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其他性能指标，如回弹性、生热 、压缩永久变形、低温特性、耐 老化特性等。
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3.4 橡胶的加工工艺 橡胶制品的制备工艺过程复杂，一般包括塑炼、混炼 、压延、压出、成型、硫化等加工工艺。
塑炼：塑炼是使生胶由弹性状态转变为具有可塑性状态的 工艺过程。生胶具有很高的弹性，不便于加工成型。经塑 炼后，分子质量降低，黏度下降，可获得适宜的可塑性和 流动性，有利于后面工序的正常进行，如混炼时配合剂易 于均匀分散，压延时胶料易于渗入纤维织物等。塑炼过程 实质上就是依靠机械力、热或氧的作用，使橡胶的大分子 断裂，大分子链由长变短的过程。塑炼常用的设备有开炼 机和密炼机。
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合成橡胶的性能在某些方面已超过天然橡胶。如 氯丁橡胶耐火性能好，丁苯橡胶耐油、耐老化、 耐腐蚀都超过了天然橡胶。还有具有特殊用途的 硅橡胶、氟橡胶等。现在，合成橡胶的产量已超 过天然橡胶。
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压出：胶料在压出机(或螺杆挤出机)机筒和螺杆间的 挤压作用下，连续地通过一定形状的口型，制成各种 复杂断面形状的半成品的工艺过程。用压出工艺可以 制造轮胎胎面胶条、内胎胎筒、胶管、各种形状的门 窗密封胶条等。
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成型：把构成制品的各部件，通过粘贴、压合等方法 组合成具有一定形状的整体的过程 。
温度依赖性：橡胶在低温时处于玻璃态变硬变脆， 在高温时则发生软化、熔融、热氧化、热分解以至 燃烧。
橡胶具有高分子材料的共性：如黏弹性、绝缘性、 环境老化性、密度小等。
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3.3 橡胶的分类
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通用橡胶：凡是性能与天然橡胶相同或接近，物理性 能和加工性能较好，能广泛用于轮胎和其它一般橡胶 制品的橡胶称为通用橡胶。
科学家们仔细研究了橡胶的分子结构，发现它是以 异戊二烯为单体的聚合物，于是采用异戊二烯和1， 3-丁二烯等有类似结构的化合物，让它们发生聚合 反应，得到了与天然橡胶有相似性质的材料，这就 是合成橡胶。
国际上重要的合成橡胶品种有：丁苯橡胶、聚丁二烯橡 胶、丁基橡胶、丁睛橡胶、聚异戊二烯橡胶、氯丁橡胶 以及聚烯烃共聚物类热塑弹性体和苯乙烯共聚物类热塑 弹性体等。1999年世界合成橡胶的生产量为1400万吨， 我国2000年合成橡胶的生产量为85万吨。
橡胶
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橡胶
橡胶(Rubber)是一种高弹性的高分子化合物，它在大 的形变下能迅速有力地恢复其形变。它具有其它材 料所没有的高弹性，因而也称做弹性体。 橡胶的主要特征是分子量大，一般都在数十万，甚 至达到上百万左右；其次是橡胶具有多分散性，也 即橡胶的分子是大小不等的，有一个分布范围，这 是决定橡胶成为工程材料的内在原因。
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硫化：胶料在一定的压力和温度下，橡胶大分子由线形结 构变为网状结构的交联过程。
橡胶必须加入硫黄或其它能使橡胶硫化（或称交联）的物质， 使橡胶大分子交联成空间网状结构，才能得到具有使用价值的 橡胶制品，但是，热塑性橡胶可不必硫化。
在这个过程中，橡胶经过一系列复杂的化学变化，由塑性的混 炼胶变为高弹性的或硬质的交联橡胶，从而获得更完善的物理 力学性能和化学性能，提高和拓宽了橡胶材料的使用价值和应 用范围。硫化是橡胶制品生产中的最后一个加工工序。硫化方 法很多，按其使用的硫化条件不同，可分为冷硫化、室温硫化 和热硫化三种。硫化采用的设备有平板硫化机、硫化罐、鼓式 硫化机和自动定型硫化机等。
在第一次世界大战期间，迫于橡胶匮乏，德国人采用了 二甲基丁二烯聚合而成甲基橡胶，这是第一种具有实用 价值的合成橡胶。
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大约在1930年，德国和苏联用丁二烯作为单体，金 属钠作为催化剂，合成了丁钠橡胶。与其它单体共 聚可以改善了钠橡胶的性能。如与苯乙烯共聚得到 丁苯橡胶(Buna-S)，它的性质与天然橡胶极其相似 。
例如，天然橡胶的回弹率在0～100℃范围内，可达50％ ～85％以上，弹性模量为2～4MPa，约为钢铁的1／ 30000；伸长率可达1000％以上，为钢铁的300倍。NR的
Tg＝-72 ℃，冷却到-72 ℃以下时，弹性丧失变为脆性物
质。受冷冻的生胶加热到常温，仍可恢复原状。
