橡胶材料及工艺学

绪论1

0.1橡胶材料与橡胶工业1

0.2橡胶科学技术与工业展望2

第1章橡胶本体材料4

1.1引言4

1.2天然橡胶5

1.3丁苯橡胶9

1.4顺丁橡胶11

1.5异戊橡胶13

1.6丁基橡胶15

1.7乙丙橡胶17

1.8氯丁橡胶18

1.9丁腈橡胶20

1.10氟橡胶22

1.11其他烯烃类橡胶26

1.11.1氯磺化聚乙烯26

1.11.2氯化聚乙烯27

1.11.3丙烯酸酯橡胶27

1.12硅橡胶28

1.13聚硫橡胶29

1.14聚醚类橡胶30

1.15热塑性橡胶30

1.15.1嵌段型热塑性橡胶31

1.15.2接枝型热塑性橡胶32

1.15.3共混型热塑性橡胶32

1.16液体橡胶34

1.16.1低聚物类液体橡胶34

1.16.2乳胶37

参考文献39

第2章橡胶材料的化学反应40

2.1引言40

2.2化学改性反应40

2.2.1分子链基团反应40

2.2.2接枝共聚反应42

2.2.3嵌段共聚反应42

2.2.4力化学反应43

2.3交联反应43

2.3.1硫黄及同系物的交联反应44

2.3.2树脂的交联反应49

2.3.3有机过氧化物和辐射交联反应50

2.3.4金属氧化物的交联反应53

2.3.5交联结构与表征54

2.4老化反应与防护57

2.4.1氧老化反应57

2.4.2臭氧老化63

2.4.3物理因素引起的老化64

2.4.4老化反应的防护66

参考文献71

第3章橡胶材料结构与性能72

3.1引言72

3.2材料的微观结构72

3.2.1分子链的构造72

3.2.2分子链的构型76

3.2.3分子链的构象77

3.3材料的细观结构81

3.3.1聚集态结构82

3.3.2多相体系结构86

3.4相容性89

3.4.1相容性的热力学判定89

3.4.2 高分子物质—溶剂的相容性91

3.4.3 高分子物质—高分子物质的相容性92

3.5热转变94

3.5.1分子链热运动特点94

3.5.2热转变行为95

3.5.3玻璃化转变97

3.6高弹性与黏弹行为97

3.6.1高弹性的热力学解析98

3.6.2橡胶弹性状态方程100

3.6.3黏弹行为104

3.7破坏现象和机械强度109

3.7.1破坏现象109

3.7.2疲劳111

3.7.3黏合强度114

3.8加工流变性119

3.8.1熔体流动特征——非牛顿型流动120

3.8.2影响熔体流动性的因素121

3.8.3弹性效应与不稳定流动125

3.9传热与传质129

3.9.1热传导与热膨胀129

3.9.2低分子物的渗透与扩散131

参考文献135

第4章橡胶材料设计基础137

4.1引言137

4.2本体材料的选择137

4.2.1橡胶的选择138

4.2.2橡胶的并用138

4.3交联体系143

4.3.1硫黄系硫化体系143

4.3.2非硫黄系交联体系151

4.3.3交联体系的进展157

4.4老化防护体系158

4.4.1防老剂的种类与特性159

4.4.2防老剂的选用164

4.4.3防老剂的进展166

4.5补强填充体系167

4.5.1补强与填充的概念167

4.5.2炭黑168

4.5.3白炭黑175

4.5.4无机填料及表面改性181

4.5.5短纤维的补强作用185

4.5.6补强填充剂的进展187

4.6增塑和加工助剂体系189

4.6.1增塑（软化）体系190

4.6.2加工助剂体系194

4.7其他助剂体系195

4.7.1发泡剂195

4.7.2阻燃剂197

4.8材料设计程序与方法198

4.8.1材料配方的表示形式198

4.8.2材料设计程序与实验研究200

4.8.3材料设计方法概述201

4.9高性能材料设计简论202

4.9.1低滚动阻力与抗湿滑材料202

4.9.2耐高低温和导热材料207

4.9.3耐介质材料210

4.9.4低透气性和耐真空材料216

4.10功能性材料设计简论218

4.10.1阻燃材料218

4.10.2导电材料220

4.10.3声学材料222

4.10.4生物材料224

参考文献226

第5章橡胶材料加工过程与技术228

5.1引言228

5.2塑炼228

5.2.1塑炼机理229

