+分子量大,(熵)弹性高→高弹性(Tg~-72oC)——仅次于BR 2.分子链柔顺+分子量大(聚合度高)→内耗低、动态生热小
3.拉伸诱导结晶+分子量大→拉伸和撕裂强度高 耐磨性、耐弯曲曲挠疲劳性好 4.NR分子量分布呈双峰分布规律→低分子量部分有利于NR的加工。高分子量的部分使NR具有较高的强度。
5. 主链上存在大量不饱和双键→耐热氧、耐臭氧老化性能差 6.非极性橡胶→耐烃类油性能差
IIR丁基橡胶
饱和度:高
极性:非极性结晶橡胶
分子柔顺性:分子排列比较规整,柔性较好
可拉伸诱导结晶性:在低温下不易结晶,高拉伸状态下出现结晶,在低于-40℃下拉伸,结晶较快。
性能特点
IIR橡胶在主链上含有极少量的异戊二烯——通常100个碳才有一个双键,饱和度很高→氧化交联速度慢
①聚异丁烯段规整、对称性高——结晶性橡胶。也具有拉伸诱导结晶的现象,纯胶强度高; ②异丁烯主链上多而密集的对称侧甲基,填补了分子链间的孔隙——IIR耐透气性和耐透水性优异;③异丁烯主链上多而密集的侧甲基,导致分子链在相对运动时,内摩擦大、内耗高——适合用于阻尼减震材料;
④IIR的自黏性和互黏性差,与其它通用橡胶相容性低——通过卤化的方法提高黏结性(卤素含量1~2%)。 优点:
(1)耐热性高——可长期在120oC使用 (2)耐气候性优良
(3)耐O3性优良——是通用橡胶的10倍以上; 丁基橡胶的应用
? 轮胎的内胎或者气密层——利用IIR的高气密性 ? 利用IIR的高耐热性——耐热运输带; ? 利用IIR的高阻尼性——减震、吸振制品。
丁基橡胶是在低温下(-100~-90oC)下,通过阳离子聚合机理得到的 氯丁橡胶由2-氯1,3-丁二烯通过乳液自由基聚合而来的橡胶。
CR 氯丁橡胶
饱和度:低
极性:极性橡胶
分子柔顺性:分子排列比较规整,柔性较好 可拉伸诱导结晶性:易于结晶。
性能特点 (重点) 非硫调型(W型)
结晶性橡胶——纯胶强度高,交联纯胶的强度略高于交联纯NR。 弹性低、动态内耗大、耐寒性差。
含有大量—Cl取代基团——阻燃性、耐烷烃油好、黏和强度高、但电绝缘性差 C-Cl和C=C的共扼——耐热性、耐候性和耐O3性优异,但低于IIR和EPDM 结构特点(重点)
1、硫黄调节型(G)与非硫黄调节型(W) Cl CH2CCHCH2Sx硫调型(G型) n X=2~6 n =80~100
Cl 非硫调型(W型)
CH2CCHCH2n G型分子间的S-S键容易在一定的条件下发生断裂,储存稳定性不好。在混炼加工过程中也容易断裂,分子量大幅度改变,加工条件不好控制。但G型S—S断裂后产生S—H是CR交联的促进剂
2. C—Cl与C=C的p-π共扼
共扼结构改变了C=C双键的电子云分布状态,使反应活性降低:CR不能用硫磺进行硫化,CR的耐热和耐老化性比一般不饱和橡胶好得多,但低于IIR和EPM、EPDM
乙丙橡胶是乙烯与丙烯无规共聚,非结晶性橡胶(或有少量结晶),有较高的柔性和弹性
EPM 二元乙丙橡胶
饱和度:完全饱和 极性:非极性橡胶
分子柔顺性:能在较宽的温度范围内保持分子链的柔性 可拉伸诱导结晶性:乙烯含量超过70%出现结晶
EPDM 三元乙丙橡胶
饱和度:主链饱和,带有少量(1~2%mol)的不饱和侧基。 极性:非极性橡胶
分子柔顺性:能在较宽的温度范围内保持分子链的柔性 可拉伸诱导结晶性:乙烯含量超过70%出现结晶 性能特点(重点)
