橡胶

橡膠
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橡膠(Rubber)是指具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產生較大形變，除去外力後能恢復原狀。橡膠屬於完全無定型聚合物，它的玻璃化轉變溫度(T g)低，分子量往往很大，大於幾十萬。

早期的橡膠是取自橡膠樹、橡膠草等植物的膠乳，加工後製成的具有彈性、絕緣性、不透水和空氣的材料。高彈性的高分子化合物。分為天然橡膠與合成橡膠二種。天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質後加工製成;合成橡膠則由各種單體經聚合反應而得。橡膠製品廣泛應用於工業或生活各方面。

中文名稱 ：橡膠

外文名稱：Rubber

分類:天然橡膠與合成橡膠兩種

應用:工業和生活各方面

橡膠起源

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橡膠一詞來源於印第安語cau-uchu，意為"流淚的樹"。天然橡膠就是由三葉橡膠樹割膠時流出的膠乳經凝固、乾燥後而製得。1770年，英國化學家J.普里斯特利發現橡膠可用來擦去鉛筆字跡，當時將這種用途的材料稱為rubber，此詞一直沿用至今。橡膠的分子鏈可以交聯，交聯後的橡膠受外力作用發生變形時，具有迅速復原的能力，並具有良好的物理力學性能和化學穩定性。橡膠是橡膠工業的基本原料，廣泛用於製造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠製品。

天然橡膠的工業研究和應用始於19世紀初。1819年蘇格蘭化學家馬金托希發現橡膠能被煤焦油溶解，此後人們開始把橡膠用煤焦油、松節油等溶解，製造防水布。從此，世界上第一個橡膠工廠於1820年在英國哥拉斯（GLASGOW）建立。為使橡膠製品便於加工，1826年漢考克（Hancock）發明了用機械使天然橡膠獲得塑性的方法。1839年美國人固特異發明了橡膠的硫化法，解決了生膠變粘發脆問題，使橡膠具有較高的彈性和韌性，橡膠才真正進入工業實用階段。因此，天然橡膠才成為重要的工業原料，橡膠的需要量亦隨之急劇上升。

早在11世紀，南美洲人民就已使用橡膠球做遊戲和祭品。1493年意大利航海家哥倫布第二次航行探險到美洲時，看到印第安人手拿一種黑色的球在玩，球落在地上彈的很高，它是由從樹中取出的乳汁製成的。此後，西班牙和葡萄牙在征服黑西哥和南美洲的過程中，將橡膠知識陸續帶到了歐洲。

進入18 世紀，法國連續派遣科學考察隊奔赴南美洲。1736 年法國科學家康達明（Charles de Condamine）參加了南美洲科學考察隊，從秘魯將一些橡膠製品及記載橡膠樹的有關資料帶回法國，出版了《南美洲內地旅行紀略》。該書詳述了橡膠樹的產地、採集膠乳的方法和利用橡膠製成壺和鞋的過程，引起了人們的重視。

1768年，法國人麥加（P. J. Macquer）發現可用溶劑軟化橡膠，製成醫療用品和軟管。1828年英國人馬琴托士（C. Mackintosh）用膠乳製成防雨布，但製品熱天發粘，冷天變脆，質量很差。

19世紀80年代西方國家的第二次產業革命過程中，1888年英國醫生鄧錄普（Dunlop）發明了充氣輪胎。1876年英國人魏克漢（H. A. Wickham）把橡膠樹的種子和幼苗從巴西運回倫敦皇家植物園邱園（Kew Garden）繁殖，然後將培育的橡膠苗運往錫蘭（即現在的斯里蘭卡）、馬來亞、印度尼西亞等地種植均獲成功。現在硅橡膠也廣泛的運用在了汽車橡膠配件中。

1887年，馬來西亞、斯里蘭卡、印度尼西亞擴種建立膠園，新加坡植物園主任芮德勒（H. N. Ridley）發明了不傷橡膠樹形成層組織的在原割口上重複切割的連續割膠法，糾正了橡膠樹原產地用斧頭砍樹取膠因而傷樹、不能持久產膠的舊方法，使橡膠樹能幾十年連續割膠。

成份

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天然橡膠是由膠乳製造的，膠乳中所含的非橡膠成分有一部分就留在固體的天然橡膠中。一般天然橡膠中含橡膠烴92%-95%，而非橡膠烴占5%-8%。由於製法不同，產地不同乃至采膠季節不同，這些成分的比例可能有差異，但基本上都在範圍以內。

