1839年，Goodyear发明橡胶硫化工艺 • 橡胶工业的起飞：1888年，Dunlop发明充气轮胎
合成橡胶的发展和应用
1900年，人们了解了天然橡胶的分子结构， 顺式1，4－聚异戊二烯
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℃
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
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
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
轮胎 车门窗密封条
雨刮器 连接软管
密封件 防振件 传动件 衬垫类 液压制动缸中的皮碗 风扇皮带
真空助力密封件
汽车底盘用橡胶件
转向系统橡胶件
橡胶的发展历史
• 天然橡胶的发现和利用
• 橡胶工业的开始：1823年，英国人创办的橡胶生产防水布 • 橡胶工业的基础：1826年，Hancock发明开放式炼胶机
高弹性的特点
1、弹性模量小 比其它固体物质小得多 钢：20000MPa; PE: 200MPa 结晶物； PS:2500MPa; 橡胶: 0.2-8MPa.
抵抗形变 的能力差
2、形变量大
可达1000%,一般在500%左右,而普通金属材料的形 变量＜1％
3、弹性模量随温度上升而增大 温度升高，链段运动加剧，回缩力增大，抵抗变形的
• 20世纪50年代，Zeigler－Natta催化剂→顺 丁橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶。
• 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”。
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；
加入增塑剂 大分子间距离加大 分子间作用力减弱
软化增塑体系
• 石油系增塑剂：沸程在320～460℃、460～ 490℃和490℃的石油馏分混合物
• 煤焦油系增塑剂：煤焦油、古马隆树脂和煤沥 青
• 松油系增塑剂：松焦油、松香、木沥青 • 脂肪系增塑剂：硬脂酸、软脂酸、油酸、亚油
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
―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
能力升高。 4、高弹形变有时间依赖性——力学松弛特性
高弹形变时分子运动需要时间
5、形变过程有明显的热效应 橡胶：拉伸——放热 回缩——吸热
橡胶弹性热力学的本质：熵弹性
拉伸橡胶时外力所做的功 主要转为高分子链构象熵的减小
体系为热力学不稳定状态 去除外力体系回复到初始状态(熵增)
橡胶弹性特征
橡胶的分类
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
橡胶占汽车用材料总重量的5%， 每辆汽车需橡胶件400-500个。汽 车上大量使用的氟橡胶、硅橡胶、 丙烯酸酯橡胶等高档橡胶和耐热...
----噻唑类、秋兰姆类、次磺酰胺类等；
C.硫化活性剂
----能够提高硫化促进剂活性的物质； ----氧化锌等；
3.填充与增强体系
• 炭黑 • 白炭黑
----提高橡胶力学性能，改善加工性能，降低成本；
橡胶分子与炭黑 粒子的物理结合
橡胶分子与炭黑粒子的化学结合
4.软化增塑体系
作用：降低橡胶分子间的作用力，使粉末状的配合剂能很好的 与橡胶浸润，改善混炼性能；
割胶季节海南从每年3月25日 至12月25日，云南从每年的4 月至11月25日
再生胶
再生胶生产原理
热 机械剪切力 化学反应
交联点间 分子链断裂
一维线性 结构
再生胶生产工艺
油法工艺
废胶
拌油
卧式蒸汽罐
水油法工艺
温水 活化剂 软化剂 废胶
高压蒸汽罐
加热搅拌
废胶再生新技术
废旧橡胶
粉碎成 粉末
双螺杆 挤出机