一文深入了解橡膠材料的種類、特性與應用

?

橡膠，一種具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，受外力作用能產生較大形變，外力去除后可恢復原狀。其屬于完全無定型聚合物，玻璃化轉變溫度（Tg）低，分子量很大，超幾十萬。橡膠主要分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。

?

一、天然橡膠（NR）

天然橡膠（NR）源于橡膠植物樹提取，具備彈性好、強度高、絕緣性佳、變形小且加工方便等優(yōu)點。NR 是橡膠樹體內的聚異戊二烯，早在 1826 年 Faraday 測定其分子化學式為 C5H8，后來借助紅外光譜和高分辨率核磁共振儀，確定其分子結構為順式 - 1,4 - 聚異戊二烯，含量高達 99%。NR 生膠密度 0.9 - 0.95g/cm3，化學結構式如下：

?

NR 的主要性能如下：

1.?力學性能 ：常溫下分子鏈無定形、柔順性好，彈性出色，彈性伸長率可達 1000%。分子結構規(guī)整，受外力能取向結晶，自補強性好，硫化后拉伸強度 15 - 20MPa，炭黑補強后 25 - 30MPa，抗撕裂性強，撕裂強度 98kN/m。

2.?老化性能 ：分子鏈含碳碳雙鍵，易與空氣氧、臭氧發(fā)生氧化、裂解反應，導致老化。

3.?耐高低溫性能 ：玻璃化溫度約 - 72℃，低溫保彈性，耐寒性佳。200℃左右開始分解，270℃時激烈分解。

4.?耐介質性能 ：非極性物質，易溶于非極性溶劑和油，不耐汽油、苯等介質。

5.?電性能 ：非極性，絕緣性好，體積電阻率 1015 - 1017Ω·cm，硫化后因極性物質加入絕緣性下降。

6.?其他性能 ：耐磨、耐疲勞，廣泛用于汽車輪胎、懸置系統(tǒng)及緩沖塊等。

?

二、乙丙橡膠（EPDM）

乙丙橡膠（EPDM）以乙烯、丙烯為主單體，借助齊格勒 - 納塔催化體系發(fā)展起來，介于通用橡膠與特種橡膠之間。依據單體差異，分為二元乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM），后者含少量非共軛二烯烴。EPDM 生膠密度 0.85 - 0.87g/cm3，化學結構式如下：

?

EPDM 的主要性能如下：

1.?力學性能 ：主鏈無雙鍵，屬飽和橡膠，分子結構無極性取代基，分子鏈在寬溫度范圍保持柔順，彈性好，僅次于 NR。

2.?老化性能 ：飽和橡膠，化學穩(wěn)定性高，通用膠中耐老化最佳，抗臭氧性能突出，如密封條在高臭氧濃度下 72h 無龜裂。

3.?耐高低溫性能 ：玻璃化溫度 - 60 - - 50℃，低溫保彈性。120℃下長期使用，150 - 200℃可短暫或間歇使用。

4.?耐介質性能 ：非極性橡膠，耐極性溶劑，耐水性優(yōu)異，適用于水管制件及新能源汽車水冷電池包。

5.?電性能 ：極性小，電絕緣性好，體積電阻率 1012 - 1015Ω·cm，吸水性小，浸水后仍保絕緣。

6.?其他性能 ：可發(fā)泡性、壓縮回彈性好，發(fā)泡后用于密封件。但生膠強度低，需補強，自黏性和互黏性差，加工難。

?

三、氯丁橡膠（CR）

氯丁橡膠（CR）由 2 - 氯 - 1，3 - 丁二烯聚合而成，外觀乳白、米黃或淺棕，生膠密度 1.11 - 1.13g/cm3，1906 年 Niewland 開始研究，1931 年實現工業(yè)化，化學結構式如下：

?

CR 的主要性能如下：

1.?力學性能 ：自補強性好，含氯原子成為極性橡膠，分子間作用力大，結構規(guī)整易結晶，拉伸強度 20 - 25MPa。

2.?老化性能 ：主鏈含雙鍵屬不飽和橡膠，但氯原子降低雙鍵活性，分子結構穩(wěn)定，耐臭氧和老化。

3.?耐高低溫性能 ：玻璃化溫度約 - 40℃，但分子結構高規(guī)整性和極性使低溫變形難恢復，脆性斷裂，耐寒性差，使用溫度不低于 - 30℃。耐熱性優(yōu)于 NR，但比 EPDM 差，可 100℃長期使用，短期不超過 150℃。

4.?耐介質性能 ：極性強，耐油、耐非極性溶劑，用于油管內膠、防塵罩等。

5.?電性能 ：氯原子致絕緣性差，體積電阻 1010 - 1012Ω·cm，不適用于高絕緣性制件。

6.?其他性能 ：鹵素存在使其阻燃性優(yōu)異，適用于新能源汽車電池包周邊制件。

?