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天然橡胶具有较高的力学强度。天然橡胶能在外力作 用下拉伸结晶，是一种结晶性橡胶，具有自增强性， 纯天然橡胶硫化胶的拉伸强度可达17～25 MPa，用炭 黑增强后可达25～35 MPa。天然橡胶的撕裂强度也很 高，可达98 kN/m。
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450型开炼机
橡胶密炼机
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一般混炼过程中加料顺序的原则是：如用量少、难分 散的配合剂，则先加；如用量大、易分散的配合剂， 则后加；为了防止焦烧，硫黄和超速促进剂一般最后 加入。 塑炼胶、再生胶、母炼胶——促进剂、活性剂、防老 剂——补强、填充剂——液体活化剂——硫磺、超速 促进剂。
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压延：利用压延机辊筒之间的挤压力作用，使物料发生塑 性流动变形，最终制成具有一定断面尺寸规格和规定断面 几何形状的片状材料或薄膜状材料；或者将聚合物材料覆 盖并附着于纺织物表面，制成具有一定断面厚度和断面几 何形状要求的复合材料，如胶布。压延机是压延工艺的主 要设备，压延机的类型依据辊筒数目和排列方式不同而异 。最普遍使用的类型为三辊压延机和四辊压延机。
不同类型的橡胶制品，其成型工艺也不同，全胶类制品，如各 种模型制品，成型工艺较简单，即将压延或压出的胶片或胶条 切割成一定形状，放入模型中经过硫化即可得到制品。含有纺 织物或金属等骨架材料的制品，如胶管、胶带、轮胎、胶鞋等 ，则必须借助一定的模具，通过粘贴或压合方法将各零件组合 而成型。粘贴通常是利用胶料的热黏性能，或使用溶剂、胶浆 、胶乳等黏合剂粘接成型。
特种橡胶：凡是具有特殊性能，专供耐热、耐寒、耐化 学腐蚀、耐油、耐溶剂、耐辐射等特殊性能橡胶制品使 用的称为特种橡胶。
实际上，通用橡胶和特种橡胶之间并无严格的界限， 如乙丙橡胶兼具上述两方面的特点。通用橡胶与特种 橡胶之间的有：氯丁橡胶（CR）、乙丙橡胶（EPDM ）、丁基橡胶（IIR）。
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3.4 橡胶的性能指标 拉伸强度：试样在拉伸破坏时，原横截面上单位面积上 所受的力，单位MPa。虽然橡胶很少在纯拉伸条件下使 用，但是橡胶的很多其他性能与该性能密切相关，如耐 磨性、弹性、应力松弛、蠕变、耐疲劳性等。
扯断伸长率：试样在拉伸破坏时，伸长部分的长度与 原长度之比，通常以比例(％)表示。
硬度：硬度是橡胶抵抗变形的能力的指标之一。用硬 度计来测试，最常用的是邵氏硬度计，其值的范围为0 ～100。其值越大，橡胶越硬。
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邵氏硬度计 仪器型号：德国Zwick公司 主要用途：用于测试软、硬质塑料， 橡胶及硫化橡胶等高分子材料的硬度
然橡胶具有良好的耐屈挠疲劳性能，滞后损失小，生 热低，并具有良好的气密性、防水性、电绝缘性和隔 热性 。 天然橡胶的加工性能好。表现为容易进行塑炼、混炼、 压延、压出等；但应防止过炼，降低力学性能 。
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天然橡胶的缺点: 耐油性、耐臭氧老化性和耐热氧 老化性差。
天然橡胶为非极性橡胶，易溶于汽油、苯等非极性 有机溶剂；天然橡胶分子结构中含有大量的双键， 化学性质活泼，容易与硫黄、卤素、卤化氢、氧、 臭氧等反应，在空气中与氧进行自动催化的连锁反 应，使分子断链或过度交联，使橡胶发生黏化或龟 裂，即发生老化现象，与臭氧接触几秒钟内即发生 裂口。
由于天然橡胶具有很好的综合性能，至今天然橡胶 的消耗量仍约占橡胶总消耗量的40％。
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制备天然橡胶的主要原材料是新鲜胶乳。将从树上 流出的新鲜胶乳经过一定的加工和处理可制成浓缩 胶乳和干胶。 浓缩胶乳中的总固体物含量在60％以上，主要用于 乳胶制品。 干胶按制造方式的不同，又可分为不同的品种。制 造烟片胶、绉片胶、风干片胶和颗粒胶的原则步骤 基本相同，包括稀释、除杂质、凝固、脱水分、干 燥、分级和包装几个步骤，但各步骤的实施工艺方 法略有不同。
但是直到1839年，美国人古德伊尔(Charles Goodyear) 成功地将天然橡胶进行了硫化后，橡胶才成为有使用价 值的材料。
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在古德伊尔发明了实用的硫化橡胶之后的1845年，英国 工程师R．W．汤姆森在车轮周围套上一个合适的充气 橡胶管，并获得了这项设备的专利，到了1890年，轮胎 被正式用在自行车上，到了1895年，被用在各种老式汽 车上。随着汽车数量的大量增加，用于制造轮胎的橡胶 的需求量也变得供不应求。
1955年美国人利用齐格勒—纳塔催化剂聚合异戊二烯。 首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本相同的合成 天然橡胶。不久用乙烯、丙烯这两种最简单的单体制造 的乙丙橡胶也获成功。此外还出现了各种具有特殊性能 的橡胶。现在合成橡胶的总产量已经超过了天然橡。
