高分子材料教材-4.2 通用橡胶
橡胶的发展史
四、橡胶的特征和性能
1.结构特征
橡胶是有机高分子弹性体,使用温度范围是 玻璃化温度和粘流温度之间,因此作为好的橡胶 材料应在较宽的温度范围(-50—150℃)内具有 优异的弹性。
(1)大分子链有足够的柔性,玻璃化温度应该比 室温低得多
这就要求大分子链内旋转位垒比较小,分子 间作用力比较弱,其内聚能密度小。
② 硫化促进剂: 缩短硫化时间,降低硫化温度, 改善橡胶性能。
常用促进剂有二硫化氨基甲酸盐、黄原酸盐类、 噻唑类、硫脲类和部分醛类及醛胺类等有机物。
③ 活化剂:用来提高促进剂的作用。 常用活化剂有氧化锌、氧化镁、硬酯酸等。
④ 填充剂: 用来提高橡胶的强度、改善工艺性 能和降低成本。
用于提高性能的填充剂称为补强剂,如炭黑、 二氧化硅、氧化锌、氧化镁等;另外还有用于降 低成本的填充剂,如滑石粉、硫酸钡等。
(2)耐热性和耐老化性 橡胶的耐热性主要和分子主链上的化学键的
键能有关,含有C-C键、 C-O键、 Si-O键、 C-F 键的橡胶具有良好的耐热性。
橡胶中弱键的存在会引起老化,特别是降解 反应,这降低了耐热性以及其它性能。选择键能 较大、饱和性橡胶就具有较好的耐热、耐氧化老 化性能。
(3)耐寒性
第五章 橡胶
5.1 概述
主
要
5.2 通用橡胶
内
5.3 特种橡胶
容
5.4 其它橡胶
5.1 概 述
cau-uchu
rubber
橡胶
一、橡胶的定义
橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高 弹性的材料,以生胶为原料加入适量配合剂而形成 的高分子弹性体。
二、橡胶的发展史
1. 天然橡胶的发展和利用时期(1900年以前)
ch4高分子材料详解
➢
侧基上有苯环
➢ 性能:无色透明,几乎不吸水;耐蚀性、电绝缘性好。
➢ 缺点:抗冲击性差,易脆裂、耐热性不高,耐油性有限。
➢ 用途:灯罩、透明窗,电工绝缘材料等。
➢聚苯乙烯泡沫塑料,相对密度(0.033g/cm3)很小 ,用作 隔音、包装及救生材料。
(5)ABS塑料 丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,分子结构式:
1、树脂型胶粘剂
(1)热塑性树脂胶粘剂 以线型热塑性树脂为基料,与溶剂配制成溶液
或直接通过熔化的方式进行胶接。
例:普通胶水,聚乙烯醇水溶液 木工用乳胶,聚醋酸乙烯酯胶粘剂 双面贴,聚丙烯酸酯压敏胶,压敏型胶粘剂 502胶,主要成分是α-氰基丙烯酸酯,快速粘合, 又称瞬干胶。 哥俩好胶,甲基丙烯酸脂为基体,反应型结构胶粘剂
(6)氯纶 聚氯乙烯纤维 优点:难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好。 缺点:耐热性差,染色性差,热收缩大。
4.3 合成橡胶
性能特点:极高弹性(100~1000%)、回弹性好,回 弹速度快。耐磨,很好绝缘性和不透气、不透水性。
用途:弹性、密封、减震防震和传动材料
一、橡胶的分类和橡胶制品的组成
1.橡胶的分类
二、塑料的分类
1.按树脂的性质分类
(1)热塑性塑料 加热时软化并熔融,可塑造成形,冷却后成型并
保持既得形状,该过程可反复进行。 ➢线型和支化型分子链构成的聚合物 ➢优点:加工成形简便,较高的机械性能 ➢缺点:耐热性和刚性比较差
(2)热固性塑料 初加热时软化,可塑造成型,但固化后再加热将
不再软化,也不溶于溶剂。 ➢体型分子链构成的聚合物 ➢优点:耐热性高,受压不易变形 ➢缺点:机械性能不好 ➢例:酚醛、环氧、胺基、不饱和聚酯
补鞋胶,氯丁橡胶胶粘剂 双面贴,压敏型胶粘剂,早期为增粘的天然橡 胶及丁苯橡胶
《高分子材料》课后习题参考
1绪论Q1.总结高分子材料(塑料和橡胶)在发展过程中的标志性事件:(1)最早被应用的塑料(2)第一种人工合成树脂(3)是谁最早提出了高分子的概念(4)HDPE和PP的合成方法是谁发明的(5)是什么发现导致了近现代意义橡胶工业的诞生?1.(1)19世纪中叶,以天然纤维素为原料,经硝酸硝化樟脑丸增塑,制得了赛璐珞塑料,被用来制作台球。
(2)1907年比利时人雷奥·比克兰德应用苯酚和甲醛制备了第一种人工合成树脂—酚醛树脂(PF),俗称电木。
(3)1920年,德国化学家Dr.Herman.Staudinger首先提出了高分子的概念(4)1953年,德国K.Ziegler以TiCl4-Al(C2H5)3做引发剂,在60~90℃,0.2~1.5MPa条件下,合成了HDPE;1954年,意大利G.Natta以TiCl3-AlEt3做引发剂,合成了等规聚丙烯。
两人因此获得了诺贝尔奖。
(5)1839年美国人Goodyear发明了橡胶的硫化,1826年英国人汉考克发明了双辊开炼机,这两项发明使橡胶的应用得到了突破性的进展,奠定了现代橡胶加工业的基础。
