什么是橡胶? ASTM D1566中定义是:橡胶是一种材料,它在大的形变下能迅速而有力恢复其形变,能够改性。因此可以认为橡胶就是所有高分子弹性体的总称。
橡胶的独特加工工艺是通过“硫化”将线型高分子通过化学交联反应变成三维网状高分子的过程,也就是将各种生胶的混炼胶转化为硫化胶。近年来由于不需要硫化的热塑性弹性体橡胶的出现使硫化橡胶这一名词名不副实,为此将热塑性弹性体橡胶统称为弹性体。
生胶为分子量由10万~100万以上的黏弹性物质。生胶在室温和自然状态下有极大的弹性,而在50~100℃开始软化,此时进行机械加工能产生很大的塑性变形,易于将配合剂均匀地混入塑炼胶中并制成各种胶料和半成品。这种配合的混炼胶在140~180℃的温度下,经过一定时间(通常为2~40min)的硫化,橡胶分子之间产生化学反应,由线型结构转化为体型结构,从而丧失塑性,成为既有韧性又很柔软的有实用价值的弹性体。
橡胶的最大特征是弹性模量非常小,仅为2~4MPa,约为钢铁的1/30000,而伸长率则高达钢铁的300倍;同塑料相比,伸长率虽然接近,但弹性模量只有其1/30。橡胶的拉伸强度约为5~40MPa,破坏时伸长率可达100%~800%。在350%的范围内伸缩,回弹率能达到85%以上,即永久变形在15%以内。橡胶最宝贵的性能是在-50~+130℃的广泛温度范围内均能保持正常的弹性。
橡胶以及弹性体的第二大特征,是它具有相当好的耐透气性以及耐各种化学介质和电绝缘的性能。某些特种合成橡胶具备良好的耐油性及耐温性,能抵抗脂肪油、润滑油、液压油、燃料油以及溶剂油的溶胀;耐寒可低达-50~-80℃,耐热可高达180~350℃。橡胶还耐各种屈挠弯曲变形,因为滞后损失小,往复20万次以上仍无裂口现象。
橡胶的第三大特征在于它能与多种材料物质并用、共混、复合,由此进行改性,以得良好的综合性能。橡胶用炭黑等填料进行补强时,能使耐磨性能提高5~10倍,对非结晶性的合成橡胶(如丁苯橡胶、硅橡胶)能使力学强度提高10~50倍。不同橡胶品种之间的互相并用,以及橡胶同多种塑料的共混,可使橡胶的性能得到进一步的改进与提高。橡胶与纤维、金属材料的复合,更能最大限度地发挥橡胶的特性,形成各式各样的复合材料和制品。
橡胶的这些基本特性,使它成为工业上极好的减震密封、屈挠、耐磨、防腐、绝缘以及粘接等材料。由此而扩展的各类橡胶复合制品迄今已达56万种之多。橡胶的消耗量每年达到2000万吨以上,其中有80%左右是橡胶工业使用,其余20%用于非橡胶工业。橡胶工业还使用大量的纤维、金属以及部分塑料共同构成复合的橡胶制品,代表性的制品为轮胎。轮胎的橡胶用量占全部橡胶消费量的50%~70%。
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