)橡膠樹橡膠樹

橡膠(Rubber):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,除去外力後能恢復原狀。橡膠屬於完全無定型聚合物,它的玻璃化轉變溫度(T g)低, 分子量往往很大,大於幾十萬。橡膠為高彈性聚合物,其分子結構為鏈狀,分子鏈具有較高的柔性。橡膠的分子鏈可以交聯(硫化),交聯後的材料,受外力作用發生形變時,具有迅速復原的能力,並具有良好的物理機械性能及化學穩定性。橡膠只有經過交聯才能成為有使用價值的高彈性材料,俗稱橡皮。橡膠是橡膠工業的基礎原料,廣泛用於製造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠製品。它與金屬、化學纖維、塑膠等同為重要的材料。

性能

橡膠具有以下性能:①突出的高彈性,表現為有很高的伸長率。純天然膠可拉伸到原長的800%而不斷;較小的彈性模量,在延伸100%時所產生的應力僅為數百牛頓每平方厘米;在拉斷後保持較小的永久變形,即在反覆受力後不能復原的積累量也極微。②良好的耐磨性、高的摩擦係數和耐酸鹼腐蝕性,有些品種如丁腈膠、氟橡膠等還耐油。此外,橡膠還具有電絕緣、消振和氣密等特性。缺點是導熱差、不耐熱及不易機械加工等。

分類

(圖)橡膠製品橡膠製品
橡膠按原料分天然橡膠和合成橡膠兩類。按性能又可分為通用型及特種型。通用橡膠系指綜合性能較好、套用面廣的品種,包括天然橡膠、異戊橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等。特種橡膠系指具有某些特殊性能的橡膠,包括氯丁橡膠、丁腈橡膠、矽橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠、聚硫橡膠、氯醇橡膠、丙烯酸酯橡膠等。按橡膠的形態,除通常的塊狀生膠外,還有膠乳、液體橡膠和粉末橡膠。膠乳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;粉末橡膠系將膠乳加工成粉末狀,以利配料和加工。另外,20世紀60年代開發的熱塑性橡膠,是一類具有熱塑性的彈性體,它是不需經化學硫化,採用熱塑性塑膠的加工方法成型為製品的合成橡膠。

來源及套用

(圖)橡膠製品橡膠製品
製作橡膠的主要原料是天然橡膠,天然橡膠主要來源於三葉橡膠樹,當這種橡膠樹的表皮被割開時,就會流出乳白色的汁液,稱為膠乳,膠乳經凝聚、洗滌、成型、乾燥即得天然橡膠。合成橡膠是由人工合成方法而製得的,採用不同的原料(單體)可以合成出不同種類的橡膠。
通用橡膠
通用橡膠是指部分或全部代替天然橡膠使用的膠種,如丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠等,主要用於製造輪胎和一般工業橡膠製品。通用橡膠的需求量大,是合成橡膠的主要品種。
丁苯橡膠
丁苯橡膠是由丁二烯和苯乙烯共聚製得的,是產量最大的通用合成橡膠,有乳聚丁苯橡膠 、溶聚丁苯橡膠和熱塑性橡膠(SBS)。
順丁橡膠
是丁二烯經溶液聚合製得的,順丁橡膠具有特別優異的耐寒性、耐磨性和彈性,還具有較好的耐老化性能。順丁橡膠絕大部分用於生產輪胎,少部分用於製造耐寒製品、緩衝材料以及膠帶、膠鞋等。順丁橡膠的缺點是抗撕裂性能交差,抗濕滑性能不好。
異戊橡膠
異戊橡膠是聚異戊二烯橡膠的簡稱,採用溶液聚合法生產。異戊橡膠與天然橡膠一樣,具有良好的彈性和耐磨性,優良的耐熱性和較好的化學穩定性。異戊橡膠生膠(未加工前)強度顯著低於天然橡膠,但質量均一性、加工性能等優於天然橡膠。異戊橡膠可以代替天然橡膠製造載重輪胎和越野輪胎還可以用於生產各種橡膠製品。
乙丙橡膠
乙丙橡膠以乙烯丙烯為主要原料合成,耐老化、電絕緣性能和耐臭氧性能突出。乙丙橡膠可大量充油和填充碳黑,製品價格較低,乙丙橡膠化學穩定性好,耐磨性、彈性、耐油性和丁苯橡膠接近。乙丙橡膠的用途十分廣泛,可以作為輪胎胎側、膠條和內胎以及汽車的零部件,還可以作電線、電纜包皮及高壓、超高壓絕緣材料。還可製造膠鞋、衛生用品等淺色製品。
氯丁橡膠
它是以氯丁二烯為主要原料,通過均聚或少量其它單體共聚而成的。如抗張強度高,耐熱、耐光、耐老化性能優良,耐油性能均優於天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠。具有較強的耐燃性和優異的抗延燃性,其化學穩定性較高,耐水性良好。氯丁橡膠的缺點是電絕緣性能,耐寒性能較差,生膠在貯存時不穩定。氯丁橡膠用途廣泛,如用來製作運輸皮帶和傳動帶,電線、電纜的包皮材料,製造耐油膠管、墊圈以及耐化學腐蝕的設備襯裡。

