高分子材料导论之-第五章-橡胶

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1、第五章橡胶5.1橡胶的发展历史5.1.1橡胶的发现天然橡胶的发展历史可以追溯到1496年前，最早发现橡胶的是印第安人。他们把这种从橡胶树伤口中流出来的白色的乳液叫做cau-uchu，含义是“流泪的树”。法语字典中的橡胶caoutchouc就是从印第安语直接演变而成的。在英语中，橡胶的名字rubber是1770年由英国化学家普里斯特利给它取的，因为他发现橡皮可以檫去铅笔的字迹。15世纪末哥伦布第二次航行到达美洲：一种能蹦几米高的球。采集难，应用受地区限制。1820年苏格兰化学家用石脑油融解胶乳。天然橡胶1839年由于橡胶硫化技术的发明，才使这种材料真正具有实用性。成为人类生活和生产中不可缺少的一

2、种材料。产品价格高，性能差。遇热时会变软发粘，遇冷时又会变硬，弹性也会变差，用途有限。5.1.2橡胶的硫化我国只有西双版纳和海南岛等少数地区才适于种植橡胶。1839年美国化学家，工程师古德意，受焦碳炼钢技术的启发，设想通过在生橡胶中混入其他元素来提高橡胶的性能。在饱尝了失败的痛苦后，最后终于发现把生胶同硫黄混合在一起，然后在炉子上加热，就能得到一种不粘不脆，坚韧而有弹性的橡胶制品。天然橡胶的性能虽然十分优异。橡胶种植的生产周期长、成本高、产量低，远远不能满足需要。1000t橡胶需要种300万株树，需要管理和种植人员5500人，投资达到1300美元/t。如果能够人工合成呢？研究工作得益于对天然橡

3、胶的化学分析，发现它的主要成分是C5H8。异戊二烯。5.1.3橡胶合成的发展过去的几千年间，人们所坐的车使用的一直是木制轮子，或者再在轮子周围加上金属轮辋。1845年，英国工程师R．W．汤姆森在车轮周围套上一个合适的充气橡胶管，并获得了这项设备的专利，到了1890年，轮胎被正式用在自行车上，到了1895年，被用在各种老式汽车上。5.1.3橡胶合成的发展第一次世界大战：由于海上封锁，德国无法从国外进口于是开始着手合成橡胶的研究。德国化学家得到了甲基橡胶。德国大约生产了2500吨甲基橡胶。尽管这种橡胶的耐压性能不理想，战后便被淘汰了，但它毕竟是第一种具有实用价值的合成橡胶。1908年开始，列别捷夫

4、1910年用乙醇生产丁二烯，于1913年建成了世界上第一个大规模生产丁钠合成橡胶的工厂。此后科学家们持续努力，各种橡胶陆续问世：1928-1931，美国人纽兰德和卡罗瑟斯各自合成了氯丁橡胶，于1932年由美国杜邦公司投入工业生产。1930-1934年，德国又合成了丁腈橡胶和丁苯橡胶。第二次世界大战：天然橡胶的产地东南亚各国被日本控制。战争需要，一些国家开始进行了合成天然橡胶的研究。1954年，美国采用人工合成方法生产的天然橡胶。从此橡胶工业走上了稳定发展的道路。平均每吨合成橡胶的投资仅600美元。至20世纪70年代，合成橡胶得到了快速的发展，产量也开始超过天然橡胶。至90年代，合成橡胶产量已占

5、橡胶总产量的73%左右。其中50%以上的橡胶用于轮胎工业。20世纪60年代还出现了热塑性弹性体——在常温下具有橡胶的弹性，而在高温下又能像塑料一样塑化成型。在鞋用材料中发展很快。合成橡胶中也增加了丁基橡胶、顺丁橡胶、耐油、耐强腐蚀、耐辐射的特种橡胶。5.1.4橡胶的用途橡胶的弹性、柔软性、耐磨性、绝缘性和阻隔性都十分优良，用途十分广泛。橡胶可用于：O型圈和汽车门窗的密封条，传送带，马达皮带，自动扶梯把手、印刷用的胶辊、电缆电线的绝缘护套及劳保用品，防水建材，灌溉用胶管，雨衣、胶鞋、热水带、球类、玩具、胶粘剂、医用手套和输血管。橡胶护弦的耐压实验轮胎测试机人字型橡胶运输带橡胶油罐5.2橡胶的基本

6、知识5.2.1橡胶弹性的由来1）相对分子质量大20～40万，也就是长度至少是直径的2～5万。2）分子间的相互作用小PS、PVC——铁丝团；顺丁二烯橡胶——棉线团3）分子的对称小、不易形成结晶结构3,4-加成1,2-加成反式1,4-加成顺式1,4-加成而异戊二烯则可形成四种不同的单体单元：异戊二烯:那么如何实现合成纯粹的顺聚异戊二烯呢？中国科学院长春应用化学研究所定向聚合，60年代4）具有交联结构弹性得以表现。硫与双键反应结果——硫化橡胶在拉伸应力消除后所以会恢复原来的尺寸，主要是由于熵函数的作用，这种弹性被称为熵弹性。所谓“熵弹性”是指分子排列的混乱程度。外力作用下，橡胶卷曲的分子被拉长，分子

7、排列变规整，混乱度下降……整个过程如同公共汽车突然刹车，乘客的变化。1聚合物的力学性能聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等，这些响应可用一些基本的指标来表征。聚合物的结构与性能1.1表征力学性能的基本指标（1）应变与应力材料在外力作用下，其几何形状和尺寸所发生的变化称应变或形变，通常以单位长度（面积、体积）所发生的变化来表征。材料在外力作用下发生形变的同时，