Q2.树脂、通用塑料、工程塑料的定义。
化工辞典中的树脂定义: 为半固态、固态或假固态的不定型有机物质, 一般是高分子物质, 透明或不透明。
无固定熔点, 有软化点和熔融范围, 在应力作用下有流动趋向。
受热、变软并渐渐熔化, 熔化时发粘, 不导电, 大多不溶于水, 可溶于有机溶剂如乙醇、乙醚等, 根据来源可分成天然树脂、合成树脂、人造树脂, 根据受热后的饿性能变化可分成热定型树脂、热固性树脂, 此外还可根据溶解度分成水溶性树脂、醇溶性树脂、油溶性树脂。
通用塑料: 按塑料的使用范围和用途分类, 具有产量大、用途广、价格低、性能一般的特点, 主要用于非结构材料。
常见的有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)。
工程塑料:具有较高的力学性能, 能够经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件, 并在此条件下长时间使用的塑料, 可作为结构材料。
4.2 通用橡胶-NR-SBR-BR-电子课件——【高分子材料 精】
3. NR具有较好的加工性能——含有低 分子组分和其它有机小分子。
4.天然橡胶耐热性不高,长期使用温 度不能超过80oC,在100oC下只能短期 使用;耐老化,耐O3性能不高——主 链上存在大量的不饱和双键。
5.NR的耐油性差——非极性橡胶与烃 类油相容性高。
NR的结构特点
不饱和 非极性 侧基量较少 分子链柔顺-Tg~-72oC
NR的分子量分 布呈双峰分布 规律。
低分子量部分 有利于NR的加 工。
高分子量的部 分使NR具有较 高的强度。
小知识:橡胶的加工性
• 橡胶的高弹性对于橡胶的加工成型是不利的。 • 具有一定的塑性对于加工是有利的——塑性是一种在某种给定
载荷下,材料产生永久变形的材料特性。 • 对于橡胶或弹性体材料,分子量越大(熵)弹性越高;而分子
第四章 橡胶和弹性体材料
第二节 通用橡胶
2.1 天然橡胶(NR) 2.2 丁苯橡胶(SBR) 2.3 聚丁二烯橡胶(BR) 2.4 丁基橡胶 (IIR) 2.5 氯丁橡胶(CR) 2.6 乙丙橡胶(EPM)和三元乙丙橡胶(EPDM) 2.7 丁腈橡胶(NBR)
2.1 天然橡胶
2.1.1 天然橡胶的来源 1.天然橡胶来源于植物,这些植物包括:巴西三叶橡胶树、银胶菊、 杜仲树等。其中98%的天然橡胶来自于巴西橡胶树。 2. 天然橡胶的主要原材料是橡胶树新鲜胶乳。将新鲜胶乳经过一系 列加工可得浓缩胶乳(固含量超过60%)和干胶。 3. 天然橡胶的英文为nature rubber,缩写NR。
2.2.3 SBR的结构与性能关系(重点)
1. SBR分子结构的内涵 • 宏观结构参数:单体比例,平均分子量、分子量分布、分子结构的线
性程度、凝胶含量。 • 微观结构参数:丁二烯链段中顺1,4;反1,4和1,2结构的比例;苯
第五章橡胶(高分子材料).ppt
散粒天然橡胶 (自由流动天然橡胶)
有两种产品:一种是粉末橡胶,粒子直径在 0.5~2mm,另一种是细粒橡胶,粒子直径在 1~10mm。使用散粒橡胶,可以取消切包工 序,由于是散粒,混炼时可以自动进料,混 炼周期可以缩短一半,节省能量达35~50%; 由于与配合剂混合特别均匀,可以获得较好 的成品性能。它多用于制造粘合用的胶浆, 其工艺简单,粘着性能良好。但由于制胶过 程比普通橡胶的设备复杂,成本高,而且密 度小,包装和运输费用成倍增加。
环氧化天然橡胶
它是天然胶乳在一定条件下与过氧乙酸反应得到的产物。 目前已商品化生产的有环氧程度分别为10%、25%、50%和 75%(摩尔分数)的ENR10、ENR25、ENR50和ENR75四种 产品。 特点:抓着力强,特别是在混凝土路面上的防滑性能好, 可作为胎面胶使用,以增加在高速公路上的防滑性能;气密 性能好,当环氧话程度达到75%时,气密性与丁基橡胶相同, 可用于内胎或无内胎轮胎;耐油性能好,在非极性溶剂中的 溶胀度显著降低,可用于耐油橡胶制品。 由于市场需求不含氯或氯含量较低的产品,于是就形成 了氯化ENR的构想。对环氧化程度为25%的ENR-25进行氯 化,能得到一种可溶解于普通溶剂的白色物质,具有良好的 成膜性,其含氯量约为47%。但其热稳定性比Cl-NR的还要 差,起始分解温度为115℃,最大分解率时的分解温度为 260℃。关于在工业上的应用,目前尚未见报道。
难结晶橡胶
制备:一是使橡胶产生异构化,因而使结晶 速率大为减慢;二是使用增塑剂法,即在橡 胶中加入长链的脂肪酸酯类的增塑剂,如癸 二酸二异辛酯,使橡胶分子链之间距离增大, 降低分子链之间的相互作用力,有利于链段 和整个分子链的运动,降低玻璃化转变温度。 用途:用于制造低温条件下使用的橡胶制品, 如门窗密封条、坦克车轮的履带和防震垫以 及在南北地区或高空飞行的飞机使用的橡胶 器材等。