蛋白質可以促進橡膠的硫化，延緩老化。另一方面，蛋白質有較強的吸水性，可引起橡膠吸潮發霉、絕緣性下降，蛋白質還有增加生熱性的缺點。

丙酮抽出物是一些高級脂肪酸及固醇類物質，其中有一些起天然防老劑和促進劑作用，還有的能幫助粉狀配合劑在混煉過程中分散並對生膠起軟化的作用。

灰分中主要含磷酸鎂和磷酸鈣等鹽類，有很少量的銅、錳、鐵等金屬化合物，因為這些變價金屬離子能促進橡膠老化，所以他們的含量應控制。

干膠中的水分不超過1%，在加工過程中可以揮發，但水分含量過多時，不但會使生膠儲存過程中易發霉，而且還會影響橡膠的加工，如混煉時配合劑易結團;壓延、壓出過程中易產生氣泡，硫化過程中產生氣泡或呈海綿狀等。

分子結構

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橡膠的分子特徵---構成橡膠彈性體的分子結構有下列特點：

1、其分子由重複單元（鏈節）構成的長鏈分子。分子鏈柔軟其鏈段有高度的活動性，玻璃化轉變溫度(Tg)低於室溫。

2、其分子間的吸引力（范德華力）較小，在常態（無應力）下是非晶態，分子彼此間易於相對運動。

3、其分子之間有一些部位可以通過化學交聯或由物理纏結相連接，形成三維網狀分子結構，以限制整個大分子鏈的大幅度的活動性。

從微觀上看，組成橡膠的長鏈分子的原子和鏈段由於熱振動而處於不斷運動中，使整個分子呈現極不規則的無規線團形狀，分子兩末端距離大大小於伸直的長度。一塊未拉伸的橡膠象是一團捲曲的線狀分子的纏結物。橡膠在不受外力作用時，未變形狀態熵值最大。當橡膠受拉伸時，其分子在拉伸方向上以不同程度排列成行。為保持此定向排列需對其作功，因此橡膠是抵制受伸張的。當外力除去時，橡膠將收縮回到熵值最大的狀態。故橡膠的彈性主要是源於體系中熵的變化的「熵彈性」。

性能分析

應變性質

應力－應變曲線是一種伸長結晶橡膠的典型曲線，其主要組分是由於體系變得有序而引起的熵變。隨着分子被漸漸拉直，使得分子鏈上支鏈的隔離作用消失，分子間吸引力變得顯著起來，從而有助於抵抗進一步的變形，所以橡膠在被充分拉伸時會呈現較的高抗張強度。橡膠在恆應變下的應力是溫度的函數。隨溫度的升高橡膠的應力將成比例地增大。

橡膠的應力對溫度的這種依賴稱為焦耳效應，它可以說明金屬彈性和橡膠彈性間的根本差別。在金屬中，每個原子都被原子間力保持在嚴格的晶格中，使金屬變形所做的功是用來改變原子間的距離，引起內能的變化。因而其彈性稱為「能彈性」。其彈性變形的範圍比橡膠中主要由於體系中熵的變化而產生的「熵彈性」的變化範圍要小得多。

熱性能

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1、導熱性 橡膠是熱的不良導體，其導熱係數在厚度為25毫米時約為2.2～6.28瓦/米2·0K。是優異的隔熱材料，如果將橡膠做成微孔或海綿狀態，其隔熱效果會進一步提高，使導熱係數下降至0.4～2.0瓦。任何橡膠製件在使用中，都可能會因滯後損失產生熱量，因此應注意散熱。

2、熱膨脹 由於橡膠分子鏈間有較大的自由體積，當溫度升高時其鏈段的內旋轉變易，會使其體積變大。橡膠的線膨脹係數約是鋼的20倍。這在橡膠製品的硫化模型設計中必須加以考慮，因為橡膠成品的線性尺寸會比模型小1.2～3.5％。對於同一種橡膠，膠料的硬度和生膠含量對膠料的收縮率也有較大的影響，收縮率與硬度成反比，與含膠率成正比。各種橡膠在理論上的收縮率的大小順序為：氟橡膠>硅橡膠>丁基橡膠>丁腈橡膠>氯丁橡膠>丁苯橡膠>天然橡膠

