一、橡胶1定义橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料在室温下富有弹性在很小的外力作用下能产生较大形变除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物它的玻璃化转变温度低分子量往往很大大于几十万。 橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得橡胶制品广泛应用于工业。 橡胶按形态分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。乳胶为橡胶的胶体状水分散体液体橡胶为橡胶的低聚物未硫化前一般为粘稠的液体粉末橡胶是将乳胶加工成粉末状以利配料和加工制作。 根据橡胶的性能和用途除天然橡胶外合成橡胶可分为通用合成橡胶、半通用合成橡胶、专用合成橡胶和特种合成橡胶。2分类2.1.天然橡胶NR弹性最好以橡胶烃聚异戊二烯为主另含少量蛋白质、水分、树脂酸、糖类和无机盐等。弹性大、拉伸强度高、抗撕裂性、扯断强度、伸长率和电绝缘性优良耐磨性和耐寒性良好加工性佳易与其他材料黏合在综合性能方面优于多数合成橡胶。缺点是耐氧及耐臭氧性差容易老化变质耐油和耐溶剂性不好抵抗酸碱的腐蚀能力低耐热性及热稳定性差。 常用于制作轮胎、减振制品、胶辊、胶鞋、胶管、胶带、电线电缆的绝缘层和护套以及其他通用制品。在空气中易老化遇热变黏在矿物油或汽油中易膨胀和溶解耐碱但不耐强酸。适合于在汽车刹车油、乙醇等有氢氧根离子的液体中使用。 不适用于涉及室外暴露(臭氧热老化和抗氧性)的应用。天然橡胶对腐蚀性化学品、石油衍生物、脂肪和非极性溶剂的抵抗力很差。2.2.丁苯橡胶SBR应用最广丁二烯和苯乙烯的共聚体一种低成本的聚合物性能接近天然橡胶有苯乙烯特殊气味不溶解于汽油、苯、氯仿。其特点是耐酸、耐碱、耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶质地也较天然橡胶均匀可以显示出优异的冲击和抗拉强度具有良好的回弹性能、耐磨性和低温柔韧性介电性和气密性与天然橡胶相似。缺点是弹性较低抗屈挠、抗撕裂性能较差加工性能差特别是自粘性差生胶强度低。受到臭氧、阳光、石油汽油和烃类溶剂的限制。 主要用于代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。2.3.顺丁橡胶BR丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶全名为顺式-聚丁二烯橡胶。结构与天然橡胶基本一致它突出的优点是弹性抗曲挠与耐磨性优良耐老化性佳耐低温性优越在动负荷下发热量小易与金属黏合。缺点是强力较低抗撕裂性差加工性能与自粘性差。 一般多和天然橡胶或丁苯橡胶混用主要制作轮胎胎面、减振制品、输送带和特殊耐寒制品、胶卷胶带。2.4.异戊橡胶IR是以异戊二烯为单体聚合而成的一种顺式结构橡胶。性能接近天然橡胶故有合成天然橡胶之称。它具有天然橡胶的大部分优点耐老化性优于天然橡胶但弹性和强力比天然橡胶稍低加工性能差成本较高。 制作轮胎、胶鞋、胶管、胶带以及其他通用制品。2.5.氯丁橡胶CR最抗撕力是以氯丁二烯为单体、乳液聚合而成的聚合体。具有优良的抗氧、抗臭氧性不易燃着火后能自熄耐油、耐溶剂、耐酸碱以及耐老化、气密性好等特点。其物理力学性能亦不次于天然橡胶故可作为通用橡胶又可作为特种橡胶。耐阳光、耐天候性能特别好不怕二氯二氟甲烷和氨等制冷剂耐稀酸、耐硅脂系润滑油,但在苯胺点低的矿物油中膨胀量大。