4.2 通用橡胶-2
2.4 丁基橡胶2.4.1 定义与分类丁基橡胶是异丁烯与少量异戊二烯的共聚物。
英文名称(isobutylene isoprene rubber, 缩写IIR)。
丁基橡胶是在低温下(-100~-90o C)下,通过阳离子聚合机理得到的。
IIR在1943年开始工业化生产。
我国从70年代就开始引进,但直到2003年左右才在燕山石化工业化生产成功。
3.异丁烯主链上多而密集的侧甲基,填补了分子链间的孔隙——IIR耐透气性和耐透水性优异。
4.异丁烯主链上多而密集的侧甲基,导致分子链在相对运动时,内摩擦大、内耗高——适合用于阻尼减震材料。
5. IIR的自黏性和互黏性差,与其它通用橡胶相容性低——通过卤化的方法提高黏结性(卤素含量1~2%)。
内胎垫带无内胎轮胎的气密层:要提高该层与轮胎其它部件的粘合,使用的是卤化丁基橡胶。
医用橡胶塞防水卷材利用IIR的高耐热性——耐热运输带;利用IIR的高阻尼性——减震、吸振制品。
2.5.3 CR的性能特点(重点)结晶性橡胶——纯胶强度高,交联纯胶的强度略高于交联纯NR。
弹性低、动态内耗大、耐寒性差。
含有大量—Cl取代基团——阻燃性、耐烷烃油好、黏和强度高、但电绝缘性差。
C-Cl和C=C的共扼——耐热性、耐候性和耐O性优异,但低于IIR和EPDM。
32.5.4 CR的主要应用CR主要应用于阻燃、耐油、耐天候制品和黏合剂。
耐热、阻燃运输带。
耐油、耐化学腐蚀的胶管。
电线、电缆的外层胶。
门窗密封条。
公路路面添缝材料、桥梁支座的橡胶垫。
2.6 乙丙橡胶 定义与品种结构(重点)性能(重点)应用<一> 定义和品种乙丙橡胶是乙烯与丙烯在齐格勒—纳塔型催化剂催化下的无规共聚物。
根据是否加入第三种双烯类共聚单体分为:二元乙丙橡胶(英文ethylene-propylene-monomer, 缩写EPM)和三元乙丙橡胶(英文ethylene-propylene-diene-monomer,缩写EPDM)。
耐腐蚀高分子材料 橡胶
氟橡胶的性能
氟橡胶具有高度的化学稳定性,是目前所有弹性 体中耐介质性能最好的一种。 氟橡胶的耐高温性能和硅橡胶一样,可以说是目 前弹性体中最好的。 氟橡胶具有极好的耐天候老化性能,耐臭氧性能。 据报导,DuPont开发的VitonA在自然存放十 年之后性能仍然令人满意,在臭氧浓度为 0.01%的空气中经45天作用没有明显龟裂。 23型氟橡胶的耐天候老化、耐臭氧性能也极好。 真空性能极佳 机械性能优良 氟橡胶具有优良的 物理机械性能。
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氯丁橡胶
氯丁橡胶(CR) 是由氯丁二烯做单体乳液聚合而成的聚 合体。 这种橡胶分子中含有氯原子,所以与其他通用橡 胶相比:它具有优良的抗氧、抗臭氧性,不易燃,着火后 能自熄,耐油、耐溶剂、耐酸碱以及耐老化、气密性好等 优点;其物理机械性能也比天然橡胶好,故可用作通用橡 胶,也可用作特种橡胶。主要缺点是耐寒性较差,比重较 大、相对成本高,电绝缘性不好,加工时易粘滚、易焦烧 及易粘模。此外,生胶稳定性差,不易保存。使用温度范 围:约-45℃~+100℃。 主要用于制造要求抗臭氧、 耐老化性高的电缆护套及各种防护套、保护罩;耐油、耐 化学腐蚀的胶管、胶带和化工衬里;耐燃的地下采矿用橡 胶制品,以及各种模压制品、密封圈、垫、粘结剂等。
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氟橡胶的应用
重点应用 由于氟橡胶具有耐高温、耐油、耐
高真空及耐酸硷、耐多种化学药品的特点,已应 用于现代航空、导弹、火箭、宇宙航行、舰艇、 原子能等尖端技术及汽车、造船、化学、石油、 电讯、仪仪、机械等工业领域。
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氟橡胶的应用
典型应用 氟橡胶密封件,用于发动机的密封时,可在
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高分子材料加工工艺学之橡胶的成型培训课件(PPT 74张)
橡胶在变形较大时,又表现出黏性液体的性质,橡胶 的黏弹特性,使它在缓冲、防震、减震、动态密封方面 的作用是其它材料不可代替的。
24.02.2019
橡胶的缺点:
• 橡胶除在小变形区域外(小于50%),没有固定的
杨氏模量,小变形范围内的杨氏模量约为1.0N/mm2。
• 橡胶的拉断强度不高。 • 橡胶分子链中存在双键,所以橡胶容易老化。
