1、4、弹性体材料 Elastomers,Christopher Columbus (1451-1506),Joseph Priestley (1733-1804),4.1 弹性体的通性、分类、组成,发现橡胶能擦去铅笔字迹,1492年在南美大陆发现橡胶并带回欧洲,Charles Goodyear (1800 - 1860),4.1 弹性体的通性、分类、组成,发明了橡胶硫化方法,2.6 通用高分子材料橡胶,2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein
2、 under license.,Figure4.1 Cross-linking of polyisoprene chains may occur introducing strands of sulfur atoms. Sites for attachment of the sulfur strands occur by rearrangement or loss of a hydrogen atom and the breaking of an unsaturated bond., 1876年6月，Wickham将 7万粒 橡胶种子运抵英国。 1876年7月末，1900棵树苗运往 斯里兰卡、
3、马来西亚，再拓殖到 印尼、泰国、越南. 20年后试种成功。,4.1 弹性体的通性、分类、组成,巴西亚马逊州首府马瑙斯,硫化过程使三叶橡胶树的白色乳汁转化成了“黑色的金子”。, 弹性体的结构特征,4.1 弹性体的通性、分类、组成,- 50 150 oC,无冷流现象, 大分子链具有足够的柔性；,Tg比室温低很多, 使用条件下不结晶或结晶度很小；, 使用条件下无分子间相对滑动。,弹性体：具有橡胶弹性的聚合物。, 橡胶弹性,i）具有小应力下发生大形变的能力； ii）具有迅速恢复大形变的能力。,一种在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复其原来形状的聚合物。,2.6 通用高分子材料橡胶,
4、Figure 4.2 (a) When the elastomer contains no cross-links, the application of a force causes both elastic and plastic deformation; after the load is removed, the elastomer is permanently deformed. (b) When cross-linking occurs, the elastomer still may undergo large elastic deformation; however, when
5、 the load is removed, the elastomer returns to its original shape.,2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license., 用途, 各种轮胎；, 胶带、胶鞋、密封制品、乳胶制品、儿童玩具、日用杂品、织物涂层,4.1 弹性体的通性、分类、组成, 分类, 来源 性能和用途,4.1 弹性体的通性、分类、组成, 天然橡胶, 合成橡胶, 通用合成橡胶, 特种合成橡胶,
6、 其他合成橡胶,丁苯橡胶、氯丁橡胶、 丁腈橡胶、丁基橡胶,硅橡胶、氟橡胶、PU橡胶,4.1 弹性体的通性、分类、组成,液 体 橡 胶,具有的 特性,摩尔平均质量较低，以保持流动状态。,能在进行交联的同时产生分子链增长 反应，并形成交联结构，以获得足够 高的强度。,简化了加工工艺、适用于浇注成型,4.1 弹性体的通性、分类、组成,生胶由弹性状态 可塑状态,塑炼后的生胶与配合剂均匀混合,将橡胶延展成片或制成各种形状的半成品,将各部分通过粘贴、压合的方法组合成整体,大分子由线型转变为网状结构的过程,指粒径在1毫米以下的粉末状橡胶。,4.1 弹性体的通性、分类、组成,粉 末 橡 胶,制造方法：机械粉碎