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3.2 橡胶的特性 高弹性：橡胶的弹性模量小，一般在1～9.8MPa。 伸长变形大，伸长率可高达1000%，仍表现有可恢 复的特性，并能在很宽的温度（-50～150℃）范围 内保持有弹性。
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天然橡胶具有最好的综合力学性能和加工工艺性 能，可以单用制成各种橡胶制品，也可与其他橡 胶并用，以改进其他橡胶的性能如成型黏着性、 拉伸强度等。它广泛应用于轮胎，胶管、胶带及 各种工业橡胶制品；所以，天然橡胶是用途最广 的橡胶品种。
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“天然牛筋底” 玩具：天然耐咬橡胶
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第三节 合成橡胶
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第一节 概述
3.1 橡胶的发展历史
人类使用天然橡胶的历史已经有好几个世纪了。哥伦布 在发现新大陆的航行中发现，南美洲土著人玩的一种球 是用硬化了的植物汁液做成的。一些样品被视为珍品带 回欧洲。后来人们发现这种弹性球能够擦掉铅笔的痕迹 ，因此给它起了一个普通的名字 “擦子(Rubber)”。这种 物质就是橡胶。
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定伸应力：试样在一定伸长(通常300％)时，原横截面上 单位面积所受的力，单位MPa。 撕裂强度：表征橡胶耐撕裂性的好坏，试样在单位厚度上 所承受的负荷，单位kN/m。 阿克隆磨耗：在阿克隆磨耗机上，使试样与砂轮成150倾 斜角和受到2．72kg的压力情况下，橡胶试样与砂轮磨耗 1.61km时，用被磨损的体积来表征橡胶的耐磨性，单位 cm3/1.61km。
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硫化橡胶中，长链与长链之间又形成键，产生网状 结构而交联在一起，其柔韧性和弹性都会增大。
平板硫化机
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第二节 天然橡胶
橡胶工人从橡胶树上提取橡胶
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天然橡胶(natural rubber，NR)是指从植物中获得的 橡胶，这些植物包括巴西橡胶 (也称三叶橡胶)、银菊 、橡胶草、杜仲草等。巴西橡胶树含胶量多，质最好 ，产量最高， 采集最容易，目前世界天然橡胶总产 量的98％以上来自巴西橡胶树。 巴西橡胶树适于生长在热带和亚热带的高温地。全世 界天然橡胶总产量的90％以上产自东南亚地区，主要 是马来西亚、印度尼西亚、斯里兰卡和泰国，其次是 印度、中国南部、新加坡、菲律宾和越南等。
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混炼：将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼 胶的过程称为混炼。
混炼是橡胶加工工艺中最基本和最重要的工序之一， 混炼胶的质量对半成品的工艺加工性能和橡胶制品的 质量具有决定性的作用。在生产中，每次的混炼胶料 都要进行快速检验，检查的目的是为了判断混炼胶料 中配合剂是否分散良好，有无漏加、错加，以及操作 是否符合工艺要求等，以便及时发现问题和采取补救 措施。混炼采用的设备有开炼机和密炼机，密炼机的 混炼室是密闭的，混合过程中物料不会外泄，有效地 改善了工作环境。
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天然橡胶的成分，如蛋白质 、丙酮抽出物、灰分、水分等，通过对35种烟胶片和 102种皱胶片的组成分析，其结果如下表所示：
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天然橡胶的性能和应用
天然橡胶具有很好的弹性。在通用橡胶中仅次于顺丁 橡胶。这是由于天然橡胶分子主链上与双键相邻的键 容易旋转，分子链柔性好，在常温下呈无定型状态； 分子链上的侧甲基体积小，数目少，位阻效应小；天 然橡胶为非极性物质，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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天然橡胶，其化学组成是聚异戊二烯有顺式与反式两种 构型，它们的结构简式分别为：
顺式
CH2 C
H
CH2 C
CH3
n
CH2
CH3
CC
H
CH2
反式
n
顺式-1,4-聚异戊二烯适合做橡胶，其分子结构具有三个特点：
（1）分子链的柔顺性较好. （2）分子链间仅有较弱的作用力. （3）分子链中一般含有容易进行交联的基团（如含不饱和双键）.