氧化塑炼,因为氧化对相对分子质 量最大和最小部分同样起作用,所 以不发生相对分子质量的变窄,而 是相对分子质量分布曲线的平移。 低温,随着温度的升高,塑炼效率降低; 高温,随着温度的升高,塑炼效率上升。 低温塑炼区,随着温度的升高,胶料变 软,分子链易滑动而难于被切断,因而 所受机械作用小,塑炼效果下降。在高 温塑炼区,由于氧的自动催化氧化作用, 加快了氧化降解速率,塑化效果升高。 塑炼过程中,无论是机械塑炼还是氧化 塑炼,要加入化学塑解剂,强化氧化作 用,促进分子链的断裂,增加塑化效果
大部分为碳元素 还包含有少量氧、氢、硫等元素以及其他杂质和水分等, 含量因各种炭黑品种而异
3.炭黑对橡胶的补强作用机理
炭黑的补强原因: 炭黑通过化学吸附和物理 吸附,和橡胶结合,形成结 合橡胶,也称作炭黑凝胶。
24.02.2019
炭黑的补强理论—Bueche的“分子链滑动”理论 理论核心:橡胶大分子能在炭黑表面上滑动
室温下恢复3min的高度变化来表示。
h0 h2 P h 0 h1
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P=0,绝对弹性体 P=1,绝对流体 P值越大,塑炼胶的可塑性越好
2、门尼黏度
根据试样在一定温度、时间和压力下,在转子和模腔之间 变形时所受的扭力来确定胶料的可塑性。 表示符号:
M S 或 M L
高分子材料课件-4[1].2_通用橡胶共32页文档
13、遵守纪律的风气的培养,只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。——Байду номын сангаас马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致,是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
46、我们若已接受最坏的,就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首,不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功,谁就会和我一样成功。——莫扎特
高分子材料课件-4[1].2_通用 橡胶
11、战争满足了,或曾经满足过人的 好斗的 本能, 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ,破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果, 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
高分子材料教学大纲
三、理论教学内容与要求绪论(2学时)本章基本要求了解高分子材料的发展历程,高分子材料的特性,对高分子材料有基本的相识,并驾驭高分子材料与其他种类材料的不同点,最终相识高分子材料在各个领域应用前景。
教学内容:前言塑料概论橡胶概论高分子材料的发展趋势第一章热塑性塑料(12学时)本章基本要求相识典型热塑性高分子材料,了解分子结构、性能性能特点和应用,驾驭结构与性能之间的关系,使学生能够应用所学的学问选择应用相应的热塑性高分子材料。
要求驾驭典型热塑性高分子材料名称、分子结构、性能特点和典型指标。
聚乙烯的结构与性能特点、PE的性能、应力开裂性、聚乙烯的改性——交联PE、聚丙烯的结构、聚丙烯的性能、PVC的聚合方法、PVC的性能、PVC的降解与稳定技术、PS的性能、聚酰胺的定义与合成、聚集态的特征、脂肪族聚酰胺的性能、聚四氟乙烯的性能、聚碳酸酯的结构、聚碳酸酯的性能、聚碳酸酯的改性与应用。
教学内容:第一节聚乙烯1.1 预备学问1.2 聚乙烯的品种与合成条件1.3 聚乙烯的结构与性能特点(重点)1.4 聚乙烯的应用1.5 聚乙烯的改性——交联PE1.6 其它种类的聚乙烯——UHMWPE其次节聚丙烯(PP)2.1 聚丙烯的结构2.2 聚丙烯的性能2.3 聚丙烯的应用2.4 聚丙烯的改性第三节聚氯乙稀(PVC)3.1 PVC的聚合方法3.2 PVC的结构3.3 PVC的性能(重点)3.4 PVC的降解(重点)与稳定技术3.5 PVC的加工助剂3.6 PVC的改性第四节聚苯乙烯(PS)类树脂4.1 PS的定义和合成4.2 PS的结构4.3 PS的性能4.4 PS的应用4.5 PS的改性—高抗冲PS和ABS树脂第五节聚酰胺(PA)5.1聚酰胺的定义与合成5.2 脂肪族聚酰胺的结构5.3 脂肪族聚酰胺的性能(重点)5.4 聚酰胺的应用与改性5.5 芳香族聚酰胺第六节聚四氟乙烯6.1 聚四氟乙烯的定义与聚合6.2聚四氟乙烯的聚集态结构6.4 聚四氟乙烯的应用和改性第七节聚碳酸酯7.1 聚碳酸酯的定义7.2 聚碳酸酯的结构7.3 聚碳酸酯的性能7.4 聚碳酸酯的改性与应用其次章热固性塑料(6学时)本章基本要求热固性高分子材料性能特点及应用领域,热固性材料特征指标。
