弹性体基础知识

1.3 橡胶的分类
1.3.1 按来源和用途分类
天然橡胶
通用合 成橡胶 丁苯橡胶（SBR） 顺丁橡胶（BR） 异戊橡胶（IR） 丁基橡胶（IIR） 丁腈橡胶（NBR） 乙丙橡胶（EPM，EPDM） 氯丁橡胶（CR） 硅橡胶（SiR） 丙烯酸酯橡胶（ACM） 氟橡胶(FKM） 氯醚橡胶（CO、ECO）
拉伸 18-29oC， 长L0 至2L0保 持1min 去除外力 1min内恢复 到小于1.5L0
1.1.2 橡胶与弹性体在定义上的异同与关系
� �
� �
�
“橡胶（rubber）”最早得名于西班牙探险家哥伦 布在南美洲的探险活动——是“擦子”的意思。 合成橡胶由于分子结构和交联机理与天然橡胶有 很大的相似性，且通用合成橡胶主要是用来替代 NR的，所以沿用了“橡胶”名称。 一些特种橡胶的分子结构虽与NR不同，但是仍需 化学交联（与NR类似），仍沿用“橡胶”。 上世纪60～70年代开始，热塑性弹性高分子材料 开始发展。这类材料在分子结构和交联机理与NR 具有很大的不同，因此根据其高弹性特点，创造 了“Elastomer，弹性体”以区别于传统的天然橡胶 和化学交联的合成橡胶。 后来弹性体逐步成为了具有“高弹性的高分子材料 的统称”（ASTM D1566）。
1.2 弹性体材料高弹性的来源 及其对分子结构的要求
1.2.1 橡胶弹性的来源 � 橡胶弹性的来源于高分子链的熵弹性——当 高分子材料受到外力发生较大的形变时，其 分子链通过分子内旋转发生变形，整体的熵 值减少。当外力去除，变形了的高分子链有 向熵值较高的原始状态自发回复的趋势。
1.2.2 弹性体材料对结构的要求
1.1橡胶和弹性体的定义
1.1.1 橡胶的定义 � 根据美国材料测量协会（ASTM D1566）标准的定义： 橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速地恢复其 形变。 � 橡胶能够被改性，改性的橡胶后的橡胶不能溶于有 机溶剂中，但可溶胀。改性的实质是指橡胶的硫化 （即交联）。 � 硫化后的橡胶材料的高弹性的特征：
2. 在使用温度下要不结晶或结晶很少 � PE和POM虽然Tg都很低，但大量的结晶 结构可将高分子的强迫高弹形变固定下 来。 � 拉伸结晶现象对于橡胶的高强度具有很 大的贡献——如NR，IIR，CR和EPM等。 3. 在使用温度下分子链间相对滑移要 小——否则制品会产生很大的永久变形 � 分子链上要有可交联（化学或物理的） 的位置。
BR
12%
2006年我国共消耗橡胶516.6万吨，其中NR、SBR、 BR、SBS四大品种占88％。
1.4 橡胶的配合
�
橡胶的配合——指为了满足橡胶制品的性 能、加工工艺和成本的要求，确定橡胶以 及各种配合剂的种类和用量。
橡胶配合体系通常包括5大体系： （1）生胶体系——母体和基体材料 （2）硫化体系——使橡胶产生交联 （3）填充增强体系——提高力学性能、降低 成本 （4）软化增塑体系——提高加工性能、提高 制品柔软度和耐寒性 （5）防护体系——提高橡胶的耐老化性能
第四章 橡胶和弹性体材料
第一节 基本概念和基础知识 第二节 通用橡胶——NR、SBR、BR、 EPDM、IIR、NBR、CR 第三节 特种橡胶——SiR、ACM、FKM 第四节 热塑性弹性体——共混型、共聚型
第一节 基本概念和基础知识
1.1 橡胶和弹性体的定义（重点－掌握） 1.2 橡胶弹性的特征和对高分子结构的要求 （重点－掌握） 1.3 橡胶的分类 1.4 橡胶的配合 1.5 橡胶/弹性体材料的典型力学性能指标
�
撕裂过程中最大力值 撕裂强度＝ 样品的厚度
单位: kN/m
�
裤形撕裂试样
注意：不同类型的撕 裂试样得到的撕裂强 度数值各不相同!