主要缺点是耐寒性较差在低温时易结晶、硬化密度较大相对成本高电绝缘性不好加工时易粘辊、易焦烧及易粘模此外生胶稳定性差不易保存。 适用于各种接触大气、阳光、臭氧的环境及各种耐燃、耐化学腐蚀的密封环境。主要用于制作要求抗臭氧、耐老化性高的重型电缆护套耐油、耐化学腐蚀的胶管、胶带和化工设备衬里耐燃的地下采矿用橡胶制品如输送带、电缆包皮以及各种垫圈、模型制品、密封圈、黏结剂等。不建议使用于强酸硝基烃、酯类、氯仿及酮类的化学物之中。2.6.丁基橡胶IIR气密性最好异丁烯和少量异戊二烯或丁二烯的共聚体最大特点是气密性特别好耐臭氧、耐老化性能好、绝缘性能好耐热性耐阳光较高长期工作温度为℃ 以下能耐无机强酸如硫酸、硝酸等和一般有机溶剂吸振和阻尼特性良好电绝缘性也非常好。缺点是弹性不好是现有品种中最差的加工性能、黏着性和耐油性差硫化速度慢。 主要用于内胎、水胎、气球、电线电缆绝缘层、化工设备衬里及防振制品、耐热输送带、耐热耐老化的胶布制品等。对极性溶剂如醇、酮、酯等有很好的抵抗能力可暴露于动植物油或氧化物中。适合于耐化学药品或真空不建议与石油溶剂.煤油或芳烃同时使用。2.7.丁腈橡胶NBR丁二烯和丙烯腈的共聚体耐汽油及脂肪烃油类的性能特别好仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯橡胶和氟橡胶而优于其他通用橡胶。气密性、耐磨性及耐水性等均较好粘接力强。缺点是耐寒性及耐臭氧性较差强力及弹性较低耐酸性差电绝缘性不好耐极性溶剂性能也较差。 主要用于制作各种耐油制品如耐油的胶管、密封圈、贮油槽里衬等也可用于制作耐热输送带。适合于液压油、润滑油、汽油、水、硅润滑脂、硅油等介质中使用目前用途最广、成本最低的橡胶密封件。不适用于极性溶剂之中例如酮类、臭氧硝基烃、MEK 和氯仿。2.8.乙丙橡胶EPM、EPDM最耐臭氧乙烯和丙烯的共聚体一般分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶两类。密度小、颜色最浅、成本较低的新品种其特点是耐化学稳定性很好仅不耐浓硝酸耐臭氧、耐老化性能优异电绝缘性能突出耐热可达℃ 左右耐极性溶剂酮、酯等但不耐脂肪烃及芳香烃容易着色且色泽稳定。 缺点是黏着性差硫化缓慢。主要用于化工设备衬里、电线电缆包皮、蒸汽胶管、耐热输送带、汽车配件车辆密封条。 三元乙丙橡胶EPDM具有很好的耐候性、耐臭氧性、耐水性及耐化学性。可用于醇类及酮类还可用于高温水蒸气环境之密封。 三元乙丙橡胶(乙烯丙烯二烯单体)不推荐用于需要耐油、汽油和碳氢化合物的用途。 压缩变形性能不佳与织物和金属的粘合性也不好。2.9.硅橡胶SI、VMQ最耐低温含硅、氧原子的特种橡胶其中起主要作用的是硅元素故名硅橡胶。既耐高温最高℃又耐低温最低℃是目前最好的耐寒、耐高温橡胶同时耐大气老化性能好、电绝缘性优良对热氧化和臭氧的稳定性很高化学惰性大。缺点是机械抗拉强度较低耐油、耐溶剂和耐酸碱性差较难硫化价格较贵。 主要用于制作耐高、低温制品如胶管、密封件等及耐高温电缆电线绝缘层、家用电器如电热水器、电熨斗、微波炉等。由于其无毒无味还用于食品及医疗工业。还适用于各种与人体有接触的用品如水壶、饮水机等。不建议使用于大部份浓缩溶剂、油品、浓酸及氢氧化钠中。2.10.氟橡胶FPM、FKM最耐油含氟单体共聚而得的有机弹性体耐高温可达℃优于硅橡胶不怕酸碱耐油性是耐油橡胶中最好的抗辐射及高真空性优良其他如电绝缘性、力学性能、耐化学药品腐蚀、耐候性、耐臭氧性、耐化学性、耐大气老化作用等都很好是性能全面的特种合成橡胶。缺点是加工性差价格昂贵耐寒性差弹性和透气性较低。 主要用于耐真空、耐高温、耐化学腐蚀的密封材料、胶管及化工设备衬里。对于大部份油品及溶剂都具有抵抗能力尤其是酸类、脂族烃、芳香烃及动植物油。