5.2.2塑炼工艺与设备231

5.3混炼236

5.3.1开放式炼胶机混炼237

5.3.2密闭式炼胶机混炼240

5.3.3连续混炼机混炼245

5.3.4各种橡胶的混炼特性247

5.3.5混炼胶的质量检测248

5.4压延和挤出249

5.4.1压延249

5.4.2挤出255

5.5胶料与骨架材料的黏合263

5.5.1胶料与纤维（织物）的黏合263

5.5.2胶料与金属的黏合268

5.6硫化273

5.6.1硫化历程和正硫化273

5.6.2硫化工艺条件及确定方法275

5.6.3硫化介质和热传导的检测278

5.7硫化方法与设备279

参考文献284

进入21世纪后，我国经济逐渐全面融入全球化市场竞争之中，激发我国橡胶工业迅速发展，呈现出橡胶工业大国的强劲势头。但是，在产品与质量、技术与装备、信息化制造与管理等方面尚未达到国际先进水平，仍需依靠科技进步和技术创新从根本上提升我国橡胶工业的竞争实力。

橡胶材料与橡胶工业有内在的渊源关系，生产实践中的难题、市场竞争中的关键技术和技术创新都蕴藏着深刻的学术问题，从而促进了橡胶材料科学与技术的提高和升华，并成为橡胶产业发展新材料、新技术和新产品中的理论基础及技术支撑。现代橡胶材料科学与技术已经发展为多种学科和多种技术相互渗透及交叉的综合性学科，因此从事橡胶材料与加工工艺方面的教育、科研、工程技术和管理人员必须不断扩大自己的知识面及理论水平，尽量涉猎到其他领域的科技活动，并善于解决与其他学科相关的问题。基于这种想法与认识，编者在10年前编撰了《橡胶材料性能与设计应用》一书，受到业内人士的关注与支持，对书中内容提出不少宝贵意见，编者在此基础上收集了近年来相关专著及文献资料，重新编撰了此书。本书力图突出系统性、理论性和实践性相结合的特点，力求概念清晰，较全面、系统地阐述橡胶科学技术领域的基本理论和技术，注重反映出现的新理论、新材料和新技术，奢望能反映当前国内外橡胶科学与材料的水平和概貌。

本书的内容分为两部分。第1部分（第1～3章）主要从微观结构和细观结构研究橡胶材料的结构特征与性能间的关系，深入地讨论了橡胶材料的主要物理机械性能。其中第1章讲述了天然橡胶和合成橡胶的分子链结构特点、分类及应用性能；第2章讨论了橡胶材料的化学反应特性，重点讲述化学改性反应、交联反应与老化现象；第3章较为翔实地阐述了橡胶材料的微、细观结构层次与性能之间的内在关系及规律。材料性能是结构特征的宏观反应，特别侧重于和实际应用较密切的主要性能，包括相容性、热转变、高弹性、破坏与强度、加工流变性及传热与传质等方面内容。第1部分内容揭示了材料结构与性能间关系的内涵和外延，是橡胶材料设计的理论基础。第2部分（第4～5章）阐述橡胶材料设计原理及其加工过程与技术，体现材料工程的有效性和经济性原则。其中第4章研讨了如何按材料的使用性能要求，设计出具有一定可控结构的橡胶材料，包括多种橡胶和配合剂的特性与选择，某些高性能和功能性材料的设计原理及原则；第5章是橡胶材料加工过程与技术，许多性能优异的材料往往由于加工工艺与技术问题而影响其性能不能充分发挥，因此从材料加工过程的动态化学与物理变化及影响因素角度，探讨了基本加工过程单元的加工原理、设备特征与工艺条件的制订等相关问题，诸如塑炼、混炼、压延、挤出、骨架材料的黏合及硫化等，同时阐述了材料加工过程的控制和质量管理的概念以及生产信息集成化和全面质量管理方面的进展。

编者的初衷是为读者提供一本较为系统、完整的基础性读物，由于水平所限，本书尚有不妥之处，恳请读者予以批评和指正。

本书在编写过程中得到了青岛科技大学高性能聚合物研究院同事们的倾力协助和化学工业出版社的关心与支持，在此表示衷心感谢。

编著者2013年7月

本着系统性、理论性和实践性相结合的原则，系统地介绍了橡胶材料与工艺学方面的基本理论和技术。全书共分5章，详细地对橡胶本体材料、橡胶材料的化学反应、橡胶材料结构与性能、橡胶材料设计基础、橡胶材料加工过程与技术进行了概括。 本书可供橡胶工业系统从事科研和生产的科技人员以及有关高分子材料工作者，作为进修和参考资料之用；也可作为高等学校中与橡胶相关专业的研究生及高年级学生的教学参考书。

该书突出了系统性、理论性和实践性想结合的特点，重点介绍橡胶行业的基础理论、新材料、新技术。具体包括橡胶本体材料、橡胶材料的化学反应、橡胶材料结构域性能、橡胶材料设计基础、橡胶材料加工过程与技术。除了适于研究和生产人员外，也适于作为高等院校的教学参考书。