4、弹性体材料 Elastomers.

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1 4、弹性体材料 Elastomers

2 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 ( )　

3 4.1 弹性体的通性、分类、组成 发明了橡胶硫化方法 　 Charles Goodyear ( )

4 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.

5 4.1 弹性体的通性、分类、组成 巴西亚马逊州首府马瑙斯
 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

6 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

7 ©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.

8 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……　

9 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、 丁基橡胶……  天然橡胶  合成橡胶
　  分类　 　  来源 　  性能和用途 丁苯橡胶、氯丁橡胶、 丁基橡胶……  天然橡胶  合成橡胶 丁腈橡胶、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

10 4.1 弹性体的通性、分类、组成 简化了加工工艺、适用于浇注成型…… 液 体 橡 胶

11 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

12 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。

13 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

14 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：
不要与“硫化胶粉”混淆  组成 再生胶： 将废旧的橡胶制品和硫化胶的边角料经加工处理后，去掉硫化胶的弹性而恢复塑性和粘性，使其重新获得与生胶混合和硫化能力的材料。 基础组分 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

15 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

16 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

17 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

18 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。

19 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

20 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：
第三代橡胶  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

21 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

22 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

23 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

24 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.

25 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……

26 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

27 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

28 4.2 热塑性弹性体 嵌段型TPE 具有优越性 采用低成本现有加工方法，通过将现有聚合物共混来制备新产品。
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（优于普通橡胶）。

29 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  30 ～ 40 ％用于替代 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 　  30 ～ 40 ％用于替代 EPDM 制造汽车配件

30 4.2 热塑性弹性体 　  10 ～ 15 ％用于制造电子电气上的绝缘材料 。

31 4.2 热塑性弹性体 　  10％土木建筑业

32 4.2 热塑性弹性体 　  其它各种形状复杂的弹性体制品。

33 橡胶品种： 天然橡胶 综合性能最好的通用橡胶 聚异戊二烯橡胶 综合性能最好的通用合成橡胶 橡胶烃、非橡胶烃组成、作用； 分子量双峰分布
C CH3 H 橡胶品种： 天然橡胶 综合性能最好的通用橡胶 聚异戊二烯橡胶 综合性能最好的通用合成橡胶 橡胶烃、非橡胶烃组成、作用； 分子量双峰分布 硫化速度低于天然橡胶

34 橡胶品种： 丁苯橡胶 产量、用量最大的合成橡胶 苯乙烯含量影响橡胶性能； 成本低廉，可以天然橡胶并用。 氯丁橡胶 阻燃性最好的通用橡胶
丁苯橡胶 产量、用量最大的合成橡胶 苯乙烯含量影响橡胶性能； 成本低廉，可以天然橡胶并用。 氯丁橡胶 阻燃性最好的通用橡胶 吸电子基团降低双键亲电加成反应活性； 耐油性较好，电绝缘性较差。

35 橡胶品种： 丁基橡胶 气密性最好的合成橡胶 不饱和度很低； 化学稳定性、绝缘性、耐水性强； 弹性差。 顺丁橡胶 弹性、耐寒性最好的通用橡胶
丁基橡胶 气密性最好的合成橡胶 不饱和度很低； 化学稳定性、绝缘性、耐水性强； 弹性差。 顺丁橡胶 弹性、耐寒性最好的通用橡胶 分子链无侧基。

36 橡胶品种： 丁腈橡胶 耐油性著称的特种橡胶 丙烯腈含量影响橡胶的力学强度、耐寒性、 耐油性。 硅橡胶 元素有机类橡胶
丁腈橡胶 耐油性著称的特种橡胶 丙烯腈含量影响橡胶的力学强度、耐寒性、 耐油性。 硅橡胶 元素有机类橡胶 耐热性、耐寒性俱佳（-100～300℃）； 力学强度较差。

37 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。