7、法喷雾干燥法急骤干燥法冷冻干燥法包囊法。,隔离剂类型：无机：如CaCO3、滑石粉有机：如聚氯乙烯隔离剂、淀粉-黄原酸盐 ,改善、简化了加工工艺,即可起隔离作用，又兼具硫化和补强的功能,再生胶,生胶,配合剂,生胶：没有经过加工和配合的未交联状态的橡胶。分子呈线型结构。, 组成,基础组分,4.1 弹性体的通性、分类、组成,再生胶：废旧的橡胶制品和硫化胶的边角料经加工处理后，使其重新获得塑性和硫化能力的材料。,可以部分或全部代替生胶使用,不要与“硫化胶粉”混淆,热、氧、机械力、化学助剂作用,脱硫,硫化胶结构,交联碎片,带支链的分子链,链状分子,4.1 弹性体的通性、分类、组成,再生胶的制造过程：粉碎
8、、脱硫、精炼,起交联作用的化学试剂,提高机械性 能，降低成本,软化剂、着色剂、发泡剂、隔离剂,防止和延缓老化，延长使用寿命,硫化体系,防老剂,其他配 合剂,补强、 填充剂,配合剂,4.1 弹性体的通性、分类、组成,最常用的补强剂：炭黑、白炭黑,硫化 体系,促进剂,硫化剂, 引起弹性体交联。 硫、有机多硫化物、有机过氧化物、金属氧化物、胺类、特种 硫化剂,活化剂,防焦剂,4.1 弹性体的通性、分类、组成, 促进弹性体硫化。 噻唑类、秋兰姆类次磺酰胺类、醛胺类、 硫脲类, 提高促进剂的活性。 ZnO、MgO、硬脂酸、月桂酸 ZnO、硬脂酸可并用,能抑制产生早期硫化。,橡胶小知识焦烧,焦烧：一种超前
9、硫化行为，即在硫化前的各项工序 ( 炼胶、胶料存放、挤出、压延、成型）中出现的提前硫化现象，故也可称为早期硫化。,焦烧的危害：加工困难；影响产品的物理性能、及外表面光洁平整度；甚至会导致产品接头处断开等情况。,硫化 体系,促进剂,硫化剂, 引起弹性体交联。 硫、有机多硫化物、有机过氧化物、金属氧化物、胺类、特种 硫化剂,活化剂,防焦剂,4.1 弹性体的通性、分类、组成, 促进弹性体硫化。 噻唑类、秋兰姆类次磺酰胺类、醛胺类、 硫脲类, 提高促进剂的活性。 ZnO、MgO、硬脂酸、月桂酸 ZnO、硬脂酸可并用,能抑制产生早期硫化。,水杨酸、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、亚硝基 二苯胺、硫代酰亚胺 （
10、CTP）, 热塑性弹性体, 高温下能反复塑化成型，常温下能显示橡胶弹性的材料, 优势：, 可利用热塑性塑料的设备和工艺加工成型；, 无需硫化；, 加工周期短，设备投资少；, 可回收加工中的边、角料，废料。,4.2 热塑性弹性体,能耗低,具有可 持续性, 分类,4.2 热塑性弹性体,制备方法,共聚型,共混型,聚氨酯类苯乙烯类聚烯烃类聚酯类聚酰胺类,简单共混型 热塑性硫化胶, 苯乙烯类热塑性弹性体(SBC),4.2 热塑性弹性体,产量最大，发展最快，用途最广,采用嵌段共聚 柔性链与刚性链 交替连接成大分子,三种常见的苯乙烯类热塑性弹性的结构, 结构特点,图4.3 SBC三嵌段示意图,4.2 热塑性
11、弹性体, 分子链兼具硬段、软段,硬段：刚性链段软段：柔性链段,力学状态：玻璃态,力学状态：高弹态,软段,硬段,硬段,4.2 热塑性弹性体,Figure 4.4 The structure of SBS., 具有可逆性交联结构,物理交联点,聚苯乙烯链段间作用, 存在微相分离结构,硬段为不连续相 分散在柔性链段中,SBC 的应用,鞋材,工具握把,汽车配件,医疗器械,电线电缆,密封材料,玩具、日用品,4.2 热塑性弹性体,沥青改性剂, 热塑性硫化胶（ Thermalplastic Vulcanizate TPV ）, 热塑性动态硫化橡胶,4.2 热塑性弹性体,塑料分散相 橡胶连续相,橡胶分散相 塑料
12、连续相,橡（含交联剂）塑比 80:20,共混中橡胶同时发生原位交联反应，在机械剪切力的作用下被破碎为微米级颗粒(2m)。,熔融共混,相反转,橡胶发生硫化,4.2 热塑性弹性体,双螺杆挤出机是最为通用 的动态硫化设备,TPV相比于 嵌段型TPE 具有优越性,具有优异的耐疲劳性能。,使用上限温度高，耐溶剂、油品，压缩永久变形小。,采用低成本加工方法，将现有聚合物共混制备新产品。,4.2 热塑性弹性体, TPV 是性能最接近热固性橡胶的热塑性弹性体, 替代 EPDM 制造汽车配件,4.2 热塑性弹性体,三元乙丙橡胶： 乙烯、丙烯、非共轭二烯的三元共聚物, 制造电子电气上的绝缘材料 。,4.2 热塑性弹性体, 土木建筑业,4.2 热塑性弹性体, 其它各种形状复杂的弹性体制品。,4.2 热塑性弹性体,作业：,问答题： 1、橡胶为什么需要硫化？ 2、分析弹性体的结构特征。 3、热塑性弹性体材料是如何将塑料与弹性体材料 的特征结合起来的？ 4、分析氯丁橡胶和天然橡胶在结构和性能上的差异。,
