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橡胶
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'''橡胶'''(rubber ):高弹性聚合物。橡胶一词来源于 [[ 印第安 ]] 语cau-uchu ,意为“流泪的树”。天然橡胶就是由三叶橡胶树割胶时流出的胶乳经凝固、干燥后而制得。橡胶的 [[ 分子 ]] 链可以交联,交联后的橡胶受外 [[ 力 ]] 作用发生变形时,具有迅速复原的能力,并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。橡胶是橡胶工业的基本原料,广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、 [[ 电缆 ]] 及其他各种橡胶制品。<ref>[http://fanwen.jianlimoban.net/1082381/ 什么是橡胶及其代号和物性],范文网</ref>
中文名称 :橡胶
=='''橡胶起源'''==
[[ File:B4991534a6224e00be1d77c63bb0c5dd.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E6%A9%A1%E8%83%B6&src=tab_www&correct=%E6%A9%A1%E8%83%B6&ancestor=list&cmsid=2437b4e2b12375b6744d77794a12d457&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=120&adstar=0&clw=254#id=1973328202d37c4a2efe3794dc1c6aee&currsn=0&ps=105&pc=105 原圖鏈接][http://www.sohu.com/a/161771840_827946 来自搜狐网]]]
直到1930年代,全球大部分橡胶源自 [[ 亚洲 ]] 、西非和 [[ 南美 ]] 热带雨林偏远种植园中的橡胶树。但随着汽车产量的激增,供应商不能生产足够的天然橡胶,满足对轮胎和内胎日益扩大的需求,使科学家开始研究一种合成替代物。
1937年,在标准 [[ 石油 ]] 新泽西公司位于新泽西林登的实验室工作的石油化学家 [[ 威廉·斯巴克斯 ]] 和 [[ 罗伯特·托马斯 ]] 开发了最为成功的合成替代物之一。他们被称作丁基橡胶的发明依靠的是Vistanex,一种同样是公司的科学家发明的粘合剂与少量工业化学品 [[ 丁二烯 ]] 的化学反应。
这种新产品具有气密性,有弹性并可减轻震动。这些特点使丁基橡胶用途广泛,但尤其适用于轮胎,因为轮胎要锁住里面的气体,遇到不平路面时富有弹性,并且能阻隔路面震动,让坐在车里的乘客出行更舒适。他们的发明在 [[ 二次世界大战 ]] 期间真正获得成功,当时标准石油与 [[ 美国 ]] 政府合作,建设和运营了第一个商业化的丁基橡胶生产设施。<ref>[http://www.sohu.com/a/113002880_465252 合成橡胶起源的那些经典故事 ],搜狐网,2016-08-31</ref>
=='''分子结构'''==
[[ File:201408241710300792073.jpg|缩略图|250px350px|[https://image.so.com/view?q=%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%A9%A1%E8%83%B6%E5%88%86%E5%AD%90%E7%BB%93%E6%9E%84&src=srp&correct=%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%A9%A1%E8%83%B6%E5%88%86%E5%AD%90%E7%BB%93%E6%9E%84&ancestor=list&cmsid=0404ec00a90ce9afa6ba10d709141735&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=60&adstar=0&clw=254#id=c30e03ea8e1a49dc45b3ea4fcb530630&currsn=0&ps=54&pc=54 原圖鏈接][http://www.1010jiajiao.com/gzhx/shiti_id_f3d9e70d549d77ff4236b681f33ede78 来自精英家教网]]]