适用于柴油发动机、燃料系统及化工厂的密封需求。不建议使用于酮类低分子量的酯类及含硝的混合物。2.11.聚氨酯橡胶UR、PU最耐磨聚酯或聚醚与二异氰酸酯类化合物聚合而成机械性能非常好耐磨性能高强度高弹性好耐油性耐高压优良其他如耐臭氧、耐老化、气密性、耐老化性、耐臭氧性、耐油性也相当好。缺点是耐热性能较差耐水和耐酸碱性不好高温易水解耐芳香族、氯化烃及酮、酯、醇类等溶剂性较差。 用于轮胎及耐油、耐苯零件垫圈、防振制品等以及其他需要高耐磨、高强度和耐油的场合如胶辊、齿形同步带、实心轮胎等。一般用于耐高压、耐磨损密封环节通常受到碱、酸和含氧溶剂的攻击。它通常表现出较差的压缩变形价格也比较贵。2.12.聚丙烯酸酯橡胶AR、ACM丙烯酸酯与丙烯腈乳液共聚而成良好的耐热、耐油性能可在℃ 以下热油中使用且耐候性、耐老化、耐氧与臭氧、耐紫外光线气密性也较好。缺点是耐寒性较差在水中会膨胀耐乙二醇及高芳香族类溶剂性能差弹性和耐磨、电绝缘性差机械强度加工性能不好、压缩变形率及耐水性稍差。 主要用于耐油、耐热、耐老化的制品如密封件、耐热油软管、化工衬里等。一般用于汽车传动系统及动力转向系统之中。不适用于热水、刹车油、磷酸酯之中。2.13.氯磺化聚乙烯橡胶CSM用氯和二氧化硫处理即氯磺化聚乙烯后再经硫化而成耐臭氧及耐老化的性能优良耐候性高于其他橡胶不易燃、耐热、耐溶剂及耐大多数化学试剂和耐酸碱性能也都较好电绝缘性尚可耐磨性与丁苯橡胶相似。缺点是抗撕裂性差加工性能不好价格较贵。 用于制作臭氧发生器上的密封材料耐油垫圈、电线电缆包皮以及耐腐蚀件和化工衬里。2.14.氯醚橡胶氯醇橡胶CO环氧氯丙烷均聚或由环氧氯丙烷与环氧乙烷共聚而成的一种特殊的弹性体过去习惯称为氯醇橡胶耐溶剂性(优异的耐油、燃料和石油基液压液)、耐脂肪烃及氯化烃溶剂、耐碱、耐水、抗氧化、耐光照老化性能极好耐臭氧性、耐候性及耐热性、气密性高抗压缩变形性良好黏着性也很好容易加工原料便宜易得。缺点是拉伸强度较低、弹性差、电绝缘性不良。 制作胶管、密封件、薄膜和容器衬里、油箱、胶辊是制作油封、水封的理想材料。一般来说氯醇橡胶化合物比丁腈橡胶贵不适用于蒸汽酮类酯类和氯化溶剂。2.15.氯化聚乙烯橡胶CPE是乙烯、氯乙烯与二氯乙烯的三元聚合体,性能与氯磺化聚乙烯橡胶近似其特点是流动性好容易加工有优良的耐大气老化性、耐臭氧性和耐电晕性耐热、耐酸碱、耐油性良好。缺点是弹性差、压缩变形较大电绝缘性较低。 用于电线电缆护套、胶管、胶带、胶辊、化工衬里。与聚乙烯掺和可制作电线电缆绝缘层。2.16.聚硫橡胶T脂肪族烃类或醚类的二卤衍生物如三氯乙烷与多硫化钠的缩聚物耐油性突出仅略逊于氟橡胶而优于丁腈橡胶其次是化学稳定性也很好能耐臭氧、日光、各种氧化剂、碱及弱酸等不透水透气性小。缺点是耐热、耐寒性不好力学性能很差压缩变形大黏着性小冷流现象严重。 由于易燃烧、有催泪性气味故在工业上很少用于耐油制品多用于制作密封腻子或油库覆盖层。2.17.全氟醚橡胶FFKM最贵的橡胶耐温-20-327℃航天级耐高温、抗等离子体侵蚀、用于半导体、航天极端环境。2.18.氟硅橡胶FVMQ、FLS最耐辐射其性能兼有氟素橡胶及硅橡胶的优点耐油、耐溶剂、耐燃料油及耐高低温性均佳。能抵抗含氧的化合物、含芳香烃的溶剂及含氯的溶剂的侵蚀。 与硅树脂相比氟硅树脂受到平均抗拉强度和较差的抗弯性能的限制。在一些应用中氟硅橡胶不适合用于制动液、肼和酮。并且其抗紫外线、中子辐射、稳定性高、应用于核反应堆密封件航天器防护层。2.19.氢化丁晴HNBR具有极佳的抗腐蚀、抗撕裂和抗压缩变形特性耐臭氧、耐阳光、耐天候性较好。比丁腈橡胶有更佳的抗磨性。不建议使用于醇类,酯类或是芳香族的溶液中。