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解析天然橡胶杂件的结构、性能及应用
2016-12-12

一、天然橡胶杂件的大分子链结构
现代科学研究结果已经证明,普通的天然橡胶杂件至少有97%以上是异戊二烯的顺式-1,4加成结构(含少量的异戊二烯的3,4-加成结构),其分子结构式为
天然橡胶杂件和其他高分子化合物一样,具有多分散性,即分子链有长有短,相对分子质量有大有小。其平均相对分子质量约为70万左右,相当于平均聚合度n在1万左右。相对分子质量分布范围是较宽的,据国外文献资料报道相对分子质量绝大多数是在3~1000万之间,相对分子质量分布指数HI在2.8~10之间。
二、天然橡胶杂件的应用
天然橡胶杂件主要应用于轮胎,特别是子午线轮胎、管带和胶鞋等各类橡胶杂件制品。各种不要求耐油、耐热等特殊要求的橡胶杂件制品都可以使用,它的应用范围十分广泛。特别对于加工性能满足不了要求的合成橡胶杂件,往往采用与天然橡胶杂件并用的办法改善加工性能。
三、天然橡胶杂件的性能
1)天然橡胶杂件具有综合好的物理机械性能  天然橡胶杂件在常温下具有很好的弹性。这是由于天然橡胶杂件分子链在常温下呈无定形状态,分子链柔性好的缘故。密度为0.913g/cm3其弹性模量为2~4MPa,约为钢铁的三万分之一,而伸长率为钢铁的300倍,最大可达1000%。在0~100℃范围内,天然橡胶杂件的回弹率可以达到50%~85%以上。
2)其他性能  天然橡胶杂件还具有很好的耐屈挠疲劳性能,纯胶硫化胶屈挠20万次以上才出现裂口。原因是滞后损失小,多次变形生热低。耐磨性、耐寒性较好,具有良好的气密性,渗透系数为2.969×10-12H2(s.Pa)-1,同时具有良好的防水性、电绝缘性和绝热性。
3)最好的综合加工性能  天然橡胶杂件由于相对分子质量高、相对分子质量分布宽,分子中α-甲基活性大,分子链易于断裂,再加上生胶中存在一定数量的凝胶成分,因此很容易进行塑炼、混炼、压延、压出、成型等,并且硫化时流动性好容易充模。
4)热性能  天然橡胶杂件常温为高弹性体,玻璃化温度为-72℃受热后缓慢软化,在130~140℃开始流动, 200℃左右开始分解温度, 270℃剧烈分解。
天然橡胶杂件具有很高的机械强度  分子结构规整性好,外力作用下可以发生结晶,为结晶橡胶杂件,具有自补强性。纯胶硫化胶的拉伸性能仅次于聚氨酯橡胶杂件可以达到17~25MPa,经过炭黑补强后可达25~35MPa,300%定伸应力可以达到6~10MPa,500%定伸应力为12MPa以上,撕裂强度可以达到95KN/m,在高温(93℃)下强度损失为35%左右。
5)天然橡胶杂件的电性能  天然橡胶杂件是非极性物质,是一种较好的绝缘材料。绝缘体的体积电阻率在1010~1020Ω.cm范围内,天然橡胶杂件生胶一般为1015Ω.cm,而纯化天然橡胶杂件1017Ω.cm。天然橡胶杂件硫化后,因又引进极性因素,绝缘性下降。
6)天然橡胶杂件的化学性质  天然橡胶杂件是不饱和的橡胶杂件,每一个链节都含有一个双键。能够进行加成反应。此外,因双键和甲基取代基的影响,使双键附近的α-次甲基上的氢原子变得活泼,易发生取代反应。由于天然橡胶杂件上述的结构特点,所以容易与硫化剂发生硫化反应(结构化反应),与氧、臭氧发生氧化、裂解反应,与卤素发生氯化、溴化反应,在催化剂和酸作用下发生环化反应等。
但由于天然橡胶杂件是高分子化合物,所以它具有烯类有机化合物的反应特性,如反应速度慢,反应不完全、不均匀,同时具有多种化学反应并存的现象,如氧化裂解反应和结构化反应等。
在天然橡胶杂件的各类化学反应中,最重要的是氧化裂解反应和结构化反应。前者是生胶进行塑炼加工的理论基础,也是橡胶杂件老化的原因所在;后者则是生胶进行硫化加工制得硫化胶得理论依据。而天然橡胶杂件的氯化、环化、氢化等反应,则可应用于天然橡胶杂件得改性方面。
7)耐介质性性能  介质是指油类、液态的化学物质等。若橡胶杂件于介质之间没有化学反应、又不相溶,则橡胶杂件就耐这种介质。天然橡胶杂件为非极性物质,易溶于非极性溶剂和非极性油,因此天然橡胶杂件不耐环己烷、汽油、苯等介质,不溶于极性的丙酮、乙醇等,不溶于水,耐10%的氢氟酸,20%的盐酸,30%的硫酸,50%的氢氧化钠等。不耐浓强酸和氧化性强的高锰酸钾、重铬酸钾等。