高分子材料分类介绍
塑料的组成
1、合成树脂 高分子化合物:如酚醛树脂、聚乙烯等,是 塑料的主要组成,也起粘接剂作用。
2、添加剂 (1) 填料或增强材料 起增强作用。 (2) 固化剂 使树脂具有体型结构,成为较 坚硬和稳定的塑料制品。 (3) 增塑剂 提高树脂可塑性和柔性。 (4) 稳定剂 防止塑料过早老化。
●性能特点 弹性变形量可达100%~1000%,而且回 弹性好,回弹速度快。 橡胶还有一定的耐磨性,很好的绝缘性和不 透气、不透水性。
●用途 弹性材料 传动材料
密封材料 减震防震材料
橡胶制品
橡胶的分类和橡胶制品的组成
1、橡胶的分类
按照原料的来源,橡胶可分为天然橡胶和 合成橡胶两大类。
合成橡胶:丁苯橡胶、顺丁橡胶、 氯丁橡胶、丁腈橡胶、 硅橡胶、 氟橡胶。
摩托车挡泥板
聚酰胺(PA)
又称尼龙或锦纶, 二元胺与二元酸缩合而成, 或由氨基酸脱水成内酰胺再聚合而得,有尼龙 610、66、6等多个品种。
●良好的韧性,强度较高; ●具有优异的耐磨性和自润滑性能; ●耐蚀性好,如耐水、油、一般溶剂、许多化 学药剂,抗霉、抗菌,无毒; ●成形性能好。
聚酰胺的应用: 制造耐磨耐蚀零件,如轴承、齿轮、螺 钉、螺母等。
干法纺丝
从喷丝头毛细 孔中挤出纺丝溶 液细流在热空气 作用下溶剂快速 挥发。溶液细流 浓缩并固化,在 卷绕张力作用下 变细成为初生纤 维。
3、后加工
纺丝成形后的初生纤维结构不完善,物理、 机械性能较差,如强度低、尺寸稳定性差, 不能直接用于纺织加工,必须经过一系列的 后加工。
后加工主要的工序是: 拉伸 热定型
1. 丁苯橡胶
是以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成。 具有较好的耐磨性、耐热性、耐老化性,价 格便宜。 应用 主要用于制造轮胎、胶带、胶管及生 活用品。
高分子材料第五章橡胶
l b、分子链的侧甲基体积小,位阻小; l c、天然橡胶为非极性,分子间相互作用
力小,对分子链内旋转约束和阻碍小。
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高分子材料第五章橡胶
l 2、较高的力学强度。在外力的作用下拉伸 结晶,具有自增强性。
l 纯天然橡胶拉伸强度可达17~25MPa;炭 黑增强后可达25~35MPa。
l 3、在使用条件下无分子链间的相对滑动.即无冷 流现象。因为冷流结果,会使橡胶在负荷下发生 永久变形,去负荷后,不能恢复原形。
l 4、分子量通常大于缠结的分子量,分子量分布一 般较宽。
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高分子材料第五章橡胶
l 思考: l 橡胶高弹性的本质是什么? l 构型与构象是什么?
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l 特种橡胶是指具有耐高温、耐油、耐臭氧、耐老 化和高气密性等特点的橡胶,常用的有硅橡胶、 各种氟橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、丁腈橡胶、 聚丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶和丁基橡胶等,主 要用于要求某种特性的特殊场合。
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高分子材料第五章橡胶
四、橡胶的加工
l 1、生胶的制备:(单体--聚合--后处理) l 合成橡胶的聚合工艺主要应用乳液聚合法和溶液
d、收缩大,生胶强度低,粘性差;
e、硫化速度慢;
f、耐屈挠龟裂性比天然橡胶好,但裂纹扩展速
度快,抗撕裂性能差。
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高分子材料第五章橡胶
优点
a、硫化曲线平坦,胶料不易烧焦和过硫;
b、耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然 橡胶好,高温耐磨性好,适用于乘用胎;
c、在加工过程中相对分子质量降低到一定程度不再 降低,因而不易过炼,可塑度均匀,硫化橡胶硬度 变化小;
鲁科版高中化学必修二课件化学3.4.2《塑料橡胶纤维》课件.pptx
如果服装面料是由一种纤维材料制成的,则 用“纯X”或“100%X”来表示。如“纯 棉”“纯毛”或“100%棉”“100%毛”; 如果服装是由两种或两种以上的纤维制成的, 标签上应注明每种纤维种类的含量,如“涤 纶20%棉80%”等。
2、当前我国环保需要解决的白色污染通常是指