1.5.6 疲劳性能
硫化橡胶在周期性应力或应变的作用下，结构 和性能的变化称为疲劳现象。 定负荷压缩疲劳——古德里奇压缩疲劳
� 试样
主要指标包括： •动态温升 •动态压缩永久变形
合成橡胶
大品 种特 种橡 胶 小品 种特 种橡 胶
特种合 成橡胶
1.3.2 按化学结构分类
天然橡胶（NR） 丁苯橡胶（SBR） 不饱和非极性 顺丁橡胶（BR） 异戊橡胶（IR） 丁腈橡胶（NBR） 不饱和极性 氯丁橡胶（CR） 乙丙橡胶（EPM） 饱和非极性 丁基橡胶（IIR） 氟橡胶（FKM） 氯化聚乙烯（CPE） Hale Waihona Puke Baidu和极性 氯磺化聚乙烯（CSM) 丙烯酸酯橡胶（ACM） 硅橡胶（SiR） 聚氨酯橡胶（PU） 氯醚橡胶（CO、ECO)
碳链橡胶
杂链橡胶
1.3.3 其它分类方法
化学交联的传统橡胶
按交联方式
热塑性弹性体——第三代橡胶 块状固体橡胶
按原料形态
粉末橡胶 液体橡胶
2006年中国橡胶消费比例
NR SBR BR IIR EPDM CR NBR SBS 其它SR 9% 3%
2% 1% 2% 4%
SBS NR SBR
16% 51%
负 重
1.5.7 耐磨性能——阿克隆磨耗
�
在阿克隆磨耗机上，使试样与砂轮成 15o倾斜角和受 26.7N的压力下，橡胶与砂轮磨耗1.61km，被磨损下 的体积（单位cm3/1.61km)。
阿克隆磨耗机及其基本原理
课后作业
请从上分析橡胶和热塑性塑料在高分子 结构区别。 � 写出下列缩写的中文名：NR、BR、SBR、 EPM、EPDM、CR � 写出下列橡胶的英文缩写：丙烯酸酯橡 胶、氟橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、聚氨 酯橡胶
100％
300％
1.5.4 硬度 � 橡 胶 的 硬 度 试 验，是测定橡胶 试样在一定外力 作用下对压针的 抵抗能力。硬度 值的大小反映了 橡胶的软硬程度。
硬度计和压针示意图
1.5.5 撕裂强度
橡胶材料在大形变下，往往先在某处出现小裂 口，然后撕裂从该裂口处开始并扩展，直至材 料破坏。 � 撕裂强度表现了预制缺口的试验在变形时抵抗 裂口扩展的能力。
弹性体
热塑性弹性体 热塑性弹性体
其它高分子 其它高分子 弹性体材料 弹性体材料
传统的橡胶材料：天 然橡胶、合成橡胶
热塑性弹性体（TPE）
�
热塑性弹性体（thermoplastic elastomer，简记：TPE）是 指在常温下具有加硫橡胶的性质（即弹性体的性质），在 高温下又可以塑化变形之高分子材料。它可以用塑料的加 工机器如注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压延成型、TDie流延成型等较传统硫化橡胶更为快速的加工方式制造 成品，且有质轻（密度低）、环保（可回收、燃烧无毒）、 使用寿命长（可较传统橡胶达5~10倍以上）、加工变化度 大、制品总成本低等优点。在各行业中，逐渐被广泛使用。 TPE有时候也被称作热塑性橡胶（Thermoplastic Rubber，TPR），但由其定义而言，应称为TPE较适当。 TPE是弹性体，具有加硫橡胶的性质，但却不需要加硫。 此外TPE并具有许多介于橡胶与塑胶中间的特征。
保证材料可以发生 较大的变形 保证外力去除后材料可以在 熵增的驱动下形变回复
名称 天然橡胶 顺丁橡胶 丁苯橡胶（75/25） 丁基橡胶 Tg/oC -73 -105 -60 -70 名称 丁腈橡胶 （70/30） 乙丙橡胶 硅橡胶 氟橡胶 Tg/oC -41 -60 -120 -55
1.大分子链要 有足够的柔性
1.5 弹性体材料的典型性能指标
1.5.1 拉伸强度 � 交联的橡胶/热塑性弹性体试样在预先设定的速 率（一般为500mm/min）被拉断时的工程应力。
1.5.2 断裂伸长率 � 橡胶试验被拉断时的 应变值，单位为％。
1.5.3 定伸应力 � 弹性体材料在一定伸长时所承受工程应力。 通常测100％和300％时的定伸应力。
