在常温下的高弹性是橡胶材料的一个主要特征，所以橡胶材料 也叫弹性体。
橡胶材料的特征
弹性种类
普弹形变
(Ideal Elasticity;Energy Elasticity)
高弹形变
(Entropy Elasticity;Rubber Rlasticity)
橡胶高弹形变示意图
橡胶的玻璃化温度低于室温，使得橡胶在常温下具备高弹形变
热塑性弹性体
按照化学结构
碳链橡胶 杂链橡胶
不饱和非极性橡胶 不饱和极性橡胶 饱和非极性橡胶 饱和极性橡胶
硅橡胶 聚氨酯橡胶 氯醚橡胶 聚硫橡胶
橡胶的配合与加工工艺
• 橡胶的配方设计
• 橡胶配方体系
1、生胶体系 2、硫化体系 3、填充与增强体系 4、软化增塑体系 5、防护体系
1. 生胶体系
三叶橡胶树 乳胶
橡胶加工设备
开炼机(二辊)
密炼机
混炼
混炼目的：分散助剂
混炼
混炼过程中加料顺序：
塑炼胶
促进剂 防老剂
增塑剂 填充剂
硫化剂 硫化促进剂
软化剂
压延和压出
作用：混炼胶通过压延和压出后，制成一定形状的半成品；
五辊压延机
二辊压延机
压延机辊筒排列方式
胶料在辊筒上的受力状态和流速分布 （a）胶料在辊筒上的受力状态；（b）胶料在辊隙中的流速分布状态
―60
―50 ～ +140
―70
―50 ～ +150
―45
―35 ～ +180
―41
―35 ～ +175
―60
―40 ～ +150
―120
―70 ～ +275
―55
―50 ～ +300
高弹性——聚合物（在Tg以上）处于高弹态时所表现出的 独特的力学性质，又称橡胶弹性
橡胶、塑料、生物高分子在Tg~Tf间都可表现 出一定的高弹性
位阻效应大， 易使制品应
力开裂
• 问：采用何种措施提高丁苯橡胶的耐应力开裂性 能？
丁苯橡胶的用途
1 1000系列（高温乳聚丁苯胶）
2 1100系列（高温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）
3 1500系列（低温乳聚丁苯胶 ）
4 1600系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶 ）
5 1700系列（低温乳聚充油丁苯胶）
6 1800系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）
类、脂肪酸类
5.防护体系
作用：延缓橡胶老化，延长制品使用寿命；
老化：橡胶在受到氧、臭氧、光、热、辐射和应力作用，逐渐 发黏、变硬、弹性降低等现象。
老化类型： 1.分子量降低：材料力学性能变差； 2 过度交联：材料变硬；
物理防老剂：石蜡等
防老剂
化学防老剂：防4010、防4010NA、 防AW、防RD等
4、耐屈挠性优异 ----制品在受到屈挠力时不易断裂；
顺丁橡胶制鞋底在 弯曲时不易断裂
5、填充性好 ----对炭黑的润湿能力强，即炭黑能很好的分散在顺丁
橡胶当中； 6、混炼时抗破碎性能好
----混炼过程中大分子不易被打断； 7、模腔内流动性好 8、吸水性低
----吸水性低于天然橡胶和丁苯橡胶。
橡胶压出机
硫化机
平板硫化机
硫化罐
橡胶的性能指标
• 拉伸强度 • 扯断伸长率 • 硬度 • 定伸应力 • 撕裂强度 • 阿克隆磨耗
拉伸强度
硬度
邵尔A型硬度计
橡胶撕裂强度测试样品形状
裤型裁刀所裁试样
裤型试样在夹持器上位置
阿克隆磨耗 阿克隆磨耗机
天然橡胶(nature rubber)
三叶橡胶树 乳胶
交联之后能有效改善耐油性
2、分子中含有大量双键，化学活性强，易与卤素、氧、臭氧 等反应，发生老化；
丁苯橡胶(SBR)
丁苯橡胶粉末
丁苯橡胶密封圈
丁苯橡胶的结构特点
1，4加成 结构
软段
1，2加成 结构
硬段
丁苯橡胶的结构与性能
单体比例
苯乙烯含量增加，导致： • Tg升高，模量增加，弹性下降， 拉伸强度则先升高后下降； • 热老化性能变好，耐低温下降， 成型收缩率下降；
橡胶配方的表示方法
橡胶生产工艺流程
烘胶、切胶
生胶
塑炼
原
材
料
粉碎、筛选
配合剂
配料 混炼
溶化、过滤
压延 压出
混炼 成型 硫化 修整 检查
塑炼
生胶的分子量通常很高，从几十万到几百万以上，过高的分子 量带来的强韧高弹性给加工带来极大的困难。
塑炼作用：在机械力的作用下，打断大分子链，使其具有较好的 可塑性和流动性；
等周期为 8.1A ；分子易内旋转具有弹性； 规整性差不易结晶 ；熔融温度 30℃
• 反式聚异戊二烯（古塔波胶） ： • 等周期为 4.7Å；分子不易内旋转无弹性 ； • 规整性好较易结晶 ；熔融温度 70℃