( C)
A.冶炼厂的白色烟尘 B.石灰窑的白色粉尘 C.聚乙烯等塑料垃圾 D.白色建筑废料
四.合成纤维
天然
棉花
羊毛
纤维
涤纶
(简称有机合成材料)
合成
晴纶
锦纶
用有机高分子化合物制成的材料就是有机高分
子材料。棉花、羊毛、天然橡胶等都属于天然有 机高分子材料。
合成纤维的强度
用高分子材料制造的半透膜分离海水。
海水淡化早就是人们重视的一项技术,如今已 有多种海水淡化的方法 。这张薄膜是特制的,它可 以让水透过,但绝不让盐透过。
复合材料是指两种或两种以上材料组合成的 一种新型的材料。
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第三章 重要的有机化合物
第四节 塑料 橡胶 纤维
第2课时
通用橡胶 特种橡胶 橡胶
三.合成橡胶
天然橡胶
合成橡胶
丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶 聚硫橡胶
硅橡胶
天然橡胶:
人工合成橡胶
氯丁橡胶
Байду номын сангаас
硅橡胶
练习: 1、下列物质中,一定不是天然高分子化合物的是
(C )
A. 橡胶 B.蛋白质 C.腈纶 D.纤维素
化学:3..4..2《橡胶 纤维》教案(鲁科版必修2)
第四节塑料橡胶纤维第二课时橡胶纤维【教学目标】1.通过多样化的学习活动<自主检索、收集、分类比较、展示等)使学生了解合成橡胶、合成纤维的主要品种.2.了解它们的原料来源与石油化工、煤化工的密切联系,同时提高他们的学习能力,丰富他们的学习方式。
【教学重点、难点】合成橡胶、合成纤维的主要品种及性能.【教师准备】教学媒体、课件;准备“活动·探究”实验用品。
【教学方法】问题激疑、实验探究、交流讨论、【教学过程】【引入】今天我们讨论第二大合成材料合成橡胶。
【板书】三、合成橡胶【展示】展示橡胶制品的图片。
【交流、研讨】结合你已有的知识和生活常识思考:1.橡胶的特性是什么?由此决定着它有哪些用途?2.根据来源和组成不同,常用的橡胶有哪几种?【讲述】构成橡胶的高分子链在无外力作用时呈卷曲状,而且有柔性,受外力时可伸直,但取消外力后又可恢复原状,因此橡胶是具有高弹性的高分子化合物。
根据来源和组成不同,橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。
合成橡胶往往具有高弹性、绝缘性以及耐油、耐酸碱、耐高温或低温等特性,因此具有广泛的应用。
Nav3F2fBcU【讲述】顺丁橡胶是化学家们最早模拟天然橡胶制得的合成橡胶,它具有较高的耐磨性,广泛用于制造轮胎、耐寒制品及胶鞋、胶布、海绵胶等。
利用工具栏讲解顺丁橡胶的合成,并以顺丁橡胶的高分子链的卷曲认识橡胶的高弹性。
Nav3F2fBcU【质疑】为什么实验室的橡胶管在空气中易老化?为什么盛酸的试剂瓶要用玻璃塞?【过渡】常用的橡胶除天然橡胶、顺丁橡胶外还有其它的通用橡胶。
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第4章-通用高分子材料-橡胶
良好的耐寒性、优良的气密性、防水性、电绝缘性和绝热性能。
缺点: 耐油性差,耐臭氧老化性和耐热老化性差。
非极性橡胶 含有不饱和双键,化学性质活泼。在空气中 汽油、苯 容易与氧进行自动催化、氧化的连锁反应。
4.2.4 合成橡胶
4.2.4.1 二烯类橡胶
聚丁二烯橡胶
以1, 3-丁二烯为单体聚合而得的一种通用合成橡胶 溶聚丁二烯橡胶
(2) 硫化促进剂 加快硫化速度,缩短硫化时间的物质。可减少硫化剂用量 和降低硫化温度,并可提高硫化胶的物理机械性能。
无机促进剂 硫化促进剂
有机促进剂
氧化镁、氧化铅等 促进效果小,硫化胶性能差
促进效果大,硫化胶物理机械 性能好。按化学结构分类,分 为噻唑类、秋兰姆类等八大类
(3) 硫化活性剂 提高促进剂的活性。几乎所有的的促进剂都必须在活性剂
4. 化学反应性
可进行有利的反应,如交联反应或进行取代等改性反应 有害的反应,如氧化降解反应等 上述两方面反应往往同时存在,可制成大部分结构的化学 活性很低,而引入少量可供交联的活性位置的橡胶。
5. 加工性能 结构对橡胶加工中熔体粘度、压出膨胀率、压出胶质量、
混炼特性、胶料强度、冷流性以及粘着性有较大影响。
4.2.2 原料及加工工艺
4.2.2.1 橡胶制品的原材料 主要原材料:生胶、再生胶以及各种配合剂。
纤维和金属材料作为骨架材料。
1. 生胶和再生胶 生胶包括天然橡胶和合成橡胶
含胶植物
浓缩乳胶
胶乳制品
干胶
橡胶制品中的生胶
天然橡 胶
再生胶是废硫化橡胶经化学、热及机械加工处理后所制得 的,具有一定的可塑性,可重新硫化的橡胶材料。可部分代 替生胶使用,以节省生胶、降低成本及改善胶料工艺性能, 提高产品耐油、耐老化性能。
