粘流温度：高弹态与粘流态间的转变温度，用Tf表示。其本质 是高分子整个大分子从冻结到运动(或反之)的一个转变温度。
高弹性
高分子在一定力的作用下随着温度升高的形变状况
高弹性
施加外力 除去外力
(a)
施加外力 除去外力
(b)
图 高弹形变(a)和普弹形变(b)机理示意图
高弹性
橡胶高弹性本质是熵弹性。
橡胶弹性是熵弹性, 回弹动力是熵增。 橡胶在拉伸过程中放出热量, 回缩时吸收热量。
橡胶种类
质肪异胶天 。酸戊。然 是、二其橡 应灰烯成胶 用分，分从 最、其中橡 广糖余 胶 的类为％树 通等蛋～中 用非白 制 橡橡质％取 胶胶、是的 。物脂聚橡
91 94
橡胶种类 天然橡胶和异戊橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶
橡胶种类 丁苯橡胶
乙丙橡胶
橡胶种类 丁基橡胶 丁腈橡胶
氟橡胶
橡胶种类 硅橡胶 丙烯酸酯橡胶 氯磺化聚乙烯橡胶
第七章 橡胶结构性能与应用
欧阳星 深圳大学材料学院
定义
橡胶是一种在外力作用下能发生较大的形 变，当外力解除后，又能迅速恢复其原来 形状的高分子材料。别名弹性体。
生活中的橡胶制品
生活中的橡胶制品。
例如：轮胎、汽车密封条、胶管、高压 锅密封圈、鞋底、安全套、口香糖、橡 皮等。
生活中的橡胶制品
生活中的橡胶制品
橡胶的应用 在火车中的应用
橡胶球关节
在
火
车
上橡胶垫
中
的
应
用
弹簧座
橡皮垫
8K 车变压器支座
缓冲档
大领圈封条
领圈封条
二系上橡胶垫
橡胶关节
橡胶软风管
二系悬挂橡胶垫
SS7 密封圈
密封圈
接头垫
联轴器垫
橡胶的应用 在电线电缆中的应用
研究橡胶科研院所和公司
华南理工大学材料学院
北京化工大学材料学院 固特异橡胶轮胎公司
橡胶种类 聚氨酯橡胶：线型聚氨酯预聚物与二异氰酸酯反应
O ～NH－C－O～ ＋ O＝C＝N～
O ～NH－C－NH～ ＋ O＝C＝N～
O ～N－C－O～
C＝O ～NH
O ～NN－C－O～
O C＝O ～NH
橡胶种类 氯醚橡胶 聚硫橡胶
CH2
CH
O n
CH2 Cl
CH2
CH
O x CH2
CH2
CH2 Cl
1770年，发现可以擦去铅笔字迹，用 Rubber（擦、橡皮）表示橡胶。
1839年，Goodyear(固特异)发明了“橡 胶硫化技术”。
1895年，硫化天然橡胶用于汽车车轮。 1914年，第一次世界大战开始，橡胶匮
乏。合成橡胶飞速发展。
橡胶加工基本工艺
粉末状橡胶？液体状橡胶原料？ 气体状橡胶原料？
橡胶加工基本工艺 塑炼 混炼
成形 硫化
双辊开炼机
橡胶加工基本工艺 密炼机
橡胶加工基本工艺 平板硫化机
橡胶的结构
分子量：分子量巨大，超过10万。比 塑料、纤维分子量都大。
分子链：柔软有弹性,高弹性。
热转变温度(Tg)：玻璃化温度比较低， 低于常温。
高弹性
从形状和应变的角度
物质的力学状态 固体、液体、气体
橡胶结构与性能
硬度 ：抵抗外力 压入的能力。 与橡胶弹性模量有 关。 硬度计的刻度在0～ 100之 间分成100 个等分。
橡胶结构与性能
其它性能
湿滑性和滚动阻力 耐水性
耐寒性
耐磨性
气密性
绝缘性
橡胶结构与性能
燃烧性 耐热性 耐候性
耐屈挠性 耐化学药品性 滞后损失和生热性
O y
R
性能
硅橡胶 天然橡胶 丁苯橡胶 丁基橡胶 聚氨酯橡胶
拉伸强度/MPa 4.9-13.7 撕裂强度/(kN/m) 10-40
断裂伸长率/% 100-800 硬度（劭尔A） 20-90
9.8-27.5 54 700
20-100
9.8-27.5 14.7-19.6 90
橡胶结构与性能 模量 拉伸强度
机械性能 撕裂强度 断裂伸长率 硬度
结构材料是以力学性能为基础，制造受力构件所用的材料。
橡胶结构与性能
应变：当材料受到外力作用，几何形状和尺寸 发生变化，这种变化叫应变。
