硅橡胶基本知识培训讲解

2
5.1 概述 橡胶的发展历史 （1）天然橡胶的发现和利用 ）
早在11世纪，南美洲人即已开始利用野生天然橡胶。 早在 世纪，南美洲人即已开始利用野生天然橡胶。 世纪 1496，哥伦布第二次到美洲，发现橡胶树； ，哥伦布第二次到美洲，发现橡胶树； 1736年法国人孔达米纳参加法国科学院赴南美考察队，观察到三叶橡胶 年法国人孔达米纳参加法国科学院赴南美考察队， 年法国人孔达米纳参加法国科学院赴南美考察队 树流出的胶乳可固化为具有弹性的物质。 树流出的胶乳可固化为具有弹性的物质。 1823，英国人麦金托什创办第一个橡胶防水布厂 橡胶工业的开始； ，英国人麦金托什创办第一个橡胶防水布厂—— 橡胶工业的开始； 同期，英国人Hancock发现橡胶通过两个转动滚筒的缝隙反复加工，可 发现橡胶通过两个转动滚筒的缝隙反复加工， 同期，英国人 发现橡胶通过两个转动滚筒的缝隙反复加工 以降低弹性，提高塑性。这一发现奠定了橡胶加工的基础， 以降低弹性，提高塑性。这一发现奠定了橡胶加工的基础，他被公认为世 界橡胶工业的先驱。 界橡胶工业的先驱。 1839，Goodyear发现硫磺可使橡胶硫化 发现硫磺可使橡胶硫化——奠定橡胶加工业的基础； 奠定橡胶加工业的基础； ， 发现硫磺可使橡胶硫化 奠定橡胶加工业的基础 1888，Dunlop发明充气轮胎 发明充气轮胎——橡胶工业真正起飞； 橡胶工业真正起飞； ， 发明充气轮胎 橡胶工业真正起飞 1904，Mote采用碳黑对橡胶进行增强。 采用碳黑对橡胶进行增强。 ， 采用碳黑对橡胶进行增强
3
5.1 概述
橡胶的发展历史
（2）合成橡胶的发现和应用 ） 1900，确定了天然橡胶的结构——合成橡胶成为可能； ，确定了天然橡胶的结构 合成橡胶成为可能； 合成橡胶成为可能 1932，前苏联使丁钠橡胶工业化，之后相继出现了氯丁、 ，前苏联使丁钠橡胶工业化，之后相继出现了氯丁、 丁腈、丁苯橡胶； 丁腈、丁苯橡胶； 19世纪 年代，Zeigler-Natta催化剂的发现，导致合成 世纪50年代 催化剂的发现， 世纪 年代， 催化剂的发现 橡胶的新飞跃，出现了顺丁、乙丙、异戊橡胶； 橡胶的新飞跃，出现了顺丁、乙丙、异戊橡胶； 1965-1973，出现了热塑性弹性体，即第三代橡胶； ，出现了热塑性弹性体，即第三代橡胶； 茂金属催化剂给橡胶工业带来新的革命，现在已合成了 茂金属催化剂给橡胶工业带来新的革命， 茂金属乙丙橡胶等新型橡胶品种； 茂金属乙丙橡胶等新型橡胶品种； 环氧化、接枝、共混、动态硫化等技术的采用， 环氧化、接枝、共混、动态硫化等技术的采用，橡胶向 着高性能化、功能化特种化方向发展。 着高性能化、功能化特种化方向发展。
5.1 概述
橡胶的特征
大分子构象变化 带来的熵弹性。 带来的熵弹性。
高弹性：在外力作用下具有较大的弹性形变， 高弹性：在外力作用下具有较大的弹性形变，最高 弹性形变 可达1000%，除去外力后变形很快恢复； 可达 ，除去外力后变形很快恢复； 柔软性好、硬度低； 柔软性好、硬度低； 具有高分子材料的共性：粘弹性、绝缘性、 具有高分子材料的共性：粘弹性、绝缘性、环境老 化性、密度小。 化性、密度小。
使用温度范围/ Tg / ℃ 使用温度范围/ ℃ 50——120 －50 120 －70 －105 －60 －70 －41 －60 －120 －50——140 50——140 －50——140 50 140 －50——150 50 150 －35——180 35 180 －35——175 35 175 －40——150 40 150 －70——275 70 275
4
5.1 概述
国内发展现状
从2003年起，中国即成为世界第一橡胶消费大国； 年起，中国即成为世界第一橡胶消费大国； 年起 但我们又是一个橡胶资源匮乏的国家， 十五”以来， 但我们又是一个橡胶资源匮乏的国家，“十五”以来， 国内消费的天然橡胶65%以上、合成橡胶40%以上靠进 以上、合成橡胶 国内消费的天然橡胶 以上 以上靠进 口。
23
臭氧破坏裂解
7.1.1 高弹性的特点
2、改变交联键的结构
橡胶中常见交联键键能