2.20.氯磺化聚乙烯橡胶CSMCSM氯磺化聚乙烯是公认的卓越的耐磨橡胶。它能很好地抵抗臭氧、光照和氧化。CSM对油类和腐蚀性化学品能表现出良好的稳定性和阻燃性。 如需要与燃料、芳香溶剂和热油接触的产品不建议选择的CSM通常CSM的回弹性和压缩变形不好加工性能差。2.21.无硫橡胶无硫橡胶胶料是由各种生胶和配合剂按规定配方经混炼制成。无硫橡胶胶料具有对银层不腐蚀的特性,供制造专用零件用。缺点是强度低、不耐油。2.22.专用混炼胶专用混炼胶系按专用配方将生胶和配合剂经工艺加工而制成。供制造专门用途的各种橡胶等件及其他型材的橡胶制品。2.23.国工业用硅橡胶国工业用硅橡胶胶料系由各种牌号的硅橡胶及配合剂按规定的配方制成。用于制造在空气、臭氧、滑油和电场中工作的各种零件、胶板、胶管及型材。具有耐高低温、耐臭氧及天候老化优异的电学性能、僧水性、生理惰性及对金属不腐蚀等性能。2.24.国工业用氟橡胶国工业用氟橡胶胶料,系由各种牌号的橡胶及配合剂按规定的配方经混炼制成。用于制造零件、胶板、胶管及型材。具有耐高温、臭氧、真空和天候老化,有着优异的耐多种油、尤其是耐航空用油(石油基质油、合成酯类油)和酸碱等介质的腐蚀性。2.25.再生胶再生胶是废旧橡胶(外胎、胶鞋、杂胶等),用水油法、油法制得。外观呈黑色或杂色,色泽均一为规格整齐的块状,无明显颗粒和机被杂质主要用作橡胶制品的原材料。2.1 拉伸性能是所有胶料应首先考虑的性能包括拉伸强度、定伸应力、伸长率、扯断伸长率和扯断永久变形以及应力——应变曲线。拉伸强度是试样拉伸至断裂的最大拉伸应力。定伸应力定伸模量是在规定伸长时达到的应力模量。伸长率是试样受拉伸应力而引起的变形用伸长增量与原长之比的百分数表示。扯断伸长率则是试样拉断时的伸长率。扯断永久变形是拉伸断裂后标距部分的残余变形。2.2 硬度表示橡胶抵抗外力压入的能力也是所有胶料的基本性能。橡胶的硬度在一定程度上与其他一些性能相关。例如胶料的硬度愈高相对地说强度就较大伸长率较小耐磨性较好而耐低温性能就较差。高硬度橡胶能抗高压下挤压破坏。因此应根据零件工作特性选用合适的硬度。目前国内一般用邵尔A(HS A)型硬度计测定橡胶的硬度与国际橡胶硬度值相接近。2.3 压缩性能压缩性能 橡胶密封件通常处于受压缩状态。由于橡胶的粘弹性橡胶受压缩后压缩应力会随时间而减小表现为压缩应力松弛除去压力后不能恢复原来的外形表现为压缩永久变形。在高温油介质中这些现象更为显著。它们会影响密封件的密封性能是密封件用胶料的重要性能之一。2.4 低温性能低温性能 通常采用以下三种方法表示橡胶的耐低温性能。1最常用的是脆性温度是指试样在低温受一定的冲击力时出现破裂的最高温度可用于比较不同胶料的低温性能。但由于橡胶的工作状态与试验条件不同橡胶的脆性温度并不表示橡胶件的最低工作温度尤其在油介质中。2低温回缩温度 是在室温下将试片拉伸至一定长度然后固定迅速冷却到冻结温度以下达到温度平衡后松开试片并以一定速度升温记录试片回缩10、30、50和70%时的温度分别以TR10、TR30、TR50和TR70表示。材料标准中一般以TR10作为标准与橡胶脆性温度相接近。3耐寒系数一般是将试样在室温压缩到一定的变形量然后在规定的低温下冷冻再卸除负荷让其在低温下恢复恢复量与压缩量之比称为压缩耐寒系数。系数愈大橡胶的耐寒性愈好。2.5 耐油性能橡胶在油介质中燃油、润滑油、液压油等特别在较高温度下会导致膨胀、软化和降低强度、硬度同时橡胶中的增塑剂或可溶性物质可能被油浸出导致重量减轻体积减小引起泄漏。因此橡胶的耐油性是在油介质中工作胶料的重要性能。一般是在一定温度下在油中浸泡若干时间后测定其重量变化、体积变化以及强度、伸长率和硬度的变化。