聚丁二烯橡胶性能学

聚丁二烯橡胶的力学性质
摘要：聚丁二烯橡胶是以1，3-丁二烯为单体聚合而得到的一种通用合成橡胶，1956年美国首先合成高顺式丁二烯橡胶，我国于1967年实现顺丁橡胶的工业化生产。

在合成橡胶中，聚丁二烯橡胶的产量和消耗量仅次于丁苯橡胶，居第二位。

中乙烯基丁二烯橡胶、丁钠橡胶、低顺式聚丁二烯橡胶等几种不同的聚丁二烯橡胶产品都具有很好的性能和市场。

作为一种橡胶，它弹性高，是当前弹性最高的一种；耐低温性能好，其玻璃化温度为-105，是通用橡胶中耐低温性能最好的一种；其耐磨性能优异；滞后损失小，生热性能低；耐屈挠性好；与其它橡胶的相容性好。

由于其优异的高弹性、耐寒性和耐磨损性能，主要用于制造轮胎，也可用于制造胶鞋、胶带、胶辊等耐磨性制品。

关键字：聚丁二烯橡胶、第二、弹性高、性能好、轮胎
背景：1956年美国首先合成高顺式丁二烯橡胶，我国于1967年实现顺丁橡胶的工业化生产。

在合成橡胶中，聚丁二烯橡胶的产量和消耗量仅次于丁苯橡胶，居第二位。

弹性高，是当前弹性最高的一种，耐低温性能好。

广泛用于轮胎制造，高档鞋、胶鞋、胶带、胶辊等耐磨性制品，具有很大的商业价值。

截止2006年，我国共有生产聚丁二烯橡胶企业共6家，总产量达44612Kt。

今年来，聚丁二烯橡胶的需求量不断增加，从1998至2003年消费量的年均增长率约为3.0%。

2003年总消费量达236万吨。

目的：为了更好的了解聚丁二烯橡胶的力学性质和用途，以及一
些常用的研究方法，分子结构和功能的关系，因而在次进行论述。

意义：聚丁二烯橡胶是我国最重要的胶种之一，为适应轮胎行业技术发展的要求，了解聚丁二烯橡胶的力学性质，有利于我们对他用途的认识，加深我们对合成橡胶的认识和对其性能的改进，从而发现它更大的商业价值。

研究理论和方法：基于高分子性能学的知识，以及高分子物理的结构与性能的关系。

RPA动态性能分析法，冲击弹性实验、GT-7012-A磨耗试验、橡胶硬度测试、门尼松弛实验、橡胶拉伸行为曲线、屈服行为。

研究进展：王中平等采用NdBR应用到轮胎配方中，结果表明轮胎耐久性和速度性能明显提高，轮胎温升明显降低，轮胎的安全性能明显提高。

刘金铃等研究了乙丙橡胶与顺丁橡胶并用，可以显著提高回弹性，降低永久变形。

正文：按聚合方法不同，聚丁二烯橡胶可分为溶聚丁二烯橡胶、乳聚丁二烯橡胶和本体聚合丁钠橡胶三种。

按分子结构可分为顺式聚丁二烯和反式聚丁二烯。

而顺式聚丁二烯又以顺式含量不同分为高顺式聚1，4-丁二烯、中顺式聚丁二烯、低顺式聚丁二烯。

聚丁二烯橡胶中最重要的品种是溶聚高顺式丁二烯橡胶。

其性能特点是：弹性高，是当前弹性最高的一种；耐低温性能好，其玻璃化温度为-105，是通用橡胶中耐低温性能最好的一种；其耐磨性能优异；滞后损失小，生热性能低；耐屈挠性好；与其它橡胶的相容性好。

由于其优异的高弹性、耐寒性和耐磨损性能，主要用于制造轮胎，也可用于制造胶鞋、胶带、胶辊等耐磨性制品。

缺点：抗张强度和抗撕裂强度均低于天然橡胶和丁苯橡胶；用于轮胎对抗湿滑性能不良；工艺加工性能和黏着性能较差，不易包辊。

溶聚丁二烯橡胶，是丁二烯单体在有机溶剂中制得的橡胶，可分为高顺式聚1，4-丁二烯橡胶、低顺式聚丁二烯橡胶和反式聚1，4-丁二烯橡胶。

乳聚丁二烯橡胶，是丁二烯单体在水介质中由乳化剂分散或悬浮液状态进行聚合所得的产物。

高顺式聚1，4-丁二烯橡胶的基本性能：由于高顺式聚1，4-丁二烯橡胶的分子结构比较规整，主链上无取代基，分子间作用力小，分子长而细，分子中有大量的可发生内旋转的C—C单键，使分子十分柔软。

同时分子中还存在许多较具反应性的C=C 双键，这样的分子结构决定了此种橡胶具有以下性质：
一、高弹性
高顺式聚1，4-丁二烯橡胶是当前所有橡胶中弹性最高的一种橡胶甚至在很低的温度下，分子链段也能只有运动，所以在很宽的温度范围内显示高弹性，甚至在-40℃时还能保持。