应力：材料单位面积上的附加内力叫应力。
橡胶结构与性能
l0
F
F
l = l0 + l
F
A0
F
应变 应力
机场
医院设施
楼梯
办公室，教育设施
橡胶独有的特点
具有高弹性、低刚度的高分子材 料， 其弹性形变可达1000%。还有很好的绝 缘性、耐水性和密封性。
是常用的弹性材料、密封材料和减震防 震材料。
重要的国家战略物资。
橡胶简史
热带美洲天然的哭泪树的乳液晒干凝固 做成弹性球。（天然橡胶）
H
C
C
C
H2
H2
玻璃态：高分子的较小运动单元（如侧基、支链或 小链节）能运动的状态。主链的内旋转被冻结，链 段不能运动。
高弹性
高弹态：高分子链段能运动的状态。在受到拉伸力时， 分子链可以从卷曲状态变到伸展状态，宏观上可以发 生很大变形。拉伸力松开，分子链会从伸展状态恢复 到卷曲状态，即外力下的形变可逆。但是整个分子链 还不能移动。这时的高分子具有独特的特征高弹性。
谢 谢！
高分子的力学状态 玻璃态 高弹态 粘流态
（玻璃化温度、粘流温度）
高弹性
晶态、液态、气态 高分子的结晶（熔融温度）
高弹性
高分子在一定力的作用下随着温度升高的形变状况
高弹性
h
h
高弹性来源
高弹性
施加外力 除去外力
(a)
施加外力 除去外力
(b)
图 高弹形变(a)和普弹形变(b)机理示意图
高弹性 高分子链立体结构
粘流态：高分子整个分子链能够相互移动的状态。在 外力作用下发生的变形不可逆。
高弹性
高分子的力学状态可以随温度变化而相互转变：
玻璃化温度
玻璃态
高弹态
粘流温度
粘流态
高分子力学状态的热转变示意图
玻璃化温度：玻璃态与高弹态间的转变温度，用Tg表示。其本 质是高分子的链段从冻结到运动(或反之)的一个转变温度。
橡胶结构与性能
橡胶材料的毒性
实践证明: 大部分橡胶原料是低毒或无毒的。其毒 性比食盐还小。只要做好防护措施，对 身体是不会造成多少危害的。
橡胶种类
橡胶
天然橡胶 通用橡胶
合成橡胶
特种橡胶
丁苯橡胶 顺丁橡胶
异戊橡胶 乙丙橡胶 丁基橡胶 丁腈橡胶 氯丁橡胶 氯磺化橡胶 氟橡胶
氯醚橡胶 硅橡胶 聚氨酯橡胶 聚硫橡胶 丙烯酸酯橡胶
青岛科技大学高分子学院 米其林轮胎公司
北京橡胶研究院
普利斯通轮胎制造公司
上海橡胶研究所
华南橡胶轮胎有限公司
天津橡胶研究所
西北橡胶研究所
研究橡胶科研院所和公司
橡胶企业效益的思考？
原材料价格上涨。上游生胶原料由大型石化企业垄断。 塑料产品的冲击，产品市场规模扩大幅度不如塑料产品。 同质化竞争，价格战，难形成规模化效应。
l l0 l
l0
l0
F A0
F
杨氏模量E＝ ＝ A0 l
l0
橡胶结构与性能
拉伸强度：试样拉伸至断裂时单位截面所承受的最大拉力。 （拉伸速率 500mm/min）
橡胶结构与性能
撕裂强度：试样撕裂时，单位厚度所承受的负荷， 单位kN/m 。表征抗撕裂性、抗裂口增长。
撕裂强度T 由试样断裂时的最大负荷f除以试样厚度t 得出：
高弹性
高分子运动状态包括： 1. 小运动单元的运动：
侧基、支链或小链 节等的振动、旋转 和移动。 2. 链段的运动：高分 子链通过内旋转改 变构象产生高分子 链段的运动。 3. 整个分子运动：整 个分子链间的相互 滑动。
图 高分子链的内旋转构象
高弹性
H
CH
C
C
C
H2
H2
C CH H2
H C
C H2
300-700 500-700 40-100 30-100
29.4-49.0 45-130 400-750 55-100
橡胶聚合方法
聚合方法
按机理分 按方法分
连锁聚合 逐步聚合
自由基聚合 离子聚合 配位聚合 缩聚反应
本体聚合
溶液聚合
乳液聚合
悬浮聚合
橡胶的应用
在汽车中的应用
轮胎，胶带用于运动传输，密封件用于支撑径向或往 复运动部件，垫片和O形圈用于密封油或燃油，胶管 用于输送液体或气体，膜片用于控制流体或气体等。