結構類型

(圖)橡膠製品橡膠製品
線型結構:未硫化橡膠的普遍結構。由於分子量很大,無外力作用下,呈細團狀。當外力作用,撤除外力,細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,各種配合劑往往進步了凝膠區,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線起來,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。

老化因素

A)氧:氧在橡膠中同橡膠分子發生游離基鏈鎖反應,分子鏈發生斷裂或過度交聯,引起橡膠性能的改變。氧化作用是橡膠老化的重要原因之一。
B)臭氧:臭氧的化學活性比氧高得多,破壞性更大,它同樣是使分子鏈發生斷裂,但臭氧對橡膠的作用情況隨橡膠變形與否而不同。當作用於變形的橡膠(主要是不飽和橡膠)時,出現與應力作用方向直的裂紋,即所謂“臭氧龜裂”;作用於變形的橡膠時,僅表面生成氧化膜而不龜裂。
C)熱:提高溫度可引起橡膠的熱裂解或熱交聯。但熱的基本作用還是活化作用。提高氧擴散速度和活化氧化反應,從而加速橡膠氧化 反應速度,這是普遍存在的一種老化現象--熱氧老化。
D)光:光波越短、能量越大。對橡膠起破壞作用的是能量較高的紫外線。紫外線除了能直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯外,橡膠因吸收光能而產生游離基,引發並加速氧化鏈反應過程。經外線光起著加熱的作用。光作用其所長另一特點(與熱作用不同)是它主要在橡表面進生。含膠率高的試樣,兩面會出現網狀裂紋,即所謂“光外層裂”。
E)機械應力:在機械應力反覆作用下,會使橡膠分子鏈斷裂生成游離荃,引發氧化鏈反應,形成力化學過程。機械斷裂分子鏈和機械活化氧化過程。哪能個占優勢,視其所處的條件而定。此外,在應力作用下容易引起臭氧龜裂。
F)水分:水分的作用有兩個方面:橡膠在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時,容易破壞,這是由於橡膠中的水溶性物質和親水基團等成分被水抽提溶解,水解或吸收等原因引起的。特別是在水浸泡和大氣曝露的交替作用下,會加速橡膠的破壞。但在某種情況下水分對橡膠則不起破壞作用,甚至有延緩老化的作用。
G)油類:在使用過程如果和油類介質長期接觸,油類能滲透到橡膠內部使其產生溶脹,致使橡膠的強度和其他力學性能降低。油類能使橡膠發生溶脹,是因為油類滲入橡膠後,產生了分子相互擴散,使硫化膠的網狀結構發生變化。
H)其它:對橡膠的作用因素還有化學介質、變價金屬離子、高能輻射、電和生物等。