交联键 C-O C-C C-S C - S - S -C S - S - S -S
键能（KJ/mol) 键能（ 103.9 93.0 80.9 59.4 47.5
24
耐热性提高
7.1.1 高弹性的特点 橡胶耐寒性不足原因？ 橡胶耐寒性不足原因？ Tg过高 过高 结晶
5
5.1 概述
橡胶的分类
天然橡胶
丁苯橡胶（ 丁苯橡胶（SBR） ） 顺丁橡胶（ ） 顺丁橡胶（BR） 通用合成橡胶 异戊橡胶（ ） 异戊橡胶（IR） 氯丁橡胶（ ） 氯丁橡胶（CR） 乙丙橡胶（ 乙丙橡胶（EPDM） ）
按来源和 用途分
合成 橡胶
丁腈橡胶（ 丁腈橡胶（NBR） ） 硅橡胶（ 硅橡胶（SiR） ） 特种合成橡胶 氟橡胶（ 氟橡胶（FPM） ） 聚氨酯橡胶（ ） 聚氨酯橡胶（PU）
16
5.1 概述 压延完成的作业：胶料的压片、压型、贴合、 压延完成的作业：胶料的压片、压型、贴合、纺织物的 贴胶、 贴胶、擦胶 设备：压延机， 设备：压延机，最普遍为三辊或四辊
17
5.1 概述
18
5.1 概述 压片：把混炼胶制成具有规定厚度、 压片：把混炼胶制成具有规定厚度、宽度和光滑表面 的胶片。 的胶片。 压型： 压型：将胶料制成表面有花纹并具有一定断面形状的 带状胶片，主要制造胶鞋大底、轮胎胎面。 带状胶片，主要制造胶鞋大底、轮胎胎面。 贴合：通过压延使两层薄胶片合成一层胶片。 贴合：通过压延使两层薄胶片合成一层胶片。 纺织物的贴胶：使胶料和织物挂胶织物的作业。 纺织物的贴胶：使胶料和织物挂胶织物的作业。 纺织物的擦胶：利用压延机辊筒转速不同， 纺织物的擦胶：利用压延机辊筒转速不同，把胶料擦 入织物线缝中。 入织物线缝中。
天然橡胶：Tg=-73℃，结晶温度： 55 天然橡胶：Tg=-73℃，结晶温度：-10～-40℃ －50——300 50 300 偏氟乙烯全氟丙烯共聚物 －
7.1.1 高弹性的特点
提高橡胶耐寒性的手段
1）添加增塑剂 提高链段活动的能力-降低 提高链段活动的能力-降低Tg 癸二酸二丁酯 Tg －80℃ 磷酸三甲酚酯 Tg －64℃
20
5.1 概述
f. 硫化： 硫化：
胶料在一定压力和温度下， 胶料在一定压力和温度下，橡胶大分子由线性结构变为 网状结构的交联过程。 网状结构的交联过程。
21
7.1.1 高弹性的特点
橡胶的使用温度范围
Tg 低温下玻璃化转变或结晶 变硬变脆和丧失弹性 改性耐寒性 Tf 高温下易臭氧龟裂氧 化裂解，交联， 化裂解，交联，其他 物理因素的破坏 提高耐热性
25
几种主要橡胶的使用温度
橡胶 顺1，4－聚异戊二烯 顺1，4－聚异丁烯 丁苯共聚物（ 丁苯共聚物（75/25) 聚异丁烯 丁腈共聚物（ 丁腈共聚物（70/30) 乙烯丙烯共聚物（ 乙烯丙烯共聚物（50/50) 聚二甲基硅氧烷
聚2－氯丁二烯（含1，4反式85％）－45 氯丁二烯（ 反式85％）－ 85％）
Hale Waihona Puke Baidu10
5.1 概述
④ 填充剂： 填充剂： 提高橡胶强度、改善工艺性能和降低成本。 提高橡胶强度、改善工艺性能和降低成本。 补强剂如炭黑、白炭黑、氧化锌、氧化镁等； 补强剂如炭黑、白炭黑、氧化锌、氧化镁等； 用于降低成本的填充剂，如滑石粉、硫酸钡等。 用于降低成本的填充剂，如滑石粉、硫酸钡等。 增塑剂： ⑤ 增塑剂： 增加橡胶的塑性和柔韧性。 增加橡胶的塑性和柔韧性。 常用增塑剂有石油系列、 常用增塑剂有石油系列 、 煤油系列和松焦油 系列增塑剂。 系列增塑剂。
13
5.1 概述
14
5.1 概述
橡胶的配合与加工工艺
b. 混炼： 混炼： 将各种配合剂混入生胶中制成均匀的混炼胶 设备：开炼机、密炼机 设备：开炼机、
塑炼胶
促 进剂 、 活 性剂 、 防 老剂
增强剂、 填充剂
增塑 剂
硫化 剂
15
5.1 概述
橡胶的配合与加工工艺 c. 压延
利用压延机辊筒之间的挤 压力作用， 压力作用，使物料发生塑性 流动变形， 流动变形，制成具有一定断 面尺寸规格和规定断面几何 形状的片状或薄膜状材料； 形状的片状或薄膜状材料； 或者将聚合物覆盖并附着于 纺织物表面，如胶布。 纺织物表面，如胶布。
按形态分：固体、液体、 按形态分：固体、液体、粉末橡胶
