天然橡膠基本知識介紹

　　一、自然屬性

　　天然橡膠是由人工栽培的橡膠迫緊零件三葉橡膠樹分泌的乳汁，經凝固、加工而制得，其主要成分為聚異戊二烯，含量在90%以上，此外還含有少量的蛋白質、脂及酸、糖分及灰分。

　　二、品種分類及質量標准

　　天然橡膠按制造工藝和外形的不同，分為煙片膠、顆粒膠、縐片膠和乳膠等。但市場上以煙片膠和顆粒膠為主。煙片膠是經凝固、干燥、煙熏等橡膠製品工藝而制得，我國進口的天然橡膠多為煙片膠；顆粒膠則是經凝固、造粒、干燥等工藝而制得，我國國產的天然橡膠基本上為顆粒膠，也稱標准膠。煙片膠一般按外形來分級，分為特級、一級、二O型環級、三級、四級、五級等共六級，達不到五級的則列為等外膠；顆粒膠則一般按國際上統一的理化效能、指標來分級，這些理化性能包括雜質含量、塑性初值、塑性保持率、氮含量、揮發物含量、灰分含量及色澤指數等七項。其中以雜質含量為主導性指標，依雜質之多少分為5L、5、10、20及50等共五個級別。上海期貨交易所天然橡膠合約的交割等級為國產一級標准膠SCR5和進口煙片膠RSS3，其中國產一級標准膠SCR5通常也稱為5號標准膠，執行國家技術監督局發布實施的天然橡膠GB8081?8090-87版本的各項品質指標。進口煙片膠RSS3執行國際橡膠品質與包裝會議確定的"天然橡膠等級的品質與包裝國際標准"(綠皮書)(1979年版)。

　　三、主要用途

　　天然橡膠因其具有很強的彈性和良好的絕緣性、可塑性、隔水隔氣、抗拉和耐磨等特點，廣泛地運用於工業、農業、國防、交通、運輸、機械制造、醫藥衛生領域和日常生活等方面，如交通運輸上用的輪胎；工業上用的運輸帶、傳動帶防水密封圈、各種密封圈；醫用的手套、輸血管；日常生活中所用的膠鞋、雨衣、暖水袋等都是以橡膠為主要原料制造的；國防上使用的飛機、大炮、坦克，甚至尖端科技領域裡的火箭、人造衛星、宇宙飛船、航天飛機等都需要大矽橡膠墊圈量的橡膠零部件。

關於橡膠的幾個概念

　　1、橡膠：世界上通用的橡膠的定義引自美國的國家標准矽橡膠墊圈ASTM-D156橡膠製品6(America Society of Test and Material)。定義如下：

　　橡膠是一種材料，它在大的變形下能迅速而有力地恢復其變形，能夠被改性(硫化)O型環。改性的橡膠實質上不溶於(但能溶脹於)沸騰的苯、甲乙酮、乙醇—甲苯混合物等溶劑中。改性的橡膠室溫下(18~29℃)被拉伸到原來長度的兩倍並保持一分鐘後除掉外力，防水密封圈它能在一分鐘內恢復到原來長度的1、5倍以下，具有上述特征的材料稱為橡膠。

　　注：1)橡膠是一種材料，具有特定的使用性能和加工性能，屬有機高分子材料。

　　2)橡膠在室溫下具有高彈性。

　　3)橡膠能夠被改性是指它能夠硫化。

　　4)改性的橡膠即硫化膠不溶解但能溶脹。

　　2、生膠： 沒有加入配合劑且尚未交聯的橡膠。

　　一般由線型大分子或帶有支鏈的線型大分子構成，可以溶於有機溶劑。

　　3、混煉膠：生膠與配合劑經加工混合均勻且未被交聯的橡膠。

　　常用的配合劑有硫化劑、促進劑、活性劑、補強填充劑、防老劑等。

　　4、硫化膠：混煉膠在一定的溫度、壓力和時間作用下，經交聯由線型大分子變成三維網狀結構而得到的橡膠。一般不溶於橡膠迫緊零件溶劑。

橡膠制品的結構組成

　　橡膠制品是由橡膠材料和添加各種橡膠輔防水密封圈料然後經過混合後的混煉膠再通過硫化機器設定的成型條件一次成型，即橡膠在硫化過程中橡膠裡面的分子產生結構的變化而最終形成橡膠制品的各種性能。 橡膠制品主要的結構有如下幾種：

　　線型結構：未硫化橡膠的普遍結構。由於分子量很大，無外力作用下，呈橡膠製品細團狀。當外力作用，撤除外力，細團的糾纏度發生變化O型環，分矽橡膠墊圈子鏈發生反彈，產生強烈的復原傾向，這便是橡膠高彈性的由來。

　　支鏈結構：橡膠大分子鏈的支鏈的聚集，形成凝膠。凝膠對橡膠的性能和加工都不利。在煉橡膠迫緊零件膠時，各種配合劑往往進步了凝膠區，形成局部空白，形成不了補強和交聯，成為產品的薄弱部位。

　　交聯結構：線型分子通過一些原子或原子團的架橋而彼此連接起來，形成三維網狀結構。隨著硫化歷程的進行，這種結構不斷加強。這樣，鏈段的自由活動能力下降，可塑性和伸長率下降，強度，彈性和硬度上升，壓縮永久變形和溶脹度下降。

關於橡膠老化的知識

　　一、什麼是橡膠老化?在表面上有哪此表現O型環?

　　橡膠及其制品在加工，貯存和使用過程中，由於受內外因素的綜合作用而引起橡膠物理化橡膠製品學性質和機械性能的逐步變壞，最後喪失使用價值，這種變化叫做橡膠老化。表面上表現為龜裂、發粘、硬化、軟化、粉化、變色、長霉等。

　　二、影響橡膠老化的因素有哪些?