橡膠製品在低溫使用時應特別注意體積收縮的影響，例如油封會因收縮而產生泄漏，橡膠與金屬粘合的製品會因收縮產生過度的應力而導致早期損壞。

電性能

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通用橡膠是優異的電絕緣體，天然橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠和丁苯橡膠都有很好的介電性能，所以在絕緣電纜等方面得到廣泛應用。丁腈橡膠和氯丁橡膠，因其分子中存在極性原子或原子基團，其介電性能則較差。在另一方面，在橡膠中配入導電炭黑或金屬粉末等導電填料，會使它有足夠的導電性來分散靜電荷，或者甚至成為導電體。

氣體透過性(氣密性)

橡膠的氣透率是氣體在橡膠中的溶解度與擴散度的乘積。氣體的溶解度隨橡膠的溶解度參數增加而下降，氣體在橡膠中的擴散速度取決於橡膠分子中側鏈基團的多少。氣體在各種橡膠中的透過速度有很大的不同，在橡膠中氣透性較低的是聚醚橡膠和丁基橡膠，丁基橡膠氣透性只有天然膠的1/20。而硅橡膠的氣透性最大。橡膠的氣透性隨溫度的升高而迅速上升，對於使用炭黑作填料的製品來說，其品種和填充量對氣透性能影響不大。但軟化劑的用量大小對硫化膠的氣透性能影響很大，對氣透性能要求較高的橡膠製品，軟化劑的用量儘可能減少為好。

可燃性

大多數橡膠具有程度不同的可燃性。而分子中含有鹵素的橡膠如氯丁橡膠、氟橡膠等，則具一定的的抗燃性。因此，含有氯原子的氯丁膠和氯磺化聚乙烯在移開外部火焰後，既便燃燒也是困難的，而氟橡膠則完全是自行滅火的。在膠料中配入阻燃劑（例如磷酸鹽或含鹵素物質）可提高其阻燃性。

橡膠分類

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一、按來源和用途分類：

1、天然橡膠（NR）

2、合成橡膠：又分為通用合成橡膠和特種合成橡膠。

通用合成橡膠有：丁苯橡膠（SBR）、順丁橡膠（BR）、異戊橡膠（IR）、氯丁橡膠（CR）、乙丙橡膠（EPM、EPDM）和丁基橡膠（IIR）。

特種合成橡膠有：丁腈橡膠（NBR）、氟橡膠（FPM）、硅橡膠（SiR）、聚氨酯橡膠（PU）、聚硫橡膠（T）、氯磺化聚乙烯（CSM）、氯化聚乙烯橡膠（CM）、丙烯酸酯橡膠（ACM）和氯醚橡膠（CO、ECO）等。 二、按化學結構分類：

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1、碳鏈橡膠：

不飽和非極性橡膠有：NR、SBR、BR和IR。

不飽和極性橡膠有：NBR、CR

飽和非極性橡膠有：EPM、EPDM、IIR

飽和極性橡膠有：FPM、CM、CSM、ACM

2、雜鏈橡膠有：T、CO、ECO、PU、SiR

三、按形態分類

固體橡膠、液體橡膠、粉末橡膠

四、按交聯方式分類

化學交聯橡膠、物理交聯橡膠（比如熱塑性彈性體）

性能及應用

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1. 天然橡膠（NR） 綜合性能比較全面，具有很好的耐磨性、很高的彈性、扯斷強度及伸長率。缺點是耐油、耐熱、耐寒、耐化學、耐老化等性能太差，遠不及其他合成橡膠。主要用於輪胎、膠管、膠帶、醫療用品、體育用品及一些其他工業用品。使用溫度：-75-90℃。

2. 丁苯橡膠（SBR）綜合性能與天然橡膠相當，而磨耗及熱老化性能則優於天然橡膠，與天然橡膠和多種合成橡膠並用，加工性能好，是一種通用橡膠。主要使用語膠管，輪胎，膠帶。膠鞋，以及各種工業橡膠製品。使用溫度：-60-100℃。

3. 順丁橡膠（BR）加工性能好，具有優異的耐磨性和彈性，生熱少，耐低溫性能好。耐屈撓也不錯，缺點是撕裂強度和抗滑性不好。廣泛用於輪胎，膠管，膠帶，膠鞋以及其他橡膠製品方面。使用溫度：-100-100℃。

4. 氯丁橡膠（CR）耐臭氧，耐氣候老化，耐油，耐溶劑，阻燃，絕緣以及耐水性，氣密性，拉伸強度等方面的性能均較好。缺點是耐寒性差，比重（密度）大。適用於膠管、膠帶、輸送帶、電線電纜、空調橡膠製品，以及建築、船舶、汽車等密封製品。使用溫度：-60-120℃。