專業用途

(圖)輪胎輪胎
通用型橡膠的綜合性能較好,套用廣泛。主要有:①天然橡膠。從三葉橡膠樹的乳膠製得,基本化學成分為順-聚異戊二烯。彈性好,強度高,綜合性能好。②異戊橡膠。全名為順-1,4-聚異戊二烯橡膠,由異戊二烯製得的高順式合成橡膠,因其結構和性能與天然橡膠近似,故又稱合成天然橡膠。③丁苯橡膠。簡稱SBR,由丁二烯和苯乙烯共聚製得。按生產方法分為乳液聚合丁苯橡膠和溶液聚合丁苯橡膠。其綜合性能和化學穩定性好。④順丁橡膠。全名為順式-1,4-聚丁二烯橡膠,簡稱BR,由丁二烯聚合製得。與其他通用型橡膠比,硫化後的順丁橡膠的耐寒性、耐磨性和彈性特別優異,動負荷下發熱少,耐老化性能好,易與天然橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠等並用。
特種型橡膠指具有某些特殊性能的橡膠。主要有:①氯丁橡膠。簡稱CR,由氯丁二烯聚合製得。具有良好的綜合性能,耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。但其密度較大,常溫下易結晶變硬,貯存性不好,耐寒性差。②丁腈橡膠。簡稱NBR,由丁二烯和丙烯腈共聚製得。耐油、耐老化性能好 ,可在120℃的空氣中或在150℃的油中長期使用。此外,還具有耐水性、氣密性及優良的粘結性能。③矽橡膠。主鏈由矽氧原子交替組成,在矽原子上帶有有機基團。耐高低溫 ,耐臭氧,電絕緣性好。④氟橡膠。分子結構中含有氟原子的合成橡膠。通常以共聚物中含氟單元的氟原子數目來表示 ,如氟橡膠23,是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。氟橡膠耐高溫、耐油、耐化學腐蝕。⑤聚硫橡膠。由二鹵代烷與鹼金屬或鹼土金屬的多硫化物縮聚而成。有優異的耐油和耐溶劑性,但強度不高,耐老化性、加工性不好,有臭味,多與丁腈橡膠並用。此外,還有聚氨酯橡膠、氯醇橡膠、丙烯酸酯橡膠等。

加工過程

(圖)橡膠製品橡膠製品
本過程包括塑煉、混煉、壓延或擠出、成型和硫化等基本工序,每個工序針對製品有不同的要求,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;然後通過混煉將炭黑及各種橡膠助劑與橡膠均勻混合成膠料;膠料經過壓出製成一定形狀坯料;再使其與經過壓延掛膠或塗膠的紡織材料(或與金屬材料)組合在一起成型為半成品;最後經過硫化又將具有塑性的半成品製成高彈性的最終產品。

規格劃分

(圖)橡膠製品橡膠製品
天然橡膠可分為標準膠(又稱顆粒膠)、煙膠片、濃縮膠、白縐膠片、淺色膠片、膠清橡膠和風乾膠片等,最常用的是標準膠和煙膠片。標準膠分為一級(SCR5)、二級(SCR10)、三級(SCR20)、四級(SCR50)四個等級,煙膠分成1~5號煙膠片(RSS1~RSS5)五個等級。
標準膠:標準橡膠主要分為5號膠,10號膠和20號膠。5號膠為一級膠,是最好的膠,其所含雜質為0.05%;10號膠為二級膠,其所含雜質為 0.10 %;20號膠為三級膠,其所含雜質為0.20 %.不同型號的膠用途也不一樣:5號膠一般用於製作輪胎內胎;10號膠和20號膠一般用於製作輪胎外胎。
煙膠片:即用燃燒椰子殼所發生的煙和熱對壓去水分的天然膠片進行燻烤後所得的膠片。煙燻的目的是為了使膠片乾燥並注入防氧化及防腐的甲酚物質。煙膠片屬於初級形狀的天然橡膠。
濃縮膠:可作粘結材料。
縐膠片
特一級薄白縐膠片
所交貨物必須是色澤極白而且均勻、乾燥、堅實的橡膠。
不允許有任何原因所引起的變色、酸臭味、灰塵、屑點、砂礫或其他外來物質、油污或其他污跡、氧化或過熱的跡象。
一級薄白縐膠片
所交貨物必須是色澤白、乾燥、堅實的橡膠。允許有極輕微的色澤深淺的差異。
不允許有任何原因所引起的變色、酸臭味、灰塵、屑點、砂礫或其他外來物質、油污或其他污跡、氧化或過熱的跡象。
特一級薄淺色縐膠片
所交貨物必須是色澤很淺而且均勻、乾燥、堅實的橡膠。
不允許有任何原因所引起的變色、酸臭味、灰塵、屑點、砂礫或其他外來物質、油污或其他污跡、氧化或過熱的跡象。
一級薄淺色縐膠片
所交貨物必須是色澤淺、乾燥、堅實的橡膠。允許有極輕微的色澤深淺的差異。
不允許有任何原因所引起的變色、酸臭味、灰塵、屑點、砂礫或其他外來物質、油污或其他污跡、氧化或過熱的跡象。
二級薄淺色縐膠片
所交貨物必須是乾燥、堅實的橡膠。色澤略深於一級薄淺色縐膠片。允許有輕微的色澤深淺的差異。允許有樣本所示程度的帶有斑跡和條痕的橡膠。但在被檢驗的膠包中,這種膠包的個數不得超過檢驗膠包數的10%。除上述可允許者外,不允許有任何原因所引起的變色、灰塵、屑點、砂礫或其他外來物質、油污或其他污跡、氧化或過熱的跡象。
三級薄淺色縐膠片
所交貨物必須是色澤淡黃、乾燥、堅實的橡膠。允許有色澤深淺的差異。
允許有樣本所示程度的帶有斑跡和條痕的橡膠。但在被檢驗的膠包中,這種膠包的個數不得超過檢驗膠包數的20%。