乙丙橡胶是饱和的非极性的分子主链 优点:
1.具有高耐热性:通用橡胶中耐热性最高,可长期在120℃下使用,超过150℃可短期使用。 2.突出的耐候性和耐O3性:优于IIR和CR。
3. 耐化学腐蚀性好:长期与极性溶剂和酸碱接触,性能变化小。 4.弹性和耐低温性好:仅次于NR和BR。 5.电绝缘性好:主要是EPR吸水率低。 6.耐水性、耐热水、耐水蒸汽性优良 缺点:
1. 双键含量低——硫化速度慢,与不饱和橡胶并用时,共硫化困难。 2. 加工性能不好,自粘和互粘性差。
3. 耐烷烃油性差、易燃、气密性不好。但耐极性油,如磷酸酯类液压油
NBR 丁腈橡胶
HCH2CHCCH2CH2CHCH2CHxyz非结晶性的强极性不饱和橡胶
丁腈橡胶是在耐油橡胶中用量最大的一种特种合成橡胶
通过丁二烯和丙烯腈单体乳液自由基聚合而制得的高分子弹性体
CNCHCH21.NBR的性能(重点) 优点:
A. 优异的耐油性能。耐油性仅次于聚硫橡胶、氟橡胶和丙烯酸酯橡胶 。 B. 良好的耐热、耐臭氧、耐老化性能。(与NR、SBR、BR) 缺点:
低温性能较差。电绝缘性差(比CR差,体积电阻率1010~12Ω.cm )。生胶强度低(必须用CB、白炭黑增强)
丁腈橡胶结合丙烯腈含量的增加对其性能带来的优缺点 丙烯腈的含量——对NBR性能有极大的影响
丙烯腈含量增多:
①生胶可塑度提高,加工性能会改善;
②硬度、定伸应力、拉伸强度、耐磨性提高; ③耐油性、耐热性、耐化学药品性提高;
④气密性提高,当丙烯腈含量超过40%,气密性与IIR相当; ⑤弹性、耐寒性下降。 2.HNBR的结构性能特点
丁二烯链段转变成PE段——HNBR是(拉伸)结晶性橡胶,强度明显高于NBR。 主链饱和度提高——耐热性、耐臭氧、耐H2S、耐老化性能明显提高。
3从分子结构分析比较二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶和氯丁橡胶的性能特点? (强度、回弹性、动态内耗、耐寒性、气密性、耐油性、耐热性及耐O3性) 4橡胶的性能与结构的关系规律
力学性能(弹性、拉伸和撕裂强度、动态生热、耐疲老性、耐磨性);耐热性;耐候性(UV和O3)
耐油性;阻燃性
SBR 丁苯橡胶(用量最大的一种合成橡胶)
1. 乳液聚合丁苯橡胶通过自由基聚合机理(无规序列结构, 溶液聚合丁苯橡胶是通过阴离子聚合机理(无规-嵌段结构)
2. SBR随着苯乙烯含量的提高,玻璃化转变温度提高,模量(定伸强度)提高、弹性下降、加
工性能变好。苯环还具有分散应力提高耐磨性的作用。耐热氧老化性能提高,耐寒性下降。 综合各种性能,普通SBR的苯乙烯含量一般为~23.5%。 3. 聚丁二烯的结构影响
乙烯基含量增大,也会导致弹性下降、加工性能、橡胶与地面的摩擦系数提高,橡胶抗湿滑性提高;但耐磨性能会略有下降。
顺式1,4结构分子链的回弹性高;其含量增高会导致弹性增大、加工性能与强度的下降。 反式1,4结构分子链的对称性高,分子间排布较紧密;其含量增多,弹性减小、模量和加工性能变好
4. SBR的性能特点(重点)
存在大量的分子侧基(苯乙烯、乙烯基)分子链较僵硬——弹性和耐寒性差。
非结晶性橡胶,不具备自增强性,纯硫化橡胶的强度只有2~3MPa。必须使用增强填料补强。 耐撕裂性能也低于NR。
