氯丁橡胶混炼胶的弹性与高弹性
发布时间:2012-12-08 16:09
橡胶是高弹性高分子化合物的总称。氯丁混炼胶在室温上下很宽的温度范围内具有优越的弹性、很好的柔软性，并且具有优异的疲劳强度、高的耐磨性、电绝缘性、不透气性、不透水性以及耐腐蚀、耐溶剂、耐高温、耐低温等特殊性能，因此成为重要的工业材料，广泛用于轮胎、胶管、胶带、胶鞋、工业制品（如减震制品、密封制品、化工防腐材料、绝缘材料、胶辊、胶布及其制品等）以及胶黏剂、胶乳制品中。要制得符合实际使用要求的橡胶制品、改善氯丁混炼胶的加工工艺以及降低产品成本等，还需在橡胶中加入各种橡胶配合剂。
ASTM（美国材料试验测试学会）对橡胶定义是：橡胶是一种材料，它在大的变形下能迅速而有力地恢复其变形，能够被改性（硫化）。改性的氯丁混炼胶实质上不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯、甲乙酮等溶剂中。改性的橡胶在室温下(18-29℃)被拉伸到原来长度的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min内恢复到原来长度的1.5倍以下。国家标准(GB 9881)对橡胶定义是：橡胶是一种可以或已被改性为基本不溶（但能溶胀）于苯、甲乙酮等沸腾溶剂中的弹性体。
橡胶的主要存在形式有四种：生胶、塑炼胶、氯丁混炼胶、硫化胶。此外还有再生胶、纯橡胶、母炼胶等。生胶是指没有经过任何加工的橡胶；塑炼胶是指只进行塑炼加工、具有一定可塑度要求的橡胶；混炼胶是指加入配合剂、进行过混炼加工的橡胶；硫化胶是指加入配合剂混合均匀，经过硫化的橡胶。
常用橡胶有：天然橡胶( NR)、丁苯橡胶(SBR)、顺丁橡胶(BR)、异戊橡胶(IR)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、乙丙橡胶(EPR)和丁基橡胶(IIR)等。特种橡胶有：硅橡胶(Q)、氟橡胶(FPM)，丙烯酸酯橡胶(ACM)、聚氨酯橡胶(AU)／FU等。
弹性是指材料受外力之后产生变形和除去外力之后恢复原状的能力。如材料受外力后不能变形则称为材料刚性；受外力后产生变形，但除去外力不能恢复则称为材料塑性。氯丁混炼胶弹性一般用回弹率来表示，有时也可用伸长率及永久变形（包括扯断永久变形和压缩永久变形）来衡量，伸长率大，永久变形小、弹性大。
氯丁混炼胶材料在常温下最突出的特点是其他材料所不具备的高弹性。高弹性是高聚物特有的、基于链段运动的一种力学状态，是其他基于键角、键长变化的普通弹性所无法比拟的。一般铜、钢等金属材料的形变量只有约1%，氯丁混炼胶材料的高弹形变至少100%，最高则可达1000%以上。
理想的高弹性完全是由卷曲的橡胶大分子变化造成的，去除外力后，能立即回复原状。然而，实际中氯丁混炼胶分子间存在相互作用力和内旋转阻力，会妨碍分子链段的运动，表现为氯丁混炼胶的黏性，作用于氯化聚乙烯混炼胶（氯丁橡胶）分子上的力一部分用于克服分子间的黏性阻力，另一部分使分子链变形。
橡胶材料的高弹性与其分子量、卷曲分子的构象熵、硫化胶交联密度和交联键的类型等有关。
氯丁混炼胶的高弹性是由橡胶的高分子决定的，分子量越大，不能承受应力的、对弹性没有贡献的游离末端数量就越少；另外分子量大，分子链内彼此缠结而导致的“准交联”效应增加；分子量大有利于弹性的提高。分子量分布窄的高分子量级分多，则对弹性有利；分子量分布宽的高分子量级努多，则对弹性不利。
在常温下不易结晶的、由柔性分子链组成的材料，分子链的柔顺性越大，氯丁混炼胶受到外力时链运动能够比较迅速地改变分子链的构象，分子链的形态数增加，因此弹性越好。
随着交联密度的增加，硫化胶弹性增大，直至最大值，交联密度继续增加，弹性下降。这是因为分子无交联时，在外力的作用下，分子链相对滑动，形成可逆形变，弹性较差；适度的交联，可以减少或消除分子链间的滑移，有利于弹性的提高；交联过度会使分子链的相互作用力和内旋转阻力增加，活动受阻，使弹性下降。
本文参考《橡胶技术问答-原料•工艺•配方篇》一书。 相关链接