各種材質特點

(圖)橡膠廠橡膠廠
天然橡膠 NR
(Natural Rubber)由橡膠樹採集膠乳製成,是異戊二烯的聚合物。具有很好的耐磨性、很高的彈性、扯斷強度及伸長率.在空氣中易老化,遇熱變粘,在礦物油或汽油中易膨脹和溶解,耐鹼但不耐強酸。優點:彈性好,耐酸鹼。缺點:不耐候,不耐油(可耐植物油) 是製作膠帶、膠管、膠鞋的原料,並適用於製作減震零件、在汽車剎車油、乙醇等帶氫氧根的液體中使用的製品。
丁苯膠 SBR
(Styrene Butadiene Copolyme)丁二烯與苯乙烯之共聚合物,與天然膠比較,品質均勻,異物少,具有更好耐磨性及耐老化性,但機械強度則較弱,可與天然膠摻合使用。優點:低成本的非抗油性材質,良好的抗水性,硬度70 以下具良好彈力,高硬度時具較差的壓縮性,缺點:不建議使用強酸、臭氧、油類、油酯和脂肪及大部份的碳氫化合物之中。廣泛用於輪胎業、鞋業、布業及輸送帶行業等。
丁基橡膠 IIR
(Butyl Rubber)為異丁烯與少量異戊二烯聚合而成,因甲基的立體障礙分子的運動比其他聚合物少,故氣體透過性較少,對熱、日光、臭氧之抵抗性大,電器絕緣性佳;對極性容劑抵抗大,一般使用溫度範圍為-54-110 ℃. 優點:對大部份一般氣體具不滲透性,對陽光及臭氣具良好的抵抗性可暴露於動物或植物油或是可氣化的化學物中。缺點:不建議與石油溶劑,膠煤油和芳氫同時使用 用於汽車輪胎的內胎、皮包、橡膠膏紙、窗框橡膠、蒸汽軟管、耐熱輸送帶等
氫化丁晴膠 HNBR
(Hydrogenate Nitrile)氫化丁晴膠為丁晴膠中經由氫化後去除部份雙鏈,經氫化後其耐溫性、耐候性比一般丁晴橡膠提高很多,耐油性與一般丁晴膠相近。一般使用溫度範圍為-25至150℃。優點:較丁晴膠擁有較佳的抗磨性,具極佳的抗蝕、抗張、抗撕和壓縮性的特性。在臭氧等大氣狀況下具良好的抵抗性,一般適用於洗衣或洗碗的清洗劑中。缺點:不建議使用於醇類,酯類或是芳香族的溶液之中 空調製冷業,廣泛用於環保冷媒R134a系統中的密封件。
汽車發動機系統密封件。
乙丙膠EPDM
(Ethylene propylene Rubber)由乙烯及丙烯共聚合而成,因此耐熱性、耐老化性、耐臭氧性、安定性均非常優秀,但無法硫磺加硫。為解決此問題,在EP主鏈上導入少量有雙鏈之第三成份而可加硫即成EPDM,一般使用溫度為-50至150℃。對極性溶劑如醇、酮等抵抗性極佳,優點:具良好抗候性及抗臭氧性, 具極佳的抗水性及抗化字物 ,可使用醇類及酮類, 耐高溫蒸氣,對氣體具良好的不滲透性。缺點:不建議用於食品用途或是暴露於芳香氫之中。 高溫水蒸汽環境之密封件衛浴設備密封件或零件。制動(剎車)系統中的橡膠零件。散熱器(汽車水箱)中的密封件。
丁晴膠 NBR
(Nitrile Rubber)由丙烯睛與丁二烯共聚合而成,丙烯睛含量由18%至50%,丙烯睛含量越高,對石化油品碳氫燃料油之抵抗性愈好,但低溫性能則變差,一般使用溫度範圍為-25至100℃。丁晴膠為目前油封及O型圈最常用之橡膠之一 優點:具良好的抗油,抗水,抗溶劑及抗高壓油的特性,具良好的壓縮性,抗磨及伸長力。缺點:不適合用於極性溶劑之中,例如酮類、臭氧、硝基烴,用於製作燃油箱、潤滑油箱以及在石油系液壓油、汽油、水、矽油、二酯系潤滑油等流體介質中使用的橡膠零件,特別是密封零件。可說是目前用途最廣、成本最低的橡膠密封件。
氯丁膠CR
(Neoprene Polychloroprene)由氯丁烯單體聚合而成。硫化後的橡膠彈性耐磨性好,不怕陽光的直接照射,有特別好的耐候性能,不怕激烈的扭曲,不怕製冷劑,耐稀酸、耐矽酯系潤滑油,但不耐磷酸酯系液壓油。在低溫時易結晶、硬化,貯存穩定性差,在苯胺點低的礦物油中膨脹量大。一般使用溫度範圍為-50至150℃。優點:彈性良好及具良好的壓縮變形,配方內不含硫磺因此非常容易來製作。具抗動物及植物油的特性,不會因中性化學物,脂肪、油脂、多種油品,溶劑而影響物性,具防燃特性。缺點:不建議使用強酸、硝基烴、酯類、氯仿及酮類的化學物之中 耐R12製冷劑的密封件,家電用品上的橡膠零件或密封件。適合用來製作各種直接接觸大氣、陽光、臭氧的零件。適用於各種耐燃、耐化學腐蝕的橡膠品。