5. 丁腈橡膠 （NBR）可長期在120度以下溫度使用，氣密性較好（僅次於丁基橡膠）耐油，耐磨，抗撕裂等性能功能極佳（注意：此材料屬於半導體橡膠，因此不適宜做絕緣性產品）適用於汽車，機械方面膠管，密封件，電纜護套，海綿製品等。使用溫度：-50-120℃。

6. 氫化丁腈橡膠（HNBR）可長期在-40-180度工作環境中使用，加工性能好，強度高，耐磨性優，永久變形小，同時具有獨特的抗臭氧和耐硫化氫的作用。適用於發動機密封製品，油封，油田，鑽杆用橡膠製品，低溫油管，空調管，電子系統保護零件。使用溫度：-20-150℃。

7. 三元乙丙橡膠（EPDM）耐熱耐臭氧耐天侯老化，耐低溫，耐電絕緣，耐酸，耐鹼等各方面性能極佳。廣泛用於建築，汽車，輪船門窗密封，電線電纜，汽車，摩托車零部件和其他工業製品。使用溫度：-50-150℃。

8. 硅橡膠（SR）透明無毒無味絕緣性能佳，加工性能好。缺點是耐磨性能，撕裂性能和耐油，耐化學介質差。廣泛用於電熱電器，電子電氣行業，航空，國防，機械，建築工業，醫療，食品衛生領域，以及廚房用品，家庭日用雜製品等。使用溫度：-60-220℃。

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9. 氟橡膠（FPM）優異的耐高溫（250度）和很好的介電性能，以及優異的耐氧化，耐油，耐化學腐蝕，耐磨損等優異性能。缺點是加工工藝比較困難。廣泛應用於航天航空導彈火箭等科學領域以及工業設備各方面，如膠管，密封件，電線，隔膜，膠帶等製品以及防腐襯裡。使用溫度：-40-250℃。

10. 丁基橡膠（IIR）氣密性能在各種橡膠中最好，優異的耐熱老化性能，耐臭氧老化性能，以及電絕緣性能，同事有較寬的溫度使用區間。廣泛用於輪胎的內胎，硫化用的膠囊，水胎，風胎，汽車零部件，電線電纜，膠管，膠帶，建築防水片材，堵塞材料（如藥瓶蓋）門窗密封條，以及化工設備防腐等。使用溫度：-60-130℃。

11. 聚硫橡膠（TR） 具有良好的耐油性，耐烴類溶劑，耐大氣老化，耐水，以及低溫屈撓性能好。同時對各種材料有非常好的粘接性，用作汽車密封材料，不乾性橡膠膩子和化工設備襯裡，馬路漆和耐油性油漆，塗料，耐油性膠管中空玻璃密封等。使用溫度：-30-80℃。

12. 聚丙烯酸酯橡膠（ACM和ANM）氣密性，耐氣候老化，耐熱性，耐油性能都很好。缺點是耐水性，耐低溫性能差。加工性能難掌握，硫化工藝對模具有腐蝕性。主要用於汽車工業的密封件和特殊要求的膠管，膠布，同事還應用於製造與高溫油接觸的電線電纜手套，膠粘劑等。使用溫度：-30-200℃。

13. 乙烯醋酸乙酯橡膠（EVW）可長期在175度高溫下使用，優異的阻燃性能和耐油性能，產品在高溫狀態下壓縮變形小。適用於地鐵，高層建築，以及船用高性能無鹵阻燃電線電纜和其他密封製品。

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14. 氯化聚乙烯（CPE）是一種耐熱，耐候，耐燃的特種合成橡膠，極好的電性能和耐化學品行性能，此外還具有耐油，耐臭氧，耐候，耐熱老化，耐燃等優點，廣泛用於耐燃耐候性好的電線電纜，密封製品以及要求耐溫，耐酸，耐燃的膠管，膠帶和膠輥等工業製品。

15. 熱塑性丁苯橡膠（SBS）是目前產量最大（占7%）最經濟的熱塑性彈性體品種，其性能與丁苯橡膠相似具有更加的彈性，手感，色彩豐富，格式和做低硬度產品。缺點是耐熱，耐油性較差。廣泛用於手柄，玩具，運動器材，鞋材等領域。