橡胶的分子特征---构成橡胶弹性体的分子结构有下列特点:
1、其 [[ 分子 ]] 由重复单元(链节)构成的长链分子。分子链柔软其链段有高度的活动性, [[ 玻璃 ]] 化转变 [[ 温度]](Tg)低于室温。
2、其分子间的吸引力(范德华力)较小,在常态(无应力)下是非晶态,分子彼此间易于相对运动。
3、其分子之间有一些部位可以通过化学交联或由物理缠结相连接,形成三维网状分子结构,以限制整个大分子链的大幅度的活动性。
从微观上看,组成橡胶的长链分子的 [[ 原子 ]] 和链段由于热振动而处于不断运动中,使整个分子呈现极不规则的无规线团形状,分子两末端距离大大小于伸直的 [[ 长度 ]] 。一块未拉伸的橡胶象是一团卷曲的线状分子的缠结物。橡胶在不受外力作用时,未变形状态熵值最大。当橡胶受拉伸时,其分子在拉伸方向上以不同程度排列成行。为保持此定向排列需对其作功,因此橡胶是抵制受伸张的。当外力除去时,橡胶将收缩回到熵值最大的状态。故橡胶的弹性主要是源于体系中熵的变化的“熵弹性”。<ref>[http://www.360doc.com/content/19/1217/13/65540728_880318808.shtml 橡胶的基本结构与性能],个人图书馆网,2019-12-17</ref>
=='''性能分析'''==
===应变性质===
橡胶的应力对温度的这种依赖称为 [[ 焦耳 ]] 效应,它可以说明 [[ 金属 ]] 弹性和橡胶弹性间的根本差别。在金属中,每个 [[ 原子 ]] 都被原子间 [[ 力 ]] 保持在严格的晶格中,使金属变形所做的功是用来改变原子间的距离,引起 [[ 内能 ]] 的变化。因而其弹性称为“能弹性”。其弹性变形的范围比橡胶中主要由于体系中熵的变化而产生的“熵弹性”的变化范围要小得多。
===热性能===
[[ File:Img348757912.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E6%A9%A1%E8%83%B6&src=tab_www&correct=%E6%A9%A1%E8%83%B6&ancestor=list&cmsid=2437b4e2b12375b6744d77794a12d457&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=120&adstar=0&clw=254#id=0c554d22586aa2e3a84a057500e13112&currsn=0&ps=105&pc=105 原圖鏈接][http://roll.sohu.com/20120723/n348757911.shtml 来自搜狐网]]]
1、导热性 橡胶是热的不良 [[ 导体 ]] ,其导热系数在厚度为25毫米时约为2.2~6.28瓦/米2·0K。是优异的隔热材料,如果将橡胶做成微孔或海绵状态,其隔热效果会进一步提高,使导热系数下降至0.4~2.0瓦。任何橡胶制件在使用中,都可能会因滞后损失产生热量,因此应注意散热。
2、热膨胀 由于橡胶分子链间有较大的自由 [[ 体积 ]] ,当温度升高时其链段的内旋转变易,会使其体积变大。橡胶的线膨胀系数约是钢的20倍。这在橡胶制品的硫化模型设计中必须加以考虑,因为橡胶成品的线性尺寸会比模型小1.2~3.5%。对于同一种橡胶,胶料的硬度和生胶含量对胶料的收缩率也有较大的影响,收缩率与硬度成反比,与含胶率成正比。各种橡胶在理论上的收缩率的大小顺序为:氟橡胶>硅橡胶>丁基橡胶>丁腈橡胶>氯丁橡胶>丁苯橡胶>天然橡胶
橡胶制品在低温使用时应特别注意体积收缩的影响,例如油封会因收缩而产生泄漏,橡胶与金属粘合的制品会因收缩产生过度的应力而导致早期损坏。<ref>[http://www.360doc.com/content/19/1217/13/65540728_880318808.shtml 橡胶的基本结构与性能],个人图书馆网,2019-12-17</ref>
===电性能===
通用橡胶是优异的电 [[ 绝缘体 ]] ,天然橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁苯橡胶都有很好的介电性能,所以在绝缘 [[ 电缆 ]] 等方面得到广泛应用。丁腈橡胶和氯丁橡胶,因其分子中存在极性原子或原子基团,其介电性能则较差。在另一方面,在橡胶中配入导电 [[ 炭黑 ]] 或金属粉末等导电填料,会使它有足够的导电性来分散静 [[ 电荷 ]] ,或者甚至成为导电体。
===气体透过性(气密性) ===
