橡胶的构成、分类及应用

发布时间:2013-07-31 来源:浏览次数:693

魏建   李丹

橡胶行业是国民经济的重要基础产业之一。它不仅为人们提供日常生活不可或缺的日用、医用等轻工橡胶产品,而且向采掘、交通、建筑、机械、电子等重工业和新兴产业提供各种橡胶制生产设备或橡胶部件。可见,橡胶行业的产品种类繁多,后向产业十分广阔。

我国的橡胶行业经过50多年的发展,对国民经济起到了不可或缺的配套作用,近年来,橡胶行业坚持科学发展观,产品的品种、规格、质量得到了持续、快速、协调、健康的发展,基本满足了国内市场的需求,提高了产品的国际市场竞争力。 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。 

一、橡胶的分类

按照来源和用途的不同来分类:天然橡胶、合成橡胶;合成橡胶又分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。

1、天然橡胶(Natural Rubber),简称NR, 天然橡胶主要来源于三叶橡胶树,当这种橡胶树的表皮被割开时,就会流出乳白色的汁液,称为胶乳,胶乳经凝聚、洗涤、成型、干燥即得天然橡胶。 天然橡胶可分为标准胶(又称颗粒胶)、烟胶片、浓缩胶、白绉胶片、浅色胶片、胶清橡胶和风干胶片等,最常用的是标准胶和烟胶片。标准胶分为一级(SR5)、二级(SR10)、三级(SR20)、四级(SR50)四个等级,烟胶分成1~5号烟胶片(RSS1~RSS5)五个等级。

标准胶:标准橡胶主要分为5号胶,10号胶和20号胶。5号胶为一级胶,是最好的胶,其所含杂质为0.05%;10号胶为二级胶,其所含杂质为0.10 %;20号胶为三级胶,其所含杂质为0.20 %.不同型号的胶用途也不一样:5号胶一般用于制作轮胎内胎;10号胶和20号胶一般用于制作轮胎外胎。

烟胶片:即用燃烧椰子壳所发生的烟和热对压去水分的天然胶片进行熏烤后所得的胶片。烟熏的目的是为了使胶片干燥并注入防氧化及防腐的甲酚物质。烟胶片属于初级形状的天然橡胶。

2、复合橡胶(compounded rubber),复合橡胶是指部分或全部代替天然橡胶使用的胶种,如丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等,主要用于制造轮胎和一般工业橡胶制品。复合橡胶是以石油、天然气为原料,以二烯烃和烯烃为单体聚合而成的高分子。橡胶的高分子已经突破了单体聚合的工艺,世界领先的橡胶工厂已经开始运用更高强度的橡胶,用超高分子聚集而成,而且成本相当的低的。

由于天然橡胶的结构是异戊二烯的高聚物,这就为人工合成橡胶开辟了途径。1910年俄国化学家SV列别捷夫(Lebedev,1874-1934)以金属钠为引发剂使1,3-丁二烯聚合成丁钠橡胶,以后又陆续出现了许多新的合成橡胶品种,如顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶等等。合成橡胶的产量已大大超过天然橡胶,其中产量最大的是丁苯橡胶。

丁苯橡胶:丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的,是产量最大的通用合成橡胶,有乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶 和热塑性橡胶(SBR)。

顺丁橡胶:顺丁橡胶具有特别优异的耐寒性、耐磨性和弹性,还具有较好的耐老化性能。顺丁橡胶绝大部分用于生产轮胎,少部分用于制造耐寒制品、缓冲材料以及胶带、胶鞋等。

氯丁橡胶:通过均聚或少量其它单体共聚而成的。如抗张强度高,耐热、耐光、耐老化性能优良,耐油性能均优于天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶。具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性,其化学稳定性较高,耐水性良好。

二、橡胶的功能及应用

根据橡胶构成和适应性的不同其功能和适用领域也有所区分。天然橡胶具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率。在空气中易老化,遇热变粘,在矿物油或汽油中易膨胀和溶解,耐碱但不耐强酸,是制作胶带、胶管、胶鞋的原料,并适用于制作减震零件、在汽车刹车油、乙醇等带氢氧根的液体中使用的制品。

丁苯胶与天然胶比较,品质均匀,异物少,具有更好耐磨性及耐老化性,但机械强度则较弱,可与天然胶掺合使用。低成本的非抗油性材质,良好的抗水性,低硬度具良好弹力,高硬度时具较差的压缩性。广泛用于轮胎业、鞋业、布业及输送带行业等。

丁基橡胶气体透过性较少,对热、日光、臭氧之抵抗性大,电器绝缘性佳;对极性容剂抵抗大,一般使用温度范围为-54-110 ℃。对大部份一般气体具不渗透性,对阳光及臭气具良好的抵抗性,可暴露于动物或植物油或是可气化的化学物中。不建议与石油溶剂,胶煤油和芳氢同时使用。用于汽车轮胎的内胎、皮包、橡胶膏纸、窗框橡胶、蒸汽软管、耐热输送带等。