……
6
5.1 概述
橡胶的配合与加工工艺
根据制品性能要求， （1）橡胶的配合 ）橡胶的配合——根据制品性能要求，进行配方设计 根据制品性能要求
生胶体系： 生胶体系： 天然橡胶、合成橡胶、生胶的替代材料（再生胶及热塑性树脂等） 天然橡胶、合成橡胶、生胶的替代材料（再生胶及热塑性树脂等） 硫化体系： 硫化体系： 硫化剂：硫黄、含硫化合物、过氧化物、醌类化合物、 硫化剂：硫黄、含硫化合物、过氧化物、醌类化合物、胺类化合 物等； 物等； 硫化促进剂； 硫化促进剂； 硫化活性剂（提高促进剂的活性） 硫化活性剂（提高促进剂的活性） 增强体系： 增强体系： 炭黑、白炭黑等（轮胎里含量达到50%，增强、耐磨） 炭黑、白炭黑等（轮胎里含量达到 ，增强、耐磨） 增塑剂、防老剂、可赋予橡胶特有功能的配合剂等。 另：增塑剂、防老剂、可赋予橡胶特有功能的配合剂等。
9
5.1 概述
硫化促进剂: ②硫化促进剂: 缩短硫化时间，降低硫化温度，改善橡胶性能。 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、 常用促进剂有二硫化氨基甲酸盐 、 黄原酸盐类 、 噻唑类等有机物。 噻唑类等有机物。 活化剂：用来提高促进剂的活性。 ③活化剂：用来提高促进剂的活性。 常用活化剂有氧化锌、氧化镁、硬酯酸等。 常用活化剂有氧化锌、氧化镁、硬酯酸等。
7
5.1 概述
橡胶的组分
以生胶为主要成分， 以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强材料 制成的。 制成的。
生 胶
指无配合剂、未经硫化的橡胶。 指无配合剂、未经硫化的橡胶。按原料来源 有天然橡胶和合成橡胶。 有天然橡胶和合成橡胶。
8
5.1 概述
配合剂 用来改善橡胶的某些性能。 用来改善橡胶的某些性能。 常用配合剂有硫 化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、 化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、 防老化剂、着色剂等。 防老化剂、着色剂等。 硫化剂: ① 硫化剂: 使生胶结构由线型转变为交联体型结构 常用硫化剂有硫磺和含硫化合物， 常用硫化剂有硫磺和含硫化合物 ， 有机过氧化 胺类化合物、树脂类化合物、金属氧化物等。 物，胺类化合物、树脂类化合物、金属氧化物等。
11
5.1 概述
防老剂：防止或延缓橡胶老化。 ⑥防老剂：防止或延缓橡胶老化。
物理防老如石蜡
作用机理
化学防老
胺类 酚类
硫 化
硫化剂
12
5.1 概述
橡胶的配合与加工工艺
包括塑炼、 （2）橡胶加工工艺 ）橡胶加工工艺——包括塑炼、混炼、压延、压出、成型、 包括塑炼 混炼、压延、压出、成型、 硫化等工艺 a. 塑炼： 塑炼： 使生胶由弹性状态转变为具有可塑性状态的工艺过程， 使生胶由弹性状态转变为具有可塑性状态的工艺过程， 依靠机械力、热和氧的作用，使橡胶大分子断裂， 依靠机械力、热和氧的作用，使橡胶大分子断裂，以降低 分子量、粘度、弹性，获得可塑性、流动性和可加工性； 分子量、粘度、弹性，获得可塑性、流动性和可加工性； 设备：开炼机、 设备：开炼机、密炼机
19
5.1 概述
d.压出： 压出： 压出
胶料通过压出机或螺杆挤出机 胶料通过压出机或螺杆挤出机 制成各种复杂断面形状的半成 品的工艺过程 制品：胶条、胶管、 制品：胶条、胶管、门窗密封 条
e. 成型： 成型：
把构成制品的各部件，通过粘贴、 把构成制品的各部件，通过粘贴、压合等方法组成具有一 定形状的整体的制品。 定形状的整体的制品。
22
7.1.1 高弹性的特点
提高橡胶耐热性的手段 1、改变橡胶的主链结构 易被氧化降解或交联 CH2－C=C
无双键： 丙烯腈－ 无双键：如乙丙橡胶 、丙烯腈－丙烯酸酯橡胶 减少双键：如丁基橡胶 减少双键： 主链为非碳原子组成： 主链为非碳原子组成： 如二甲基硅橡胶、乙基硅橡胶、 如二甲基硅橡胶、乙基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