橡胶的气透率是 [[ 气体 ]] 在橡胶中的溶解度与扩散度的乘积。气体的溶解度随橡胶的溶解度参数增加而下降,气体在橡胶中的扩散速度取决于橡胶 [[ 分子 ]] 中侧链基团的多少。气体在各种橡胶中的透过 [[ 速度 ]] 有很大的不同,在橡胶中气透性较低的是聚醚橡胶和丁基橡胶,丁基橡胶气透性只有天然胶的1/20。而硅橡胶的气透性最大。橡胶的气透性随 [[ 温度 ]] 的升高而迅速上升,对于使用炭黑作填料的制品来说,其品种和填充量对气透性能影响不大。但软化剂的用量大小对硫化胶的气透性能影响很大,对气透性能要求较高的橡胶制品,软化剂的用量尽可能减少为好。
===可燃性===
大多数橡胶具有程度不同的可燃性。而分子中含有卤素的橡胶如氯丁橡胶、氟橡胶等,则具一定的的抗燃性。因此,含有氯 [[ 原子 ]] 的氯丁胶和氯磺化聚乙烯在移开外部火焰后,既便燃烧也是困难的,而氟橡胶则完全是自行灭火的。在胶料中配入阻燃剂(例如磷酸盐或含卤素物质)可提高其阻燃性。<ref>[http://www.360doc.com/content/19/1217/13/65540728_880318808.shtml 橡胶的基本结构与性能],个人图书馆网,2019-12-17</ref>
=='''橡胶分类'''==
=='''性能及应用'''==
[[ File:01-127231051.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E6%A9%A1%E8%83%B6&src=tab_www&correct=%E6%A9%A1%E8%83%B6&ancestor=list&cmsid=2437b4e2b12375b6744d77794a12d457&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=120&adstar=0&clw=254#id=50914319d98f30a8c77debb5e03aeeda&prevsn=0&currsn=120&ps=165&pc=60 原圖鏈接][https://b2b.hc360.com/supplyself/156202582.html 来自慧聪网]]]
1. 天然橡胶(NR) 综合性能比较全面,具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率。缺点是耐油、耐热、耐寒、耐化学、耐老化等性能太差,远不及其他合成橡胶。主要用于轮胎、胶管、胶带、医疗用品、体育用品及一些其他工业用品。使用 [[ 温度 ]] :-75-90℃。
2. 丁苯橡胶(SBR)综合性能与天然橡胶相当,而磨耗及热老化性能则优于天然橡胶,与天然橡胶和多种合成橡胶并用,加工性能好,是一种通用橡胶。主要使用语胶管,轮胎,胶带。胶鞋,以及各种工业橡胶制品。使用温度:-60-100℃。
3. 顺丁橡胶(BR)加工性能好,具有优异的耐磨性和弹性,生热少,耐低温性能好。耐屈挠也不错,缺点是撕裂强度和抗滑性不好。广泛用于轮胎,胶管,胶带,胶鞋以及其他橡胶制品方面。使用温度:-100-100℃。
4. 氯丁橡胶(CR)耐 [[ 臭氧 ]] ,耐气候老化,耐油,耐溶剂,阻燃,绝缘以及耐水性,气密性,拉伸强度等方面的性能均较好。缺点是耐寒性差,比重( [[ 密度 ]] )大。适用于胶管、胶带、输送带、电线电缆、空调橡胶制品,以及建筑、船舶、汽车等密封制品。使用温度:-60-120℃。
5. 丁腈橡胶 (NBR)可长期在120度以下温度使用,气密性较好(仅次于丁基橡胶)耐油,耐磨,抗撕裂等性能功能极佳(注意:此材料属于 [[ 半导体 ]] 橡胶,因此不适宜做绝缘性产品)适用于汽车,机械方面胶管,密封件,电缆护套,海绵制品等。使用温度:-50-120℃。
6. 氢化丁腈橡胶(HNBR)可长期在-40-180度工作环境中使用,加工性能好,强度高,耐磨性优,永久变形小,同时具有独特的抗臭氧和耐 [[ 硫化氢 ]] 的作用。适用于发动机密封制品,油封,油田,钻杆用橡胶制品,低温油管,空调管,电子系统保护零件。使用温度:-20-150℃。
7. 三元乙丙橡胶(EPDM)耐热耐臭氧耐天侯老化,耐低温,耐电绝缘,耐酸,耐碱等各方面性能极佳。广泛用于建筑,汽车,轮船门窗密封,电线电缆,汽车,摩托车零部件和其他工业制品。使用温度:-50-150℃。
8. 硅橡胶(SR)透明无毒无味绝缘性能佳,加工性能好。缺点是耐磨性能,撕裂性能和耐油,耐化学介质差。广泛用于电热电器, [[ 电子 ]] 电气行业,航空,国防,机械,建筑工业,医疗,食品卫生领域,以及厨房用品,家庭日用杂制品等。使用温度:-60-220℃。