四、丁腈橡膠（NBR）

丁腈橡膠（NBR）由丁二烯和丙烯腈低溫乳液聚合而成，丙烯腈含量多樣，生膠密度 0.96 - 1.20g/cm3，化學結構式如下：

?

NBR 的主要性能如下：

1.?力學性能 ：耐油性佳，用于傳統(tǒng)汽車燃油系統(tǒng)，但玻璃化溫度 - 20 - - 10℃，耐寒性差。極性基團提升不飽和鍵穩(wěn)定性，耐熱性優(yōu)于 NR，長期使用溫度 100℃，最高不超過 125℃。不飽和鍵存在致耐臭氧性差。

2.?耐介質性能 ：含強極性氰基，耐非極性和弱極性油類、溶劑。

3.?電性能 ：體積電阻 108 - 109Ω·cm，電絕緣性差。

?

五、丙烯酸酯橡膠（ACM/AEM）

丙烯酸酯橡膠（ACM/AEM）以丙烯酸酯單體共聚而成，主鏈飽和碳鏈，側基為極性酯基。杜邦 1975 年推出改進版 AEM。化學結構式如下：

?

丙烯酸酯橡膠的主要性能如下：

1.?力學性能 ：機械性能優(yōu)良，拉伸強度 10 - 15MPa，彈性差，伸長率 100% - 300%。

2.?老化性能 ：耐老化、耐臭氧性能極好，媲美氟、硅橡膠。

3.?耐高低溫性能 ：耐高溫性能好，可在 200℃以下短期使用，但耐低溫差，脆性溫度 - 20 - - 10℃。

4.?耐介質性能 ：耐油性佳，尤其耐熱油，但酯基易水解，不耐水及含水介質。

5.?電性能 ：極性基團存在致電絕緣性一般。

6.?其他性能 ：耐透氣、抗撕裂、耐磨，因耐油耐高溫性能突出，用于軸封、油封等。

?

六、氟橡膠（FKM）

氟橡膠（FKM）主鏈或側鏈含氟原子，品種多樣，偏氟乙烯類橡膠最常用。第二次世界大戰(zhàn)期間開發(fā)，我國 1958 年起發(fā)展，現品種繁多，應用領域拓展到民用。化學結構式如下：

主要性能如下：

1.?力學性能 ：機械性能優(yōu)良，拉伸強度 10 - 20MPa，彈性差，伸長率 150% - 350%。

2.?老化性能 ：耐老化、耐臭氧性能極佳，如 Vion 型 FKM 存放十年性能仍好。

3.?耐高低溫性能 ：耐高溫最佳，長期使用可達 250℃，300℃以下可短期使用，但耐寒差，低于 - 25℃變脆。

4.?耐介質性能 ：化學穩(wěn)定性高，耐有機介質、無機酸及強氧化性試劑。

5.?電性能 ：分子結構影響電性能，溫度升高絕緣性下降，不能用于高溫絕緣。

6.?其他性能 ：鹵素致阻燃性好，離火自熄，用于耐高溫、耐油及特種介質場合。

?

七、硅橡膠（Q）

硅橡膠（Q）分子鏈兼具無機和有機特性，硅 - 氧鍵鍵能高，熱穩(wěn)定性好。按硫化方式分熱硫化型（HTV）和室溫硫化型（RTV），按側基分多種類型。化學結構式如下：

主要性能如下：

1.?力學性能 ：拉伸強度 4 - 7MPa，耐壓縮性能好，應用時避免受拉力。

2.?老化性能 ：主鏈無不飽和鍵，硅氧鍵鍵能高，耐臭氧、氧、天候老化。

3.?耐高低溫性能 ：工作溫度 - 100 - 350℃，車用橡膠中使用溫度范圍最寬。

4.?耐介質性能 ：惰性佳，耐液體介質性能取決于取代基類型。

5.?電性能 ：Si - O 結構致電絕緣性優(yōu)異。

6.?其他性能 ：阻燃、高透氣、可發(fā)泡，無毒無味，具生理惰性，用于生物醫(yī)療如防噪聲耳塞、人造血管等，也用于密封膠、黏接劑等領域。