有时也可用耐油系数表示即在介质中浸泡后的强度或伸长率与原始强度或伸长率之比。2.6 耐老化性能橡胶受氧空气、臭氧、热、光、水分和机械应力等因素的作用后会引起性能变坏称为橡胶的老化。橡胶的耐老化性能可通过自然老化和人工加速老化试验热老化、湿热老化、臭氧老化等测定。耐老化性可用老化后试样的强度、伸长率或硬度等性能的变化表示也可用老化系数表示即老化后试样的拉伸强度、扯断伸长率或拉伸强度与扯断伸长率的相乘积与原始值之比相应地称为按拉伸强度计算的老化系数简称按强度计老化系数、按扯断伸长率计算的老化系数简称按伸长计老化系数或按抗张积计算的老化系数简称按抗张积计老化系数。以下是常用橡胶的对比和综合性能分析天然橡胶NR· 优点弹性极佳拉伸强度高耐磨性、抗撕裂性好加工性能优良易与其他材料粘合综合性能优于多数合成橡胶。· 缺点耐油性差耐臭氧、耐老化性差耐热性及热稳定性差。· 适用场景轮胎、减震制品、胶辊、胶鞋、胶管、电线电缆绝缘层等。丁苯橡胶SBR· 优点性能接近天然橡胶耐酸、耐碱、耐磨性、耐老化和耐热性优于天然橡胶质地均匀冲击和抗拉强度好回弹性能佳。· 缺点弹性较低抗屈挠、抗撕裂性能较差加工性能差自粘性差。· 适用场景轮胎、胶板、胶管、胶鞋等通用制品。顺丁橡胶BR· 优点弹性、抗曲挠与耐磨性优良耐老化性佳耐低温性优越动负荷下发热量小易与金属粘合。· 缺点强力较低抗撕裂性差加工性能与自粘性差。· 适用场景轮胎胎面、减振制品、输送带、特殊耐寒制品。丁腈橡胶NBR· 优点耐汽油及脂肪烃油类性能好气密性、耐磨性及耐水性较好粘接力强。· 缺点耐寒性及耐臭氧性差强力及弹性较低耐酸性差电绝缘性不好。· 适用场景耐油制品如胶管、密封圈、贮油槽里衬等。氯丁橡胶CR· 优点抗氧、抗臭氧性好不易燃耐油、耐溶剂、耐酸碱及耐老化性能好气密性好。· 缺点耐寒性差密度大电绝缘性不好加工时易粘辊、易焦烧。· 适用场景重型电缆护套、胶管、胶带、化工设备衬里、耐燃地下采矿用橡胶制品。丁基橡胶IIR· 优点气密性特别好耐臭氧、耐老化性能好绝缘性能好耐热性、耐阳光性好。· 缺点弹性差加工性能、黏着性和耐油性差硫化速度慢。· 适用场景内胎、水胎、气球、电线电缆绝缘层、化工设备衬里、防振制品。乙丙橡胶EPDM· 优点耐化学稳定性好耐臭氧、耐老化性能优异电绝缘性能突出耐热可达150℃左右。· 缺点黏着性差硫化缓慢。· 适用场景化工设备衬里、电线电缆包皮、蒸汽胶管、耐热输送带、汽车配件、车辆密封条。硅橡胶VMQ· 优点耐高温最高300℃耐低温最低-100℃耐大气老化性能好电绝缘性优良化学惰性大。· 缺点机械抗拉强度较低耐油、耐溶剂和耐酸碱性差较难硫化价格较贵。· 适用场景耐高、低温制品如胶管、密封件及耐高温电缆电线绝缘层、家用电器等。氟橡胶FKM· 优点耐高温可达300℃耐油性是耐油橡胶中最好的抗辐射及高真空性优良电绝缘性、力学性能、耐化学药品腐蚀等性能全面。· 缺点加工性差价格昂贵耐寒性差弹性和透气性较低。· 适用场景耐真空、耐高温、耐化学腐蚀的密封材料、胶管及化工设备衬里。聚氨酯橡胶UR· 优点机械性能好耐磨性能高强度高弹性好耐油性、耐高压优良。· 缺点耐热性能较差耐水和耐酸碱性不好高温易水解。· 适用场景轮胎及耐油、耐苯零件垫圈、防振制品等。综合性能总结· 通用橡胶天然橡胶综合性能最佳但耐油性差丁苯橡胶应用广泛性能接近天然橡胶顺丁橡胶耐寒性突出。· 特种橡胶丁腈橡胶耐油性最强氯丁橡胶耐候性好丁基橡胶气密性最佳乙丙橡胶耐臭氧、耐老化性优异硅橡胶耐高低温性能卓越氟橡胶耐高温、耐油性最佳。· 选择建议根据具体应用场景的温度、介质、力学性能等需求选择。如耐油选丁腈橡胶耐高温选氟橡胶耐臭氧选乙丙橡胶耐高低温选硅橡胶。