粘接修復

橡膠的極性越大,膠接效果越好。其中丁腈氯丁橡膠極性大,膠接強度大;天然橡膠、矽橡膠和異丁橡膠極性小,粘接力較弱。另外橡膠表面往往有脫模劑或其它游離出的助劑,妨礙膠接效果。
用膠粘劑膠接橡膠,具體方法分為熱粘法和冷粘法。
熱粘法是用塑煉未硫化的生膠與被粘橡膠製品一起硫化後實現膠粘,其方法複雜,需要加熱加壓設備,使用不便。
冷粘法就是將配好的膠粘劑,塗於被粘製品的表面,晾置疊合後,放在室溫下固化。當然,適當的加熱有利於縮短固化時間,提高膠接強度。冷粘法簡單易行,且節省能源,是值得推廣的好方法。
不同種類的橡膠製品,所用的膠粘劑也不同,要注意選擇,不可隨意使用。
天然橡膠是橡膠樹上流出的膠液,經加工而成的彈性固狀物,是不飽和的天然高分子化合物。天然橡膠用甲醇、甲苯、異丙醇等脫脂,用木銼、砂布打毛。對於高強度的膠接需進行化學處理,即用濃硫酸浸泡被粘面2~10min。在膠接前,再彎曲摺疊幾次,使表面出現很多微小裂紋,有利於膠接。所用膠粘劑:BD801橡膠粘接劑,BD817彈性粘接劑,BD818高強度彈性粘接劑等。
以金屬氧化物硫化的氯丁橡膠製造的耐老化製品,如電纜包層、鐵軌枕墊、運輸帶;耐熱製品,如膠管;耐油製品,如橡膠墊、膠輥等。
氯丁橡膠製品用甲苯、甲醇、異丙醇等脫脂,用砂布、木銼、鋼絲刷打毛粗化,如需化學處理,可在室溫下浸在濃硫酸中處理3~30rain,水洗乾燥。所用膠粘劑:BD817彈性粘接劑,BD818高強度彈性粘接劑,BD819高溫型彈性粘接劑,BD801橡膠粘接劑,BD802高強度橡膠粘接劑,BD803高溫型橡膠粘接劑。
丁腈橡膠具有良好的綜合物理機械性能,可以製造耐油和耐熱的膠帶、膠管、膠板及其他製品。丁腈橡膠製品用甲醇脫脂,用木銼、砂布或鋼絲刷等打毛粗化,可化學處理。
泡沫橡膠俗稱海綿,具有保溫、防振、隔聲、絕緣等功能,用於製作門窗密封條、防振襯墊等。在膠接時,不必作特殊的處理,只要清除灰塵和污物就足夠了。所用膠粘劑:BD817柔性粘接劑,BD818高強度柔性粘接劑。


注意事項

橡膠老化

橡膠及其製品在加工,貯存和使用過程中,由於受內外因素的綜合作用而引起橡膠物理化學性質和機械性能的逐步變壞,最後喪失使用價值,這種變化叫做橡膠老化。表面上表現為龜裂、發粘、硬化、軟化、粉化、變色、長霉等。

