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4、弹性体材料 Elastomers
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 Christopher Columbus (1451-1506)
发现橡胶能擦去铅笔字迹 1492年在南美大陆发现橡胶并带回欧洲 Christopher Columbus ( ) Joseph Priestley ( )
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 发明了橡胶硫化方法 Charles Goodyear ( )
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2.6 通用高分子材料—橡胶 ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license. Figure4.1 Cross-linking of polyisoprene chains may occur introducing strands of sulfur atoms. Sites for attachment of the sulfur strands occur by rearrangement or loss of a hydrogen atom and the breaking of an unsaturated bond.
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硫化过程使三叶橡胶树的白色 乳汁转化成了“黑色的金子”。
4.1 弹性体的通性、分类、组成 1876年6月,Wickham将 7万粒 橡胶种子运抵英国。 1876年7月末,1900棵树苗运往 斯里兰卡、马来西亚,再拓殖到 印尼、泰国、越南. 20年后试种成功。 巴西亚马逊州首府马瑙斯 硫化过程使三叶橡胶树的白色 乳汁转化成了“黑色的金子”。
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 弹性体的结构特征 弹性体:具有橡胶弹性的聚合物。 - 50 ~ 150 oC
橡胶弹性 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聚合物。 i)具有小应力下发生大形变的能力; ii)具有迅速恢复大形变的能力。 弹性体的结构特征 Tg比室温低很多 大分子链具有足够的柔性; 使用条件下不结晶或结晶度很小; 使用条件下无分子间相对滑动。 无冷流现象
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©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license. 2.6 通用高分子材料—橡胶 Figure 4.2 (a) When the elastomer contains no cross-links, the application of a force causes both elastic and plastic deformation; after the load is removed, the elastomer is permanently deformed. (b) When cross-linking occurs, the elastomer still may undergo large elastic deformation; however, when the load is removed, the elastomer returns to its original shape.
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 用途 各种轮胎; 胶带、胶鞋、密封制品、乳胶制品、儿童玩具、 日用杂品、织物涂层……
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 分类 来源 性能和用途 丁苯橡胶、氯丁橡胶、 丁腈橡胶、丁基橡胶…… 天然橡胶
分类 来源 性能和用途 丁苯橡胶、氯丁橡胶、 丁腈橡胶、丁基橡胶…… 天然橡胶 合成橡胶 硅橡胶、氟橡胶、PU橡胶…… 通用合成橡胶 特种合成橡胶 热塑性弹性体、粉末橡 胶、液体橡胶…… 其他合成橡胶
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 液 体 橡 胶 简化了加工工艺、适用于浇注成型…… 摩尔平均质量较低,以保持流动状态。 具有的 特性
能在进行交联的同时产生分子链增长 反应,并形成交联结构,以获得足够 高的强度。
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 将各部分通过粘贴、压合的方法组合成整体 大分子由线型转变为网状结构的过程
将橡胶延展成片或制成各种形状的半成品 生胶由弹性状态 可塑状态 塑炼后的生胶与配合剂均匀混合 将各部分通过粘贴、压合的方法组合成整体 大分子由线型转变为网状结构的过程
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 粉 末 橡 胶 指粒径在1毫米以下的粉末状橡胶。 改善、简化了加工工艺…… 制造方法: 机械粉碎法
喷雾干燥法 急骤干燥法 冷冻干燥法 包囊法。 隔离剂类型: 无机:如CaCO3、滑石粉 有机:如聚氯乙烯隔离剂、 淀粉-黄原酸盐 …… 即可起隔离作用,又兼具硫化和补强的功能
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 组成 基础组分 配合剂 生胶 再生胶 再生胶: 生胶:
可以部分或全部代替生胶使用 组成 基础组分 再生胶: 废旧的橡胶制品和硫化胶的边角料经加工处理后,使其重新获得塑性和硫化能力的材料。 生胶: 没有经过加工和配合的未交联状态的橡胶。分子呈线型结构。 生胶 再生胶 配合剂 不要与“硫化胶粉”混淆
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 再生胶的制造过程:粉碎、脱硫、精炼 热、氧、机械力、化学助剂作用 交联碎片 带支链的分子链 脱硫
硫化胶结构 链状分子
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 配合剂 软化剂、着色剂、发泡剂、隔离剂 起交联作用的化学试剂 …… 提高机械性 能,降低成本