　　引起橡膠老化的因素有：

　　(a)氧、氧在橡膠中同橡膠分子發生游離基鏈鎖反應，分子鏈發生斷裂或過度交聯，引起橡膠性能的改變。氧化作用是橡膠老化的重要原因之一。

　　(b)臭氧、臭氧的化學活性比氧高得多，破壞性更大，它同樣是使分子鏈發生斷裂，但臭氧對橡膠的作用情況隨橡膠變形與否而不同。當作用於變形的橡膠(主要是不飽和橡膠)時，出現與應力作用方向垂直的裂紋，即所謂"臭氧龜裂"；作用於變形的橡膠時，僅表面生成氧化膜而不龜裂。

　　(c)熱：提高溫度可引起橡膠的熱裂解或熱交聯。但熱的基本作用還是活化作用。提高氧擴散速度和活化氧化反應，從而加速橡膠氧化反應速度，這是普遍存在的一種老化現像——熱氧老化。

　　(d)光：光波越短、能量越大。對橡膠起破壞作用的是能量較高的紫外線。紫外線除了能直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯外，橡膠因吸收光能而產生游離基，引發並加速氧化鏈反應過程。紫外線光起著加熱的作用。光作用其另一特點(與熱作用不同)是它主要在橡表面進生。含膠率高的試樣，兩面會出現網狀裂紋，即所謂"光外層裂"、

　　(e)機械應力：在機械應力反復作用下，會使橡膠分子鏈斷裂生成游離基，引發氧化鏈反應，形成力化學過程。機械斷裂分子鏈和機械活化氧化過程。哪個能占優勢，視其所處的條件而定。此外，在應力作用下容易引起臭氧龜裂。

　　(f)水分：水分的作用有兩個方面：橡膠在潮濕空氣淋雨或浸泡在水中時，容易破壞，這是由於橡膠中的水溶性物質和清水基團等成分被水抽提溶解。水解或吸收等原因引起的。特別是在水浸泡和大氣曝露的交替作用下，會加速橡膠的破壞。但在某種情況下水分對橡膠則不起破壞作用，甚至有延緩老化的作用。

　　(g)其它：對橡膠的作用因素還有化學防水密封圈介質、變價金屬離子、高能輻射、電和生物等。

　　三、橡膠老化試驗方法可分為哪幾類?

　　可分為兩大類：

　　(a)自然老化試驗方法矽橡膠墊圈。又分為大橡膠迫緊零件氣老驗，大氣加速老化試驗，自然貯存老化試驗，自然介質(包括埋地等)和生物老化試驗等。

　　(b)人工加速老化試驗方法。為熱老化、臭氧老化、光老化、人工氣候老化、光臭氧老化、生物老化、高能輻射和電老化以及化學介質老化等。

　　四、熱空氣老化試驗對於各種膠料來說應選取什麼溫度等級?

　　對於天然橡膠來說，試驗溫度通常50~100℃，合成橡膠通常為50~150℃，某些特種橡膠試驗溫度則更高。如丁腈橡膠用70~150℃，硅氟膠一般用200~300℃。總之，應根據試驗具體確定。

影響結合橡膠的因素

　　結合橡膠是由於炭黑表面對橡膠的吸附產生的橡膠製品，所以任何影響這種吸附的因素均會影響結合橡膠的生成量，其主要影響因素如下。

　　1、炭黑比表面積的影響

　　結合膠幾乎與炭黑的比表面積成正比增加。隨著炭黑比表面積的增大，吸附表面積增大，吸附O型環量增加，即結合橡膠增加。

　　2、混煉薄通次數的影響

　　防水密封圈天然橡矽橡膠墊圈膠是一種很容易產生氧化降解的物質，那些只有一兩點吸附的大分子鏈的自由鏈部分可能存在於玻璃態層及亞玻璃態層外面。這部分橡膠分子鏈薄通時同樣會產生力學斷鏈及氧化斷鏈。這種斷鏈可能切斷了與吸附點的連接，這樣就會使結合膠量下降。

　　50份炭黑填充的氯丁橡膠、丁苯橡膠和丁基橡膠隨薄通次數的變化如下：氯丁橡膠、丁苯橡膠結合膠隨薄通次數增加而增加，大約到30次後趨於平衡。而丁基橡膠一開始就下降，也是約30次後趨於平衡。丁基橡膠下降的原因類似於天然橡膠。 3、溫度的影響

　　將混煉好的式樣放在不同溫度下保持一定時間後測結合膠量。隨處理溫度升高，即吸附溫度提高，結合膠量提高，這種現像和一般吸附規律一致。

　　與上述現像相反，混煉溫度對結合膠的影響卻是混煉溫度越高則結合膠越少。這可能是因為溫度升高，橡膠變得柔軟而不易被機械力破壞斷鏈形成大分子自由基，炭黑在這樣柔軟的橡膠環境中也不易產生斷鏈形成自由基，因此在高溫煉膠時由於這種作用形成的結合膠會比低溫下煉膠的少。

　　4、橡膠性質的影響

　　結合膠量與橡膠的不飽和度和分子量有關，不飽橡膠迫緊零件和度高，分子量大的橡膠，生成的結合膠多。

　　5、陳化時間的影響

　　試驗表明，混煉後隨停放時間增加，結合膠量增加，大約一周後趨於平衡。因為固體炭黑對固體橡膠大分子的吸附不像固體填料對氣體或小分子吸附那麼容易。另外化學吸附部分較慢，也需要一定時間。