老化因素

橡膠產品A)氧:氧在橡膠中同橡膠分子發生游離基鏈鎖反應,分子鏈發生斷裂或過度交聯,引起橡膠性能的改變。氧化作用是橡膠老化的重要原因之一。
B)臭氧:臭氧的化學活性比氧高得多,破壞性更大,它同樣是使分子鏈發生斷裂,但臭氧對橡膠的作用情況隨橡膠變形與否而不同。當作用於變形的橡膠(主要是不飽和橡膠)時,出現與應力作用方向直的裂紋,即所謂“臭氧龜裂”;作用於變形的橡膠時,僅表面生成氧化膜而不龜裂。
C)熱:提高溫度可引起橡膠的熱裂解或熱交聯。但熱的基本作用還是活化作用。提高氧擴散速度和活化氧化反應,從而加速橡膠氧化反應速度,這是普遍存在的一種老化現象--熱氧老化。
D)光:光波越短、能量越大。對橡膠起破壞作用的是能量較高的紫外線。紫外線除了能直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯外,橡膠因吸收光能而產生游離基,引發並加速氧化鏈反應過程。經外線光起著加熱的作用。光作用其所長另一特點(與熱作用不同)是它主要在橡表面進生。含膠率高的試樣,兩面會出現網狀裂紋,即所謂“光外層裂”。
E)機械應力:在機械應力反覆作用下,會使橡膠分子鏈斷裂生成游離荃,引發氧化鏈反應,形成力化學過程。機械斷裂分子鏈和機械活化氧化過程。哪能個占優勢,視其所處的條件而定。此外,在應力作用下容易引起臭氧龜裂。
F)水分:水分的作用有兩個方面:橡膠在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時,容易破壞,這是由於橡膠中的水溶性物質和親水基團等成分被水抽提溶解,水解或吸收等原因引起的。特別是在水浸泡和大氣曝露的交替作用下,會加速橡膠的破壞。但在某種情況下水分對橡膠則不起破壞作用,甚至有延緩老化的作用。
G)油類:在使用過程如果和油類介質長期接觸,油類能滲透到橡膠內部使其產生溶脹,致使橡膠的強度和其他力學性能降低。油類能使橡膠發生溶脹,是因為油類滲入橡膠後,產生了分子相互擴散,使硫化膠的網狀結構發生變化。
H)其它:對橡膠的作用因素還有化學介質、變價金屬離子、高能輻射、電和生物等。
粘接修復
橡膠的極性越大,膠接效果越好。其中丁腈氯丁橡膠極性大,膠接強度大;天然橡膠、矽橡膠和異丁橡膠極性小,粘接力較弱。另外橡膠表面往往有脫模劑或其它游離出的助劑,妨礙膠接效果。
用膠粘劑膠接橡膠,具體方法分為熱粘法和冷粘法。