硫化体系 配合剂 其他配 合剂 补强、 填充剂 最常用的补强剂:炭黑、白炭黑 提高机械性 能,降低成本 防老剂 防止和延缓老化,延长使用寿命
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 体系 防焦剂 硫化剂 促进剂 活化剂 引起弹性体交联。 硫、有机多硫化物、 有机过氧化物、金属
氧化物、胺类、特种 硫化剂…… 能抑制产生早期硫化。 硫化 体系 促进剂 活化剂 促进弹性体硫化。 噻唑类、秋兰姆类 次磺酰胺类、醛胺类、 硫脲类…… 提高促进剂的活性。 ZnO、MgO、硬脂酸 、月桂酸…… ZnO、硬脂酸可并用
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橡胶小知识——焦烧 焦烧:一种超前硫化行为,即在硫化前的各项工序 ( 炼胶、胶料存放、挤出、压延、成型)中
出现的提前硫化现象,故也可称为早期硫化。 焦烧的危害:加工困难;影响产品的物理性能、及外 表面光洁平整度;甚至会导致产品接头 处断开等情况。
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4.1 弹性体的通性、分类、组成 体系 防焦剂 硫化剂 促进剂 活化剂 引起弹性体交联。 硫、有机多硫化物、 有机过氧化物、金属
氧化物、胺类、特种 硫化剂…… 能抑制产生早期硫化。 水杨酸、邻苯二甲酸、 邻苯二甲酸酐、亚硝基 二苯胺、硫代酰亚胺 (CTP)…… 硫化 体系 促进剂 活化剂 促进弹性体硫化。 噻唑类、秋兰姆类 次磺酰胺类、醛胺类、 硫脲类…… 提高促进剂的活性。 ZnO、MgO、硬脂酸 、月桂酸…… ZnO、硬脂酸可并用
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4.2 热塑性弹性体 热塑性弹性体 高温下能反复塑化成型,常温下能显示橡胶弹性的材料 优势:
热塑性弹性体 高温下能反复塑化成型,常温下能显示橡胶弹性的材料 优势: 可利用热塑性塑料的设备和工艺加工成型; 无需硫化; 能耗低 加工周期短,设备投资少; 可回收加工中的边、角料,废料。 具有可 持续性
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4.2 热塑性弹性体 聚氨酯类 苯乙烯类 聚烯烃类 聚酯类 聚酰胺类 分类 共聚型 制备方法 共混型 简单共混型 热塑性硫化胶
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4.2 热塑性弹性体 苯乙烯类热塑性弹性体(SBC) 产量最大,发展最快,用途最广 采用嵌段共聚 柔性链与刚性链 交替连接成大分子
三种常见的苯乙烯类热塑性弹性的结构
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4.2 热塑性弹性体 结构特点 分子链兼具硬段、软段 硬段:刚性链段 力学状态: 玻璃态 软段:柔性链段 软段 硬段 硬段
结构特点 分子链兼具硬段、软段 硬段:刚性链段 软段:柔性链段 力学状态: 玻璃态 力学状态: 高弹态 图4.3 SBC三嵌段示意图 软段 硬段 硬段
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4.2 热塑性弹性体 具有可逆性交联结构 存在微相分离结构 聚苯乙烯链段间作用 物理交联点 硬段为不连续相 分散在柔性链段中
具有可逆性交联结构 聚苯乙烯链段间作用 物理交联点 存在微相分离结构 硬段为不连续相 分散在柔性链段中 Figure 4.4 The structure of SBS.
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4.2 热塑性弹性体 鞋材 工具握把 汽车配件 SBC 的应用 医疗器械 电线电缆 密封材料 沥青改性剂 玩具、日用品……
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4.2 热塑性弹性体 热塑性动态硫化橡胶 熔融共混 相反转 橡(含交联剂)塑比 共混中橡胶同时发生原位
热塑性硫化胶( Thermalplastic Vulcanizate TPV ) 热塑性动态硫化橡胶 熔融共混 塑料分散相 橡胶连续相 橡胶分散相 塑料连续相 相反转 橡(含交联剂)塑比 > 80:20 共混中橡胶同时发生原位 交联反应,在机械剪切力 的作用下被破碎为微米级 颗粒(<2μm)。 橡胶发生硫化
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4.2 热塑性弹性体 双螺杆挤出机是最为通用 的动态硫化设备
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4.2 热塑性弹性体 嵌段型TPE 具有优越性 采用低成本加工方法,将现有聚合物共混制备新产品。
TPV相比于 嵌段型TPE 具有优越性 使用上限温度高,耐溶剂、油品,压缩永久变形小。 具有优异的耐疲劳性能。
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4.2 热塑性弹性体 TPV 是性能最接近热固性橡胶的热塑性弹性体 替代 EPDM 制造汽车配件 三元乙丙橡胶:
乙烯、丙烯、非共轭二烯的三元共聚物 TPV 是性能最接近热固性橡胶的热塑性弹性体 替代 EPDM 制造汽车配件
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4.2 热塑性弹性体 制造电子电气上的绝缘材料 。
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4.2 热塑性弹性体 土木建筑业
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4.2 热塑性弹性体 其它各种形状复杂的弹性体制品。
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作业: 问答题: 4、分析氯丁橡胶和天然橡胶在结构和性能上的差异。 1、橡胶为什么需要硫化? 2、分析弹性体的结构特征。
3、热塑性弹性体材料是如何将塑料与弹性体材料 的特征结合起来的? 4、分析氯丁橡胶和天然橡胶在结构和性能上的差异。
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