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gexin84007

木虫 (正式写手)

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[交流] 请问有没有做合成橡胶的同学？

我刚做合成橡胶不久，想请教有经验的同学/老师一下，合成橡胶领域哪些方面属于研究领域的热点？有没有比较经典的文献或者书籍可以较好地了解该领域的研究概况和最新进展情况。谢谢大家~

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1楼 2011-09-14 09:13:58

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nakura

木虫 (小有名气)

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★
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氯丁橡胶适用于海水、弱酸、弱碱、盐溶液，耐氧和臭氧老化性能优异，耐油性次于丁腈橡胶而优于其他通用橡胶，长期使用温度低于90℃，最高使用温度不超过130℃，低温为-30~-50℃。
从70年代起，国外出现了一种GORE-TEX聚四氟乙烯接口密封带，它是将聚四氟乙烯扩张成一种强韧、多孔的材料，及GORE-TEX膨体聚四氟乙烯。该材料保持了聚四氟乙烯原有的各种性能，截面为扁平状，比聚四氟乙烯塑料更为柔软，压缩性能好。在一些法兰表面质量不高或玻搪类设备上使用，比一般的密封材料更为合适。此外，该密封带以各种宽度的盘形包装供货，可根据设备的具体情况，现场截取所需长度。安装时，接口交叉安放并留出一定长度，便可压紧。据介绍，GORE-TEX接口密封带使用范围如下：压力至20MPa，温度-260~315℃。

§1.2
天然橡胶

天然橡胶是从天然植物中采集来的一种弹性材料，在自然界中含橡胶成分的植物不下两千种，如高大的乔木、灌木、草本植物和爬藤植物等，我们常见的橡胶树、橡胶草、蒲公英等都含有橡胶成分。

一．天然橡胶植物与采集

含天然橡胶的植物很多，但具有采集价值的不多，天然橡胶的主要来源有以下几种：

1．橡胶植物

（1）巴西橡胶树

（2）橡胶草

（3）银色橡胶菊

（4）杜仲树

2．天然橡胶的采集

胶乳存在于橡胶树皮的乳管中，每日清晨在离地50cm的树干上按一定的倾斜角度割破树皮断其乳管，乳白色的胶乳就会流到割口下盛胶乳的杯子中。割胶制度为当割线长为树粗的1/3~1/2时隔日割，而全周则须隔三天再割一次。总之应本着这样的原则：不致使树木受损害，又要保持高的胶乳产量。

二．天然橡胶的分类与分级

1．分类：

2．NR的分级

目前NR的分级有两种，一种是按照外观质量分级，如烟片胶、绉片胶。另一种是按照理化指标分级，如颗粒胶，后者比较科学，也是目前国际标准的橡胶分级方法。

1)按外观质量分级：

国产烟片胶标准：将烟片胶分为一级烟片、二级烟片、三级烟片、四级烟片和五级烟片五个等级，质量依此递减。

国产绉片胶标准：

按GB8090—87国产绉片胶分为六个等级，它们是特一级白绉片胶、一级白绉片胶、特一级浅色绉片胶、一级浅色绉片、二级浅色绉片、三级浅色绉片等。

2)根据理化指标分级：

这是标准胶的分级方法，是指按机械杂质、塑性保持率、塑性初值、氮含量、挥发分含量、灰分含量、颜色指数等理化性能指标进行分级的橡胶。一般用聚乙烯薄膜包装。其中：

塑性保持率又称抗氧指数（PRI），是指生胶在140℃×30min加热前后，华莱氏可塑度的比值。

PRI =P/P0×100%，PRI值越高，表明生胶抗热氧老化性能越好。

ISO2000将标准胶分为五个等级，并有鲜明的标识：SMR5L（绿带）、SMR5（绿带）、SMR10（褐带）、SMR20（红带）、SMR50（黄带），质量依此降低。

国产标准胶的规格按GB8081—87分为CSR5号、CSR10号、CSR20号、CSR50号共四个等级，分别与ISO2000中的SMR5、SMR10、SMR20、SMR50相对应。