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<五> SBR的性能应用 应用广泛,除要求耐油、耐热、耐特种介质 等特殊性能外的一般场合均可使用。 主要用于轮胎工业,如轿车胎、拖拉机胎、 摩托车胎中应用比例较大,载重及子午胎中 应用比例较小些。 在无特殊要求的胶带、胶管及一些工业制品 中也获得了广泛的应用,如输水胶管、鞋大 底等。
2.3 丁二烯橡胶
SBR 品种 数均分子量 枝化 分子量分布系数 苯乙烯含量% 顺式% 反式% 乙烯基% 序列特征 高温 E-SBR 100000 大量 7.5 23.5 ~17 ~46 ~14 无规 低温 E-SBR 100000 中等 4~6 23.5 9.5 55 12 无规 S-SBR ~100000 少量 1.5~2.0 20~25 34~36 38~29 8~胶”,并根据在 NR,SBR和BR中所学习的知识从分子结 构角度分析集成橡胶同时兼具高强度、高 抗湿滑性和低动态生热(滚动阻力)特性 的原因。
<四> NR的组成
组分 含量%wt 橡胶烃 ~93.3 丙酮抽出物 2.89 蛋白质 2.82 灰分 0.39 水分 0.61
丙酮抽出物
脂肪 蜡类 醇类 酯类 磷脂
这些小分子有机物对于 橡胶的加工、硫化和防 老化有利。
极性有机物——吸水,不利于NR的绝缘和耐水性
蛋白质
分解出的有机胺是NR的硫化促进剂和防老剂。
<二> 丁二烯橡胶的结构 1. 聚丁二烯的结构通式
HC CH2 CH x CH2
顺1,4结构
CH2 C H C H y CH2
反1,4结构
CH2 C H C CH2 z H
1,2结构
溶液聚合(配位聚合机理)的丁二烯橡胶的 各种结构的比例可通过催化体系的调整来改变。
2. 1,2 结构的性能特点 1,2 结构的含量直接决定了BR的Tg。 随着乙烯基含 量的增加, BR 的 弹 性 、 耐寒性变差; 与地面的摩擦 系数增大,抗 湿滑性提高, 但耐磨性有所 下降。
3. NR具有较好的加工性能——含有低分子 组分和其它有机小分子。 4.天然橡胶耐热性不高,在100oC下可短期 使用;耐老化,耐O3性能不高——主链 上存在大量的不饱和双键。 5.NR的耐油性差——非极性橡胶与烃类油 相容性高。
<七> NR的应用 综合性能好,可用来做各种橡胶制品。(除 了某些特殊性能要求的制品外,耐油、耐热 等) 广泛用于:轮胎、胶管、胶带和各种工业橡胶 制品。 是用途最广泛的一种橡胶,天然橡胶的耗胶 量占总耗胶量的35%。
2.2 丁苯橡胶
<一> 定义 丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯的共聚物。 是用量最大的一种合成橡胶;占合成胶 的~55%,占总橡胶用量的~34%。 英 文 为 styrene-butadiene rubber , 缩 写 SBR。
<二> SBR的合成方法和分类
高温丁苯橡胶(1000 系列) 低温丁苯橡胶(1500 系列) 低温丁苯橡胶炭黑母炼胶(1600 系列) 低温充油丁苯橡胶(1700 系列) 乳液聚合丁苯橡胶 低温充油丁苯橡胶炭黑母炼胶(1800 系列) 自由基聚合 高苯乙烯丁苯橡胶 机理 苯乙烯含量50 丁苯橡胶 液体丁苯橡胶 %~70% 羧基丁苯橡胶 烷基锂溶聚丁苯橡胶 溶液聚合丁苯橡胶醇烯溶聚丁苯橡胶 阴离子聚合 锡偶联溶聚丁苯橡胶 高反式聚 - 1,- 丁苯橡胶 4 机理
低温ESBR具有更好的综合性能。 与低温ESBR相比,SSBR的弹性高、内 耗低,滚动阻力小、抓着力强,抗湿化 性好。 但S-SBR的强度稍低,而且加工性能不好。
5. 新型S-SBR——Sn偶联S-SBR 苯乙烯含量10~30%; 乙烯基含量40~70%; 使用SnCl4将SBR大分子的链端偶联起来; 分子量在30~80万的范围,呈双峰分布规律。 其优势的关键在于Sn—C键在剪切加工时的断 裂。 可进一步提高抗湿化性、较小滚动阻力、提高 耐磨性。 Sn偶联S-SBR是目前制造节能环保型“绿色轮 胎”的理想材料。
2. 中乙烯基丁二烯橡胶 乙烯基含量在35~55%的低顺式丁二烯橡胶。 合适含量的乙烯基提高了耐磨性和耐老化性 能。 其硫化胶料的抗湿滑性能可以和SBR相当,但 耐磨性提高20~30%—适于制造小型轮胎。 3. 反1,4丁二烯橡胶 反式1,4的结构一般>80%。 在室温下存在结晶,生胶强度、硬度高、耐 磨性极好;弹性与SBR接近、动态生热大。 主要用于制造鞋底、地板、垫圈等。
<三> SBR的分子结构与性能(重点) 1. 单体比例
1,4丁二烯结构 (顺式、反式)
乙烯基
苯乙烯
随着苯乙烯含量的提高, 玻璃化转变温度提高,模 量提高、弹性下降、加工 性能变好。苯环还具有分 散应力提高耐磨性的作用。 综合各种性能,苯乙烯含 量为~23.5%。