16. 熱塑性彈性體（SEBS）是加氫製得的飽和型SBS,耐老化，耐臭氧，在原性能上大幅度提高特別適用於戶外使用的產品。缺點是耐熱性能，耐油性能差。使用溫度範圍在-60-100度之間。廣泛用於手柄，玩具，運動器材，醫療配件等領域。

17. 熱塑性彈性體（TPV）是動態硫化的EPDM/PP共混物。耐寒耐熱，優良的彈性，耐老化，耐臭氧，撕裂強度，耐化學藥品，着色性能優異，可長期在-60-135之間溫度使用。廣泛用於汽車，船舶，機械配件，膠管膠帶及各類工業製品，常用於擠出各類密封條。

18. 熱塑性聚氨酯橡膠（TPU）突出的耐磨性，高彈性，高機械強度，耐油性極佳，耐屈撓極好，長期使用溫度可在-40-120度之間。缺點是低硬度的品種極少。廣泛用於汽車業的剎車管，油管，內飾件，電纜，管材，鞋材及運動器械，異性材料等。

19. 聚氯乙烯（PVC）是目前用途最廣泛的塑料品種之一，經濟且具有優良的阻燃性，耐化學藥品，耐磨強度較高，電絕緣性好。缺點是耐寒性差，冬天變硬變脆，其氯具有刺激性。廣泛用於各行各業，汽車，建築，機械，日用品電纜線等。門窗密封等領域大量使用。

發展情況

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橡膠行業是國民經濟的重要基礎產業之一。它不僅為人們提供日常生活不可或缺的日用、醫用等輕工橡膠產品，而且向採掘、交通、建築、機械、電子等重工業和新興產業提供各種橡膠制生產設備或橡膠部件。可見，橡膠行業的產品種類繁多，後向產業十分廣闊。

近幾年來，橡膠行業得到不少發展，已有細分行業穩中有升，新生橡膠細分行業則飛速發展，但同時，橡膠行業也還存在環境、資源、災害、創新等問題。

2004年，全國天然橡膠種植總面積69.62萬公頃，開割面積45.19萬公頃，干膠產量57.33萬噸。其中農墾橡膠種植面積41.1萬公頃，民營28.52萬公頃，分別占全國橡膠總面積的59.03%和40.97%。

2005年，海南遭遇50年罕見的乾旱和百年不遇的颱風災害，天然橡膠生產遭受重創。為挖掘國內天然橡膠種植、加工的發展潛力，增加自給，中國橡膠行業做出了不懈的努力，認真貫徹國家安全、節能、環保和清潔生產方針，並取得重大成果。尤其是橡膠助劑行業積極調整產品結構，綠色環保型助劑大幅增長，防老劑優良品種產量比例已達80%，促進劑達50%，有毒、有害、高致癌的NOBS生產量得到有效控制;廢橡膠綜合利用率達65%以上，再生膠及膠粉後加工利用領域擴大。

2006年，中國橡膠工業協會六屆三次理事會討論通過並發布《中國橡膠工業"十一五"科學發展規劃意見》及橡膠行業"十一五"實施名牌戰略規劃意見。這是首次由協會組織制訂的行業規劃。規劃表明，橡膠工業"十一五"期間要走自主創新之路，全行業要切實轉入科學發展的軌道，使中國成為世界橡膠工業的強國。

中國橡膠行業的發展前景廣闊。到2010年，中國天然橡膠總消耗量將達到230萬噸，橡膠工業的產品結構將有較大變化，新型產品、更新換代產品增多、新材料、新工藝應用擴大，生產技術有明顯進步。

橡膠行業的特徵決定了當一國的橡膠行業成熟後，該行業的景氣狀況與整個經濟的運行 狀況將保持很強的相關性:其發展周期的長度與該國經濟周期的長度相當，走勢同向;但由於橡膠行業屬於基礎工業，它的周期變化要略提前於經濟周期的變化。另外，同樣由於橡膠行業處於國民經濟生產鏈的前端，其周期波動的波幅要小於產業鏈末端行業的波幅，也小於整個經濟的波幅。因此，從產業投資的角度看，成熟的橡膠行業比較接近收益型投資行業。中國的橡膠加工業正值蓬勃發展時期，各地的橡膠業不僅加快了中國工業的進程，也帶動了各地的經濟建設發展的良好局面。我國橡膠工業比較發達的地區有:雲南、廣東、山東莒縣、河北等地。