三．天然橡胶的制造工艺及特点

原材料：从橡胶树上割下来的新鲜胶乳，还有杂胶，包括胶杯凝胶、自凝胶块、胶线、皮屑胶、泥、浮渣胶，此外还有烟片碎胶。

1．烟片胶

35%胶乳→过滤去杂质→加水稀释至15~20%→消泡澄清滤渣→加1%甲酸凝固（或乙酸）→除水→压3~3.5mm薄片→薰烟干燥（70℃，7~8天，防止霉变）→检查分级包装

2．绉片胶

①白色绉片

35%胶乳→过滤除杂质→加水稀释至18~20%→消泡→加NaHSO3漂白防腐→加酸凝固→轧炼水洗去水溶物→压成1~2mm片→热空气干燥（35℃，10天）→检查分级包装

②褐色绉片

胶线、胶团、胶泥→浸泡洗涤→压绉→热空气干燥→检查分级包装

3．颗粒橡胶

机械法：胶乳→过滤→稀释→澄清滤渣→加酸凝固→脱水→压片→压条→机械造粒→干燥→压紧包装

化学法：胶乳→加絮凝剂（Al2(SO4)3）→离心分离→干燥→压紧打包

四．NR的组成及橡胶烃的结构

1．天然橡胶的组成：

1）NR的组成：

2)非橡胶成分对橡胶性能的影响：

蛋白质：NR中的含氮化合物都属于蛋白质。（a）蛋白质有防止老化作用；（b）分解放出氨基酸促进橡胶硫化；（c）使橡胶容易吸收水分，易发霉；（d）蛋白质的吸水性使制品的绝缘性降低。

丙酮抽出物：指橡胶中能溶于丙酮的物质，主要是一些高级脂肪酸和固醇类物质。

高级脂肪酸：软化剂、硫化活化剂（促进硫化）

甾醇：防老剂

            磷脂：分解放出游离的胆碱，促进硫化

            少量的胡萝卜素：物理防老剂（紫外线屏蔽剂）

灰分：是一些无机盐类物质，主要成分是Ca、Mg、K、Na、Cu、Mn等。其中K、Na、Ca、Mg影响橡胶的电性能；Cu、Mn等变价金属含量多加速橡胶的老化（限度＜3ppm）。

水分：对橡胶的性能影响不大，若含量高，可能会使制品产生气泡。

3）橡胶烃的结构：

一次结构：结构单元：顺式含量＞97%

NR顺式（1，4）结构97%以上，3，4结构约2%，100%头尾连接。

杜仲胶为反式1，4结构，与NR相比，虽化学组成相同，但性能各异。

二次结构：分子量：3万~3000万；  分子量分布指数：2.8 ~10；平均分子量接近30万

随着分子量增大，支化程度增加，分布变宽。低分子量部分对加工有利，高分子量部分对性能有利。

三次结构（结晶性）：在室温下为无定形体，10℃以下开始结晶，无定形与结晶共存，—25℃结晶最快。拉伸条件下结晶、无定形与取向结构共存，属于自补强橡胶。

自补强性：在不加补强剂的条件下，橡胶能结晶或在拉伸过程中取向结晶，晶粒分布于无定形的橡胶中起物理交联点的作用，使本身的强度提高的性质。如拉伸650%时，结晶度可以达到35%。

五．天然橡胶的性质

１．物理性质：

１）物理常数

密度d20℃=0.913g/cm3；折光指数（折射率）20℃=1.52

2）NR的耐寒性好，耐热性不是很好：

NR的Tg= -73℃，在-50℃仍具有很好的弹性。

NR无一定熔点，加热后慢慢软化，生胶在130℃～140℃时开始软化，200℃开始分解（变色），270℃剧烈分解。其长期使用温度为90℃，短期最高使用温度为110℃。粘流温度Tf =130℃。

