橡膠的基本結構與性能

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　　橡膠的基本結構與性能（1）

　　橡膠的分子特征---構成橡膠彈性體的分子結構有下列特點：

　　①其分子由重復單元（鏈節）構成的長鏈分子。分子鏈柔軟其鏈段有高度的活動性，玻璃化轉變溫度（Tg）低于室溫；

　　②其分子間的吸引力（范德華力）較小，在常態（無應力）下是非晶態，分子彼此間易于相對運動；

　　③其分子之間有一些部位可以通過化學交聯或由物理纏結相連接，形成三維網狀分子結構，以限制整個大分子鏈的大幅度的活動性。

　　從微觀上看，組成橡膠的長鏈分子的原子和鏈段由于熱振動而處于不斷運動中，使整個分子呈現極不規則的無規線團形狀，分子兩末端距離大大小于伸直的長度。一塊未拉伸的橡膠象是一團卷曲的線狀分子的纏結物。橡膠在不受外力作用時，未變形狀態熵值最大。當橡膠受拉伸時，其分子在拉伸方向上以不同程度排列成行。為保持此定向排列需對其作功，因此橡膠是抵制受伸張的。當外力除去時，橡膠將收縮回到熵值最大的狀態。故橡膠的彈性主要是源于體系中熵的變化的"熵彈性".

　　橡膠的基本結構與性能（2）

　　橡膠的應力-應變性質

　　應力-應變曲線是一種伸長結晶橡膠的典型曲線，其主要組分是由于體系變得有序而引起的熵變。隨著分子被漸漸拉直，使得分子鏈上支鏈的隔離作用消失，分子間吸引力變得顯著起來，從而有助于抵抗進一步的變形，所以橡膠在被充分拉伸時會呈現較的高抗張強度。

　　橡膠在恒應變下的應力是溫度的函數。隨溫度的升高橡膠的應力將成比例地增大。

　　橡膠的應力對溫度的這種依賴稱為焦耳效應，它可以說明金屬彈性和橡膠彈性間的根本差別。在金屬中，每個原子都被原子間力保持在嚴格的晶格中，使金屬變形所做的功是用來改變原子間的距離，引起內能的變化。因而其彈性稱為"能彈性".其彈性變形的范圍比橡膠中主要由于體系中熵的變化而產生的"熵彈性"的變化范圍要小得多。

　　在一般的使用范圍內，橡膠的應力-應變曲線是非線性的，因此橡膠的彈性行為不能簡單地以楊氏模量來確定 內容來自橡膠園

　　橡膠的基本結構與性能（3）

　　橡膠的變形與溫度、變形速度和時間的關系

　　橡膠分子的變形運動不可能在瞬時完成，因為分子間的吸引力必須由原子的振動能來克服，如果溫度降低時，這些振動變得較不活潑，不能使分子間吸引力迅速破壞，因而變形緩慢。在很低溫度下，振動能不足以克服吸引力，橡膠則會變成堅硬的固體。

　　如果溫度一定而變形的速度增大，也可產生與降低溫度相同的效果。在變形速度極高的情況下，橡膠分子沒有時間進行重排，則會表現為堅硬的固體。

　　橡膠材料在應力作用下分子鏈會緩慢的被破壞，產生"蠕變",即變形逐漸增大。當變形力除去后，這種蠕變便形成小的不可逆變形、稱為"永久變形".

　　橡膠的基本結構與性能（4）

　　橡膠的熱性能

　　①導熱性 橡膠是熱的不良導體，其導熱系數在厚度為25毫米時約為2.2~6.28瓦/米2·0K.是優異的隔熱材料，如果將橡膠做成微孔或海綿狀態，其隔熱效果會進一步提高，使導熱系數下降至0.4~2.0瓦。任何橡膠制件在使用中，都可能會因滯后損失產生熱量，因此應注意散熱。

　　②熱膨脹 由于橡膠分子鏈間有較大的自由體積，當溫度升高時其鏈段的內旋轉變易，會使其體積變大。橡膠的線膨脹系數約是鋼的20倍。這在橡膠制品的硫化模型設計中必須加以考慮，因為橡膠成品的線性尺寸會比模型小1.2~3.5%.對于同一種橡膠，膠料的硬度和生膠含量對膠料的收縮率也有較大的影響，收縮率與硬度成反比，與含膠率成正比。各種橡膠在理論上的收縮率的大小順序為：

　　氟橡膠>硅橡膠>丁基橡膠>丁腈橡膠>氯丁橡膠>丁苯橡膠>天然橡膠

　　橡膠制品在低溫使用時應特別注意體積收縮的影響，例如油封會因收縮而產生泄漏，橡膠與金屬粘合的制品會因收縮產生過度的應力而導致早期損壞

　　橡膠的基本結構與性能（5）

　　橡膠的電性能

　　通用橡膠是優異的電絕緣體，天然橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠和丁苯橡膠都有很好的介電性能，所以在絕緣電纜等方面得到廣泛應用。丁腈橡膠和氯丁橡膠，因其分子中存在極性原子或原子基團，其介電性能則較差。在另一方面，在橡膠中配入導電炭黑或金屬粉末等導電填料，會使它有足夠的導電性來分散靜電荷，或者甚至成為導電體

　　橡膠的基本結構與性能（6）

　　橡膠的氣體透過性（氣密性）

　　橡膠的氣透率是氣體在橡膠中的溶解度與擴散度的乘積。氣體的溶解度隨橡膠的溶解度參數增加而下降，氣體在橡膠中的擴散速度取決于橡膠分子中側鏈基團的多少。氣體在各種橡膠中的透過速度有很大的不同，在橡膠中氣透性較低的是聚醚橡膠和丁基橡膠，丁基橡膠氣透性只有天然膠的1/20.而硅橡膠的氣透性最大。橡膠的氣透性隨溫度的升高而迅速上升，對于使用炭黑作填料的制品來說，其品種和填充量對氣透性能影響不大。但軟化劑的用量大小對硫化膠的氣透性能影響很大，對氣透性能要求較高的橡膠制品，軟化劑的用量盡可能減少為好

　　橡膠的基本結構與性能（7）

　　橡膠的可燃性

　　大多數橡膠具有程度不同的可燃性。而分子中含有鹵素的橡膠如氯丁橡膠、氟橡膠等，則具一定的的抗燃性。因此，含有氯原子的氯丁膠和氯磺化聚乙烯在移開外部火焰后，既便燃燒也是困難的，而氟橡膠則完全是自行滅火的。在膠料中配入阻燃劑（例如磷酸鹽或含鹵素物質）可提高其阻燃性。