[[ File:20091121101918368646.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E6%A9%A1%E8%83%B6&src=tab_www&correct=%E6%A9%A1%E8%83%B6&ancestor=list&cmsid=2437b4e2b12375b6744d77794a12d457&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=120&adstar=0&clw=254#id=50c9cb19562e75f2b79c955aa03ab3f7&prevsn=120&currsn=180&ps=225&pc=60 原圖鏈接][https://www.51pla.com/html/sellinfo/358/358054.htm 来自全球塑胶网]]]
9. 氟橡胶(FPM)优异的耐高温(250度)和很好的介电性能,以及优异的耐氧化,耐油,耐化学腐蚀,耐磨损等优异性能。缺点是加工工艺比较困难。广泛应用于航天航空导弹火箭等科学领域以及工业设备各方面,如胶管,密封件,电线,隔膜,胶带等制品以及防腐衬里。使用温度:-40-250℃。
10. 丁基橡胶(IIR)气密性能在各种橡胶中最好,优异的耐热老化性能,耐臭氧老化性能,以及电绝缘性能,同事有较宽的温度使用区间。广泛用于轮胎的内胎,硫化用的胶囊,水胎,风胎,汽车零部件,电线电缆,胶管,胶带,建筑防水片材,堵塞材料(如药瓶盖)门窗密封条,以及化工设备防腐等。使用温度:-60-130℃。
11. 聚硫橡胶(TR) 具有良好的耐油性,耐烃类溶剂,耐大气老化,耐水,以及低温屈挠性能好。同时对各种材料有非常好的粘接性,用作汽车密封材料,不干性橡胶腻子和化工设备衬里,马路漆和耐油性 [[ 油漆 ]] ,涂料,耐油性胶管中空 [[ 玻璃 ]] 密封等。使用温度:-30-80℃。
12. 聚丙烯酸酯橡胶(ACM和ANM)气密性,耐气候老化,耐热性,耐油性能都很好。缺点是耐水性,耐低温性能差。加工性能难掌握,硫化工艺对模具有腐蚀性。主要用于汽车工业的密封件和特殊要求的胶管,胶布,同事还应用于制造与高温油接触的电线 [[ 电缆 ]] 手套,胶粘剂等。使用温度:-30-200℃。
13. 乙烯醋酸乙酯橡胶(EVW)可长期在175度高温下使用,优异的阻燃性能和耐油性能,产品在高温状态下压缩变形小。适用于地铁,高层建筑,以及船用高性能无卤阻燃电线电缆和其他密封制品。
2004年,全国天然橡胶种植总面积69.62万公顷,开割面积45.19万公顷,干胶产量57.33万吨。其中农垦橡胶种植面积41.1万公顷,民营28.52万公顷,分别占全国橡胶总面积的59.03%和40.97%。
2005年, [[ 海南 ]] 遭遇50年罕见的干旱和百年不遇的 [[ 台风 ]] 灾害,天然橡胶生产遭受重创。为挖掘国内天然橡胶种植、加工的发展潜力,增加自给,中国橡胶行业做出了不懈的努力,认真贯彻国家安全、节能、环保和清洁生产方针,并取得重大成果。尤其是橡胶助剂行业积极调整产品结构,绿色环保型助剂大幅增长,防老剂优良品种产量比例已达80%,促进剂达50%,有毒、有害、高致癌的NOBS生产量得到有效控制;废橡胶综合利用率达65%以上,再生胶及胶粉后加工利用领域扩大。
2006年, [[ 中国 ]] 橡胶工业协会六届三次理事会讨论通过并发布《中国橡胶工业"十一五"科学发展规划意见》及橡胶行业"十一五"实施名牌战略规划意见。这是首次由协会组织制订的行业规划。规划表明,橡胶工业"十一五"期间要走自主创新之路,全行业要切实转入科学发展的轨道,使中国成为世界橡胶工业的强国。
中国橡胶行业的发展前景广阔。到2010年,中国天然橡胶总消耗量将达到230万吨,橡胶工业的产品结构将有较大变化,新型产品、更新换代产品增多、新材料、新工艺应用扩大,生产技术有明显进步。
橡胶行业的特征决定了当一国的橡胶行业成熟后,该行业的景气状况与整个经济的运行 状况将保持很强的相关性:其发展周期的长度与该国经济周期的长度相当,走势同向;但由于橡胶行业属于基础工业,它的周期变化要略提前于经济周期的变化。另外,同样由于橡胶行业处于国民经济生产链的前端,其周期波动的波幅要小于产业链末端行业的波幅,也小于整个经济的波幅。因此,从产业投资的角度看,成熟的橡胶行业比较接近收益型投资行业。中国的橡胶加工业正值蓬勃发展时期,各地的橡胶业不仅加快了中国工业的进程,也带动了各地的经济建设发展的良好局面。我国橡胶工业比较发达的地区有: [[ 云南 ]] 、 [[ 广东 ]] 、 [[ 山东 ]] 莒县、 [[ 河北 ]] 等地。 == '''參考來源''' =={{Reflist}} [[Category: 400 應用科學類]] [[Category: 460 化學工程]]