3）NR有良好的弹性：

NR的弹性和回弹性在通用橡胶中仅次于BR。

弹性（elasticity）：表示橡胶弹性变形能力的大小，受配方、硫化条件的影响，决定于交联密度。

橡胶的弹性一般用回弹性（resilience）表示，指橡胶受到冲击后，能够从变形状态迅速恢复原状的能力。受橡胶内耗的影响，内耗越大，回弹越小。

NR有良好回弹性的原因：①NR大分子本身有较高的柔性—σ键易旋转。

            ②NR分子链侧基少且体积小，对σ键的影响小。

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③NR为非极性物质，大分子间作用力小。

4）机械性能

机械强度高，属于自补强橡胶：

格林强度：未硫化橡胶的拉伸强度。

格林强度对于橡胶的成型加工是必要的。如轮胎胎面胶在成型时要受到较大的冲击，如果强度不够，容易拉断。

NR的格林强度：
1.4～2.5MPa

纯胶硫化胶拉伸强度：17～28MPa
撕裂强度：98kN/m

炭黑补强硫化胶拉伸出强度：25～35MPa

各种橡胶的机械强度比较：NR＞IR＞CR＞IIR＞NBR＞SBR＞BR

耐屈挠疲劳性好：一般在20万次以上。

5）耐磨性好：

耐磨性与橡胶的强度有关。由于橡胶的强度高，所以耐磨性好。

6）绝缘性好：

NR是一种绝缘性很好的材料，如电线接头外包的绝缘胶布就是纱布浸NR胶糊或压延而成的。

NR体积电阻为1014~1015Ω•cm（绝缘体体积电阻1010~1020Ω•cm）

7）气密性

气密性中下等。

8）自粘性和互粘性好。

9）耐化学介质性

NR具有良好的耐化学药品性及一般溶剂作用，耐稀酸酸、稀碱、不耐浓酸、油、耐水性差。

NR作为非极性聚合物，溶于苯、汽油、石油系油类，不溶于极性油类。

２．化学性质

１）链烯烃的一般特点：

NR的结构式：

NR的分子链中双键旁有三个α位置a、b、c，实验证明，这三个位置上的α—H的解离能不同，活性也不同，与伯氢c相比，a、b是仲氢，脱氢容易，所以反应活性大。而a与b相比，由于脱氢后形成的大分子自由基稳定（与侧甲基的超共扼作用），所以活性更大。反应活性a>b>c。

①NR中有双键，能够与自由基、氧、过氧化物、紫外光及自由基抑制剂反应。

②NR中有甲基（供电基），使双键的电子云密度增加，α-H的活性大，使NR更易反应（易老化、硫化速度快）。

２）化学反应性：（利用此对NR进行改性）

①与硫黄反应：进行硫化交联。

②与Cl2反应，制备氯化天然橡胶。

③与HCl反应，产物为白色粉末，主要用作粘合剂。

④NR胶乳与过氧乙酸反应，得环氧化天然橡胶。环氧化程度可达10、25、50、75%（摩尔），ENR—50的气密性接近IIR，耐油性接近中等丙烯腈含量的NBR，强度与NR相当，粘着性也较好。

⑤环化：NR胶乳用硫酸环化后，可以使不饱和度下降，密度增加，软化点提高，用来制作鞋底、坚硬的模制品、机械衬里。

⑥与MMA接枝：目前有MG—49和MG—30两种，接枝MMA的NR定伸应力和拉伸强度都很高，抗冲击性和耐曲挠龟裂、动态疲劳性、粘着性较好。主要用来制造要求具有良好抗冲击性能的坚硬制品、无内胎轮胎中不透气的内贴层、纤维与橡胶的强力粘合剂等。

六．NR的配合与加工

1．NR的配合

硫化体系：NR一般用硫黄硫化体系，促进剂用噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类等，活化剂有氧化锌、硬脂酸。

补强填充体系：最常用的是炭黑，其次是白炭黑及非补强性填充剂碳酸钙、陶土、滑石粉。

防护体系：对苯二胺类最好，如4010、4020、4010NA等。

增塑体系：以松焦油、三线油最为常用。其次是松香、古马隆及石蜡。