一般来说，即使顺式含量最高的聚合物，在这一温度下也会结晶。

这种低温下所具有的较高弹性及抗硬化性能，使其与丁苯橡胶或天然橡胶并用时，能改善它的低温性能。

橡胶弹性的本质——熵弹性
橡胶热力学状态方程
形变过程熵减，能量储存为T △S
自发的熵增可使形状恢复，无能量损耗
二、滞后损失和生热小
由于高顺式聚1，4-丁二烯橡胶分子链段的运动所需克服周围分子链的阻力和作用力小，内摩擦小，当作用分子的外力去掉后，分子能较快的恢复至原状，因此滞后损失小，生热小，这一性能对于使用时反复变形，且传热性差的橡胶轮胎的使用寿命有一定
ε的变化落后于σ,发生滞后现象,则每一个
循环都要消耗功.内耗的情况可以从橡胶拉伸—回缩的应力应变曲线上看出
V l V T T f T l U f ,,⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=1ε'1ε ε
σ 0 1ε''1σ A C D B E
一个形变周期的损耗
二、低温性能好
主要表现在玻璃化转变温度低，为-105℃左右，使用温度范围-70℃—140℃，可见在很低的温度下仍然可以使用。

而天然橡胶的为-73℃，丁苯橡胶的为-60℃左右。

玻璃化转变温度低，分子链的活动能力强，弹性好。

所以掺用高顺式聚1，4-丁二烯橡胶的胎面在寒带地区仍可保持较好的使用性能。

三、耐磨性能优异
对于需耐磨的橡胶制品，如轮胎、鞋底、鞋后跟等，这一胶种特别适用。

四、耐屈挠性能优异
高顺式聚1，4-丁二烯橡胶制品耐动态裂口生成性能良好。

五、混炼时抗破碎能力强
在混炼过程中高顺式聚1，4-丁二烯橡胶门尼粘度下降的幅度比()()()()()()δ
επσ=∆δ-ωωωεσ=∆∴εσ=εσ=∆⎰⎰⎰ωπS in W dt t Cos t S in W
dt t d t d t t d t W o o 20o o 展开积分得
天然橡胶小得多，比丁苯橡胶也小，因此在需要延长混炼时间时，对胶料的口型膨胀及压出速度几乎无影响。

六、模内流动性好
用高顺式聚1，4-丁二烯橡胶制造的制品缺胶情况少。

缺点：当然高顺式聚1，4-丁二烯橡胶也有它自身的缺点，就力学性能而言，它的拉伸强度与撕裂强度低，高顺式聚1，4-丁二烯橡胶的这两种性能指标均低于天然橡胶和丁苯橡胶。

因而在轮胎胎面中掺用量较高时，不耐刺扎和切割。

另外，生胶的冷流性大，这使得生胶或未硫化的胶料在存放时较易流动，因此在生胶的包装、储存及半成品存放过程中，需要注意这一问题。

在其他性能方面，它的抗湿滑性能差，易造成打滑。

同时工艺加工性能差。

低顺式聚丁二烯橡胶的基本特性：低顺式聚丁二烯橡胶中的1，2—结构低者，其分子量分布较窄，冷流倾向较大，工艺性能不如高顺式好，包锟及粘着力差。

物理性能与高顺式聚1，4-丁二烯橡胶相似，但弹性较低，生热较大。

低顺式聚丁二烯橡胶中的1，2—结构高者，即所谓的中乙烯基丁二烯橡胶抗老化性能优于高顺式，但强度、伸长率、耐磨性略低，工艺性能较差。

丁钠橡胶是以金属钠为引发剂，由丁二烯气相或液相聚合制得。

它是聚丁二烯系列产品的一个品种，可溶于汽油，苯，甲苯等溶剂，溶液具有很好的粘结能力。

在橡胶制品中具有良好的耐
磨性和抗屈挠性，弹性低，阻尼性优越，粘着力小，耐寒性较好。

性能与天然橡胶相似，可用以制一般橡胶制品。

丁钠橡胶的主要特性是1,2-链节含量较高，支化度大，分子量分布较宽。

丁钠橡胶主要用于生产电器开关隔膜、工业胶板、胶管、胶垫、压出制品以及胶鞋等橡胶制品及硬质合金（粉末冶金）生产中的粘合剂，也可用于陶瓷等烧结的粘合剂。

也可应用于机械、石棉加工和电机制造等工业部门。

但强度较差，在逐渐淘汰中。

结束语：聚丁二烯橡胶是我国最重要的胶种之一，为适应轮胎行业技术发展的要求，了解聚丁二烯橡胶的力学性质，有利于我们对他用途的认识，加深我们对合成橡胶的认识和对其性能的改进，从而发现它更大的商业价值。

为此而对聚丁二烯橡胶的力学性质进行分析和论述是有必要性的。

我也因此而加深了对聚丁二烯橡胶的认识，这是十分有利的。

参考文献：
1、凌绳、王秀芬，聚合物材料，中国轻工业出版社，2000年
2、何曼君，高分子物理，复旦大学出版社，1990年。