熱粘法是用塑煉未硫化的生膠與被粘橡膠製品一起硫化後實現膠粘,其方法複雜,需要加熱加壓設備,使用不便。
冷粘法就是將配好的膠粘劑,塗於被粘製品的表面,晾置疊合後,放在室溫下固化。當然,適當的加熱有利於縮短固化時間,提高膠接強度。冷粘法簡單易行,且節省能源,是值得推廣的好方法。
不同種類的橡膠製品,所用的膠粘劑也不同,要注意選擇,不可隨意使用。
天然橡膠是橡膠樹上流出的膠液,經加工而成的彈性固狀物,是不飽和的天然高分子化合物。天然橡膠用甲醇、甲苯、異丙醇等脫脂,用木銼、砂布打毛。對於高強度的膠接需進行化學處理,即用濃硫酸浸泡被粘面2~10min。在膠接前,再彎曲摺疊幾次,使表面出現很多微小裂紋,有利於膠接。所用膠粘劑:BD801橡膠粘接劑,BD817彈性粘接劑,BD818高強度彈性粘接劑等。
以金屬氧化物硫化的氯丁橡膠製造的耐老化製品,如電纜包層、鐵軌枕墊、運輸帶;耐熱製品,如膠管;耐油製品,如橡膠墊、膠輥等。
氯丁橡膠製品用甲苯、甲醇、異丙醇等脫脂,用砂布、木銼、鋼絲刷打毛粗化,如需化學處理,可在室溫下浸在濃硫酸中處理3~30rain,水洗乾燥。所用膠粘劑:BD817彈性粘接劑,BD818高強度彈性粘接劑,BD819高溫型彈性粘接劑,BD801橡膠粘接劑,BD802高強度橡膠粘接劑,BD803高溫型橡膠粘接劑。
丁腈橡膠具有良好的綜合物理機械性能,可以製造耐油和耐熱的膠帶、膠管、膠板及其他製品。丁腈橡膠製品用甲醇脫脂,用木銼、砂布或鋼絲刷等打毛粗化,可化學處理。
泡沫橡膠俗稱海綿,具有保溫、防振、隔聲、絕緣等功能,用於製作門窗密封條、防振襯墊等。在膠接時,不必作特殊的處理,只要清除灰塵和污物就足夠了。所用膠粘劑:BD817柔性粘接劑,BD818橡膠產品高強度柔性粘接劑。
在日常生活和工業生產中經常遇到橡膠與其他材料相互膠接的情況。
1)橡膠與金屬的膠接
橡膠與金屬的膠接,是金屬與橡膠連線的最有效的方法。金屬對橡膠能起到補強、骨架的作用;橡膠則使金屬具有耐磨、減振、抗衝擊、防腐、絕緣、密封等功能,其結果是剛柔結合,強韌兼備。
天然橡膠與金屬進行冷膠接,要先脫脂,打毛、再脫脂、甚至還要進行化學處理。
丁腈橡膠與金屬膠接,要先脫脂;而金屬用砂布打磨;橡膠用砂輪打毛。
2)橡膠與玻璃的膠接
橡膠要先用甲醇、異丙醇脫脂,用木銼、砂輪打毛,玻璃用丙酮擦拭後,塗上質量分數為1%的KJ一550乙醇溶液,晾乾。