• 20世纪50年代，Zeigler－Natta催化剂→顺 丁橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶。
第五章 橡胶
――弹性体材料
橡胶制品的应用领域
一架飞机需橡胶 600 Kg 一艘35,000吨的轮船
（上万个零件）
需橡胶 60 T
生产1,000 T／年 橡胶： 天然橡胶 —— 占地3万亩，种树300万株，工人5,000 ~
6,000人。
合成橡胶 —— 占地10亩，工人几十人。
橡胶在汽车中的应用
侧乙烯基及苯乙烯含量增加，导致： • 磨耗指数下降，加工性能变好， 抗湿滑性变好；
轮胎的磨耗指数越低表示抓地力越强，但使用寿命就相对较短。
• 丁苯橡胶的分子结构不规整，不能结晶，链柔性较差， 分子内摩擦增大；
• 丁苯橡胶的双键含量低于NR，由于分子链侧基的弱吸电子效应 和位阻效应，双键的化学活性低于NR，耐热、耐老化、耐磨性能 优于NR；
丁苯橡胶的用途
电线和电缆包皮 胶管和胶鞋
汽车零件
聚丁二烯橡胶
单体
1,3-丁二烯 CH2＝CH－CH＝CH2
n C H 2 = C H - C H = C H 2 B C F 3 · 2 ( N C 2 H 5 A O ) 2 O 2 H 5 ) 3 i l O , ( H 2 C H C C C C H 2 H n
几种主要橡胶的使用温度
橡胶名称
顺1，4-聚异戊二烯 顺1，4-聚丁二烯 丁苯橡胶（75/25） 聚异丁烯 聚2-氯丁二烯（含1，4反85%） 丁腈橡胶（70/30） 乙丙橡胶（50/50） 聚二甲基硅氧烷 偏氟乙烯全氟丙烯共聚物
Tg （℃） 使用温度范围（℃）
―70
―50 ～ +120
―105
―70 ～ +140
作为轮胎胶的胶面具有较好的耐寒性能
2、滞后损失和生热小 分子链柔性强
分子链运动时所需克服的摩擦阻力小
外力去除后，分子链能较快的回复至原状 滞后损失小，生热小，轮胎的寿命长
问：丁苯橡胶和 顺丁橡胶制 的轮胎哪种 使用寿命长？
3、耐磨性能优异
顺丁橡胶的摩擦系数小，耐磨性能优于天然橡胶和丁苯橡胶； 适合做轮胎、鞋底、鞋后跟等；
按照来源来分
天然橡胶 通用合成橡胶
合成橡胶 特种合成橡胶
丁苯橡胶(SBR) 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(SiR) 氟橡胶(FPM) 聚氨酯橡胶(PU) 氯化聚乙烯(CPE)
固体橡胶 按照形态分类 液体橡胶
粉末橡胶
化学交联橡胶 按交联方式分类
剪切打断 交联键
2.硫化体系
作用：将硫化剂加入到生胶体系中，使其一维结构形成三维的 网络状结构
硫化体系组分
A.硫化剂
-----在一定条件下使橡胶发生交联的物质； -----硫磺、含硫化合物、过氧化物、醌类化合物等；
B.硫化促进剂
----加快硫化速度、缩短硫化时间的物质，能起到减少硫 化剂用量、降低硫化温度的作用；
天然橡胶分子结构
天然橡胶的单体结构：
n 约为10000左右，分子量分布在10~180万之间，平均分子 量70万左右。实际天然橡胶是多种不同分子量的聚异戊二烯的 混合体，橡胶烃含量约91%~94%。
天然橡胶的一个 等同周期结构：
σ键易旋转
侧甲基体积小 数量少，位阻小
无极性基团， 分子链间无强极性束缚
NR经交联后， 其制品在常温
下位固态
天然橡胶的力学性能
纯天然橡胶的拉伸强度：17-25MPa； 炭黑增强后，强度维：25-35MPa；
纯天然橡胶具有： 良好的耐屈挠疲劳性能； 良好的气密性； 良好的耐水性、绝缘性能和隔热性能；
长时间带 橡胶手套 手心出汗
天然橡胶的缺点
1、耐油性差，易溶于汽油、苯等非极性溶剂中； 相似相容
天然橡胶制品
天然橡胶牛筋底，网 状填充给鞋帮提供最大限 度的透气性
天然橡胶手套(棉/腈内衬)
天然橡胶的组成
天然橡胶是由人工栽培的三叶橡胶树分泌的乳汁，经凝固、 加工而制得的，它是以聚异戊二烯为主要成分的不饱和状态的 天然高分子化合物。
1、橡胶烃(主要组分)：顺式1，4－聚异戊二烯； 2、丙酮抽出物 3、蛋白质 4、灰分 5、水分
• 20世纪60年代，第三代橡胶--热塑性弹性体
• 20世纪90年代，茂金属催化剂→茂金属乙 丙橡胶
橡胶材料的特征
美国材料协会标准(ASTM)：“20-27℃下，1min内可以拉伸两倍 长度的试样，当外力出去后1min内至少回缩到原来的1.5倍以下，或 者在使用条件下具有106-107Pa的杨氏模量的材料”。
聚丁二烯橡胶
1，4加成 结构
1，2加成 结构
聚丁二烯橡胶的Tg为(-95℃)—(-15℃); 1，2加成结构决定了聚丁二烯橡胶的Tg； 1，2加成结构含量越多，材料的Tg越高；