2. 聚丁二烯的结构
1,4丁二烯结构 (顺式、反式)
3. 分子量和分子量分布 SBR的数均分子量为10~13万。 分子量分布宽:强度低、链端多内耗大、 加工性能好。 分子量分布窄:强度高,链端少内耗小、 加工性能不好。 分子链枝化度:高枝化度有利于加工性 能,但不利于力学强度;同时造成链端 多内耗大。
4. 乳聚SBR和溶聚SBR结构性能对比
顺1,4结构增多,BR弹性、耐寒性提高、 动态内耗减小、耐磨性提高(与路面的 摩擦系数极低)、与地面的抓着力下降、 抗湿滑能力下降。 反1,4结构增多,硬度、定伸应力提高, 弹性下降、耐磨性能好。
<三> 几种丁二烯橡胶的性能特点和应用 1. 顺1,4丁二烯橡胶(顺丁橡胶) 顺1,4结构达到96%~98%的丁二烯橡胶被 称为顺丁橡胶。 高弹性、耐寒性好、耐磨耗、耐动态疲劳、 动态内耗生热低。 拉伸强度、撕裂强度低;抗湿滑性不良; 加工性能不好、生胶会因自重而发生冷流。 顺丁胶很少单独使用,经常与其它通用橡 胶并用,主要用于轮胎。单独使用做高弹 性的制品——高尔夫球芯。
<二> NR的分子链结构 (重点) NR的主要成分是异戊二烯的均聚物。
分子对称性差, 难于结晶
分子对称性较 高,较易结晶
异构体形式 晶体熔点/oC 材料特征
顺 1,4 28 弹性体
反 1,4α 56 具有塑料性质
反 1,4β 65 具有塑料性质
巴西橡胶树生物合成的天然胶中97%为顺1,4异构体。
第四章 橡胶和弹性体材料
第二节 通用橡胶 2.1 天然橡胶(NR) 2.2 丁苯橡胶(SBR) 2.3 丁二烯橡胶(BR)
2.1 天然橡胶
<一> 天然橡胶的来源 1.天然橡胶来源于植物,这些植物包括:巴西 三叶橡胶树、银胶菊、杜仲树等。其中98% 的天然橡胶来自于巴西橡胶树。 2. 天然橡胶的主要原材料是橡胶树新鲜胶乳。 将新鲜胶乳经过一系列加工可得浓缩胶乳 (固含量超过60%)和干胶。 3. 天然橡胶的英文为nature rubber,缩写NR)。
<四> SBR的性能特点(重点) 非结晶性橡胶,必须使用增强填料补强。 补强后的强度能达到NR纯胶的水平。 耐磨性较好(特别是高温),耐寒性较差 (比NR),内耗大,生热高,弹性较低。 耐热氧老化特性优于NR,硫化速度较NR 慢(因SBR的双键浓度较低和苯环的体积 位阻效应);SBR的使用上限温度比NR高 10-20℃。 SBR的耐溶剂性能以及电绝缘性能与NR相 似,因为均为非极性二烯类橡胶。 加工性能比NR稍差,尤其是S-SBR包辊性 差 ,自粘互粘性差。
乙烯基
乙烯基含量增大,也会导致Tg增大,弹性下 降、加工性能、橡胶与地面的摩擦系数提高, 提高橡胶的抓着力,但耐磨性会略有下降。 顺式1,4结构分子链的回弹性高;其含量增 高会导致弹性增大、加工性能与强度的下降。 反式1,4结构分子链的对称性高,分子间排 布较紧密;其含量增多,弹性减小、模量和 加工性能变好。
<一> 定义与分类 1. 定义:由丁二烯单体合成得到的通用合 成橡胶。
英文名称:butadiene rubber,缩写:BR.
2. 分类
超高顺式聚丁二烯橡胶(顺式98%以上) 高顺式聚丁二烯橡胶(顺式96% ~ 98%,镍、钴、稀土催化剂) 配位聚合 低顺式聚丁二烯橡胶(顺式35% ~ 40%,锂催化剂) 溶液聚合高乙烯基聚丁二烯橡胶(乙烯基70%以上) 中乙烯基聚丁二烯橡胶(乙烯基35% ~ 55%) 聚丁二烯橡胶 低反式聚丁二烯橡胶(反式9%,顺式90%) 反式聚丁二烯橡胶(反式95%以上,室温为非橡胶态) 乳液聚合聚丁二烯橡胶 自由基聚合 本体聚合:丁钠橡胶(已淘汰)
灰分——无机盐和少量金属化合物,金属离子会促进老化。
<五> NR的性能特点(重点) 1. 高弹性——仅次于BR
CH3 H CH2 C C CH2 n
•与双键相邻C—C键的容易内旋转。 •分子链上的侧甲基数量少。
Tg~-72oC
•NR非极性分子间作用力低。
2. NR具有较高的力学性能 NR是一种结晶性橡胶,可拉伸结晶,NR 具有较高的分子量。 NR纯胶硫化后强度可达25MPa;用炭黑增 强后可达35MPa。 NR的撕裂强度也很高,最高可达98kN/m。 NR具有良好的耐疲劳性,滞后损失小,生 热低。 NR具有较高的耐磨性。
顺1,4聚异 戊二烯结晶 速度与温度 的关系
天然橡胶具有拉伸诱导结晶的特点。
这种拉伸结晶特性对 橡胶的强度有很大的 贡 献 。 NR 纯 胶 就 具 有较高的强度。
硫化NR结晶度与伸长率的关系
<三> NR的分子量与分子量分布(重点) NR的聚合度很高,~10000,分子量在3~ 3000万的范围内。 NR 的 分 子 量 分布呈双峰分 布规律。 低分子量部分 有 利 于 NR 的 加工。 高分子量的部 分 使 NR 具 有 较高的强度。