氢化丁腈胶为丁腈胶中经由氢化后其耐温性、耐候性比一般丁腈橡胶提高很多,耐油性与一般丁腈胶相近。一般使用温度范围为-25~150 ℃。拥有较佳的抗磨性,具极佳的抗蚀、抗张、抗撕和压缩性的特性。在臭氧等大气状况下具良好的抵抗性,一般适用于洗衣或洗碗的清洗剂中。不建议使用于醇类,酯类或是芳香族的溶液之中空调制冷业,广泛用于环保冷媒、R134a系统中的密封件、汽车发动机系统密封件。

乙丙胶由乙烯及丙烯共聚合而成,因此耐热性、耐老化性、耐臭氧性、安定性均非常优秀,但无法硫磺加硫。一般使用温度为-50~150 ℃。对极性溶剂如醇、酮等抵抗性极佳优点:具良好抗候性及抗臭氧性,具极佳的抗水性及抗化学物,可使用醇类及酮类,耐高温蒸气,对气体具良好的不渗透性。不建议用于食品用途或是暴露于芳香氢之中。主要应用于高温水蒸汽环境之密封件卫浴设备密封件或零件。制动(刹车)系统中的橡胶零件。散热器(汽车水箱)中的密封件。

丁腈胶由丙烯腈与丁二烯共聚而成,丙烯腈含量由18%~50% ,丙烯腈含量越高,对石化油品碳氢燃料油之抵抗性愈好,但低温性能则变差,一般使用温度范围为-25~100 ℃。丁腈胶为目前油封及O 型圈最常用之橡胶之一,具良好的抗油、抗水、抗溶剂及抗高压油的特性,具良好的压缩性,抗磨及伸长力。不适合用于极性溶剂之中,用于制作燃油箱、润滑油箱以及在石油系液压油、汽油、水、硅油、二酯系润滑油等流体介质中使用的橡胶零件,特别是密封零件。可说是目前用途最广、成本最低的橡胶密封件。

氯丁胶由氯丁烯单体聚合而成。硫化后的橡胶弹性耐磨性好,不怕阳光的直接照射,有特别好的耐候性能,不怕激烈的扭曲,不怕制冷剂,耐稀酸、耐硅酯系润滑油,但不耐磷酸酯系液压油。在低温时易结晶、硬化,贮存稳定性差,在苯胺点低的矿物油中膨胀量大,一般使用温度范围为-50~150 ℃。 弹性良好及具良好的压缩变形,配方内不含硫磺,因此非常容易来制作,具抗动物及植物油的特性,不会因中性化学物,脂肪、油脂、多种油品,溶剂而影响物性,具防燃特性。不建议使用强酸、硝基烃、酯类、氯仿及酮类的化学物之中耐R12 制冷剂的密封件,家电用品上的橡胶零件或密封件。适合用来制作各种直接接触大气、阳光、臭氧的零件。适用于各种耐燃、耐化学腐蚀的橡胶品。

三、橡胶在各行业中的应用

随着我国机械化水平的提高以及新材料的应用,橡胶行业不断与相关领域相互渗透,开拓了橡胶的应用范围和领域,产品广泛应用于煤炭、冶金、水泥、港口、矿山、石油、汽车、纺织、轻工、工程机械、建筑、海洋、农业、航空、航天等领域。

1、橡胶与交通运输

橡胶工业是随着汽车工业发展起来的。六十年代汽车工业与石油化学工业高速发展,使橡胶工业生产水平有了很大的提高;进入七十年代,为适应汽车的高速、安全和节约能源,消除污染,防止公害等方面的需要,促进了轮胎新品种的不断出观。原料胶消耗在交通运输方面占有相当大的比重。例如:一辆解放牌4吨载重汽车,需要橡胶制品200多公斤,一节硬座车厢需装配橡胶制品总重300多公斤,一艘万吨巨轮就需橡胶制品近10吨重,一架喷气式客机需要将近600公斤的橡胶。在海、陆、空交通运输上,哪一个都离不开橡胶制品。作为运输工具,轮胎是个主要的配件。除生产普通轮胎外,还大力发展子午线轮胎、无内胎轮胎地下铁道有的也采用了橡胶轮胎。铁路车辆及汽车推广应用橡胶弹簧减展制品,气密橡放。大型商店、车站、地铁也在采用载人运输带。此外,还有用橡胶制做的“气垫船”、“气垫车”等。

2、橡胶与工业矿山

工业部门所需要的大大小小的橡胶制品那就更多了,品种多,用途广,有的还有特殊要求。主要的制品有胶带、胶管、密封垫圈、胶辊、胶板、橡胶衬里及劳动保护用品。在矿山、煤炭、冶金等工业方面应用胶带来运输成品,各地都在不断出现,为了大型生产的需要,还生产出钢丝绳芯运输带和合成纤维运输带。矿用磨机橡胶衬里,以锻胶代替锰钢,使用寿命提高了二至四倍,还减小了噪音,这一产品已在世界范围内推广。