中國橡膠行業

(圖)橡膠廠橡膠廠
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,而且向採掘、交通、建築、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,後向產業十分廣闊。
近幾年來,橡膠行業得到不少發展,已有細分行業穩中有升,新生橡膠細分行業則飛速發展,但同時,橡膠行業也還存在環境、資源、災害、創新等問題。
2004年,全國天然橡膠種植總面積69.62萬公頃,開割面積45.19萬公頃,乾膠產量57.33萬噸。其中農墾橡膠種植面積41.1萬公頃,民營28.52萬公頃,分別占全國橡膠總面積的59.03%和40.97%。
2005年,海南遭遇50年罕見的乾旱和百年不遇的颱風災害,天然橡膠生產遭受重創。為挖掘國內天然橡膠種植、加工的發展潛力,增加自給,中國橡膠行業做出了不懈的努力,認真貫徹國家安全、節能、環保和清潔生產方針,並取得重大成果。尤其是橡膠助劑行業積極調整產品結構,綠色環保型助劑大幅增長,防老劑優良品種產量比例已達80%,促進劑達50%,有毒、有害、高致癌的NOBS生產量得到有效控制;廢橡膠綜合利用率達65%以上,再生膠及膠粉後加工利用領域擴大。
2006年,中國橡膠工業協會六屆三次理事會討論通過並發布《中國橡膠工業“十一五”科學發展規劃意見》及橡膠行業“十一五”實施名牌戰略規劃意見。這是首次由協會組織制訂的行業規劃。規劃表明,橡膠工業“十一五”期間要走自主創新之路,全行業要切實轉入科學發展的軌道,使中國成為世界橡膠工業的強國。
中國橡膠行業的發展前景廣闊。到2010年,中國天然橡膠總消耗量將達到230萬噸,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、新工藝套用擴大,生產技術有明顯進步。
橡膠行業的特徵決定了當一國的橡膠行業成熟後,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;但由於橡膠行業屬於基礎工業,它的周期變化要略提前於經濟周期的變化。另外,同樣由於橡膠行業處於國民經濟生產鏈的前端,其周期波動的波幅要小於產業鏈末端行業的波幅,也小於整個經濟的波幅。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。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,而且向採掘、交通、建築、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,後向產業十分廣闊。
出於對歐洲經濟蕭條及全球消費不足的長期擔憂,國際橡膠研究小組將今年全球橡膠需求增長預期由4%調整為3.8%。國際橡膠研究小組將2013年全球天膠及合成膠需求預期由之前的2,770萬噸下調至2,700萬噸。預計中國2013年橡膠需求在2012年890萬噸基礎上增長至950萬噸。該組織之前對中國2013年橡膠需求預期為910萬噸。

橡膠分子結構與彈性的關係 :分子量越大,對彈性沒有貢獻的游離末端數量越少,分子鏈內彼此纏結而導致的準交聯效應增加,因此分子量大有利於彈性的提高分子量分布,窄的高分子量級分多,對彈性有利,分子量分布寬的則對彈性不利;
在常溫下不易結晶的由柔性分子鏈組成的高聚物,分子鏈的柔性越大,彈性越好,因為分子鏈的柔順性越大,越容易改變分子鏈的構象,使分子鏈的構象形態數增大,橡膠產生結晶後,分子鏈排列緊密有序,使分子間作用力增大,因而增加了分子鏈運動的阻力,使彈性變差,反式結構中,分子鏈規整性好,結晶度高,因而在常溫下不顯示高彈性;
硫化體系與彈性的關係:隨交聯密度增加,硫化膠的彈性增大並出現最大值,隨後交聯密度繼續增大,彈性則呈下降趨勢,因為適度的交聯可減少分子鏈滑移而形成的不可逆形變,有利於彈性提高,交聯過度會造成分子鏈的活動受阻,而使彈性下降,由此可見,硫化劑和促進劑的用量要適宜,常溫下,由於多硫鍵鍵能較小,對分子鏈段的運動束縛力較小,因而回彈性較高,但在高溫下的壓縮永久變形卻和常溫下的回彈性恰恰相反:鍵能高的在高溫下的壓縮永久變形比多硫鍵小,原因是在高溫下多硫鍵容易被破壞,橡膠填充體系與彈性的關係:硫化膠的彈性完全是由橡膠大分子的構象變化所造成的,所以提高含膠率是提高彈性最直接、最有效的方法,

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