内耗大,动态生热和滚动阻力高于NR; 耐曲挠疲劳性低于NR
主链上双键含量比NR低——耐热氧老化性、耐臭氧性能、耐磨性(高温,长时间)优于NR能提高。
SBR的耐溶剂性能以及电绝缘性能与NR相似(非极性二烯类橡胶) 加工性能比NR稍差(尤其是S-SBR包辊性差 ,自粘互粘性差)
BR 聚丁二烯橡胶
1.溶液聚合BR--配位聚合,乳液聚合BR---自由基聚合
2.结构的含量直接决定了BR的Tg: 随着乙烯基含量的增加,BR的弹性、耐寒性变差;与地面的摩擦系数增大,抗湿滑性提高,但耐磨性有所下降。 3.顺、反1,4 结构的性能特点:
顺1,4结构增多,BR弹性、耐寒性提高、动态内耗减小、耐磨性提高(与路面的摩擦系数极低)、与地面的抓着力下降、抗湿滑能力下降。
反1,4结构增多,硬度、定伸应力提高,弹性下降、耐磨性能好。拉伸强度、弹性与SBR接近、动态生热大
4.性能特点和应用
① 分子链高柔顺性(Tg~-105oC)——高弹性、耐寒性好、耐动态疲劳、动态内耗生热低。 ② 耐磨耗性能优异,优于比NR和SBR——分子链高柔顺,摩擦系数低。
③ 拉伸强度和撕裂强度低(低于NR和SBR)——分子间作用力低;虽可拉伸结晶但结晶度很低(不能产生自增强效应)。
④ 抗湿滑性差→顺丁的Tg远低于0oC,0oC附近的Tanδ很小——不能单独使用BR制造轮胎,否则轮胎会打滑。
⑤ 耐热氧、臭氧老化性能差——主链上存在大量的不饱和双健——略高于NR,但低于SBR。
⑥ 耐烃类油性能差——非极性橡胶,与NR和SBR类似。
⑦ 加工性能不好——使用开炼机时包辊性差、自粘和互粘性差。
⑧ 生胶在常温下会因自重而发生流动(冷流)现象——储存时要注意。
⑨ 顺丁胶少单独使用,常与其它通用橡胶并用,主要用于轮胎,提高耐磨性、降低动态生热,提高回弹和耐寒性。
热塑性弹性体TPE
1.热塑性弹性体TPE的微观结构与性能特点
共聚型TPE是采用嵌段共聚的方式将柔性链同刚性链交替连接(使形变能回复)成大分子。 在常温下柔性链(软段)呈橡胶态,刚性链(硬段)呈玻璃态或结晶态聚集在一起,形成物理交联点(能发生两相分离),材料具有橡胶的许多特性;在熔融状态,刚性链呈黏流态,物理交联点被解开,大分子间能相对滑移,因而材料可用热塑性方式加工。 SBS耐热氧老化性不好,耐水和极性溶剂,不耐非极性溶剂,不耐油
共混型TPE是采用机械共混方式使橡胶与塑料在熔融共混时形成两相结构。
采用共混技术制备TPE的发展分为三个阶段。第一阶段为简单的橡塑共混,塑料为分散相,橡胶为连续相。第二阶段为部分动态硫化阶段,塑料为连续相或双连续相。第三阶段为动态全硫化阶段,制备的TPV中少量的塑料为连续相,大量的交联的橡胶为分散相。
热塑性硫化胶 TPV同共聚型TPE相比,具有品种牌号多、性能范围宽广、耐热温度高、耐老化性能优异、高温压缩永久变形小、尺寸稳定性更为优异、性能更接近传统硫化橡胶的特点。 高性能TPV的本质特征:高弹性、优良的热塑流动性和可反复加工及使用性能。
2.与传统热固性橡胶先比,TPE具有以下优点:?无需硫化,可采取塑料的加工方法成型,加工工艺简单,成型周期短,成本低?加工助剂和配合剂添加少,可节省产品质量控制及检测费用?可反复使用,有利于资源回收及环境保护④产品尺寸精度高,质量轻
缺点:需要专门的设备才能加工;加工前需干燥;适于大批量生产,小批量生产时,加工成本高