3、橡胶与农林水利

农林水利事业的发展,也需要各种各样的橡胶制品,除拖拉机和农业机械用各种轮胎外,在联合收割机需用的橡胶履带,灌溉用水池、水跟和水库采用的橡胶防渗层及橡胶水坝,橡胶船、救生用品等用员都在增长,在农副产品加工设备和林、牧、渔业技术装备等方面,都有橡胶配件。如一台铁牛40型轮式拖拉机,需要橡胶制品121件之多。随着农业机械化、农田水利的大发展,所需橡胶制品格会愈来愈多。

4、橡胶与军事固防

橡胶是重要的战略物资,在军事国防上应用更是十分广泛,比如,一辆坦克要用八百多公斤橡胶;一般三万吨级的军舰要用六十八吨橡胶,差不多军事装备、空军设施、国防工程都有橡胶的足迹。使用橡胶制做的船舶、帐篷、仓库以及防护用具、浴水服装等品种也很多。至于围防尖端技术需要的耐高温、耐低温、耐油、耐高度真空等特殊性能的橡胶产品更是不可缺少。随着国防现代化的发展,要求能耐-100 --400℃的温度范围,并能抵抗各种酸、碱和氧化剂具有特殊性能的橡胶,正在研制生产。

5、橡胶与土木建筑现代化建筑,橡胶更是大有用武之地。例如,在建筑物上使用的玻璃窗密封橡胶条,隔音地板、橡胶地毯、防雨材料以及用乳状涂料涂剧墙壁。从六十年代中期开始在建筑物安装大型橡胶弹簧座垫,以减少地铁所造成的震动和噪音。国外还在试制减轻地震对建筑物破坏作用的橡胶座垫,这种橡胶制品的研制具有十分重要的意义。制造混凝土空心构件应用的充气橡胶、软橡胶、乳胶水泥在建筑工程中的应用日趋广泛。把胶乳混入水泥,可以提高水泥的弹性和耐磨性。在沥青中加入3%的橡胶或胶乳铺设马路的路面,可防止路面的龟裂,并提高耐冲击件。在建筑施工中历使用的机械,运输设备、防护用品等都有橡胶制品的配件。

6、橡胶与电气通讯

橡胶的另一特性是绝缘性能好,不易导电。各种电线、 电缆多采用橡胶则成。硬质橡胶也多用来制做胶管、胶棒、胶板、隔板以及电瓶壳。此外,还广泛用作防护用品绝缘手套和绝缘胶靴、鞋等。

7、橡胶与医疗卫生

在医疗卫生部门有许多橡胶制品在应用,如医院里的麻醉科、泌尿科、外科、脑外科、骨科、五宫科、放射科等招的诊断、输血、导尿、洗肠胃的各种胶色手术用的手套、冰囊、海绵座垫等多是橡胶制品。作为医疗设备和仪器的配件也有橡胶制品。医用橡胶制品往往对它还有个特殊要求,如无毒、杀菌、生理惰性、耐放射等。橡胶巾的丁基橡胶就具有较高的生物惰性、化学稳定性和较微的透水透气性,用来加工橡胶瓶塞,能保证高吸湿抗生意和抗癌制剂的保存。硅橡胶在制造医用制品方面愈来愈广泛,如采用硅橡胶制造人造器官及人体组织代用品有了很大进展,还用它制作药物胶囊,放入体内适当位置,使囊内药物缓慢连续地释放出来,既能提高疗效又比较安全。

8、橡胶与商品储存

橡胶不仅用于医疗卫生,还应用于储藏水果和蔬菜。自1954年以来气调技术取得很大进展,被橡胶薄膜广泛地应用于硅橡胶宙气调控储藏水果。硅橡胶对Co2和O2有着优越透气性及适当透气比。二者的比是6:1,也就是说:二氧化碳扩散速度透过硅橡胶窗比氧要快六倍。比聚乙烯塑料薄膜进过的二氧化碳和氧约快为200倍。根据不同果品蔬菜品种的呼吸强度及数量等的差异,制成各种大小的硅橡胶嵌在塑料薄膜孔上,即可使袋内维持适量的Co2,形成良好的气体储藏环境,从而抑制果品蔬菜呼吸强度,延缓代谢速度,推迟水果蔬菜的后熟过程,减少水分蒸公防止腐烂。从储藏苹果的试验对比来看,采用塑料薄膜包装储藏五个月,自然消耗是0.7%以下,末用的自然消耗可达5.83%。再如,用硅橡胶薄膜气囊保存西红抵经一个月全部保青好果率达 70%以上,失重3.6%,取出后全部果实都能正常转红成熟。不用气囊的西红柿一周内就转红成熟,不能再储。

9、橡胶与文教体育

常见的各种球胆、乒乓球拍海绵胶面、游泳制品、玩具皮球、金笔笔胆、橡皮、橡胶圈、橡皮线、橡胶印、橡皮布、气球以及海绵胶垫等,广泛用于文教机关、办公室、设计绘图以及体育运动器材等。

10、橡胶与生活用品

日常生活中有不少橡胶制品在为我们服务,遍为城乡居民所穿用,它是民用橡胶制品中消费量很大的一种。比如雨衣、热水袋、松紧带、儿童玩具、海绵座垫以及乳胶制品等,在人民生活里都在发挥它的作用。

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