橡膠是什麼？深入瞭解橡膠原料的組成

一.橡膠是什麽

橡膠英文為Rubber，是指具有可逆形變的高彈性聚合物材料，在室溫下富有彈性，在很小的外力作用下能產生較大形變，除去外力後能恢覆原狀。橡膠屬於完全無定型聚合物，它的玻璃化轉變溫度（T g）低，分子量往往很大，大於幾十萬。

橡膠一般可分為天然橡膠與合成橡膠二種。天然橡膠則是由三葉橡膠樹所分泌的乳汁，經由凝固、加工等過程而得，產量約佔40%左右。合成橡膠合以天然氣、煤及石油等原料為基礎，通過化學方法得到單體，然後再聚合成一定溫度範圍內具有高度的彈性高分子化合物，可用來替代天然橡膠，產量約佔60%左右。

天然橡膠與合成橡膠的區別

橡膠一詞來源於印第安語cau-uchu，意為“流淚的樹”。天然橡膠就是由三葉橡膠樹割膠時流出的膠乳經凝固、幹燥後而制得。1770年，英國化學家J.普里斯特利發現橡膠可用來擦去鉛筆字跡，當時將這種用途的材料稱為Rubber，此詞一直沿用至今。橡膠的分子鏈可以交聯，交聯後的橡膠受外力作用發生變形時，具有迅速覆原的能力，並具有良好的物理力學性能和化學穩定性。橡膠是橡膠工業的基本原料，廣泛用於制造輪胎、膠管、膠帶、電纜及其他各種橡膠制品。三葉橡膠樹提供最多的商用橡膠。它在受傷害（如莖部的樹皮被割開）時會分泌出大量含有橡膠乳劑的樹液。

另外，無花果樹和一些大戟科的植物也能提供橡膠。德國在第二次世界大戰時由於橡膠供應被切斷，曾嘗試從這些植物取得橡膠，但後來改為生產人造橡膠。最初的橡膠樹生長於南美洲，但經過人工移植，東南亞也種有大量的橡膠樹。事實上，亞洲已成為最重要的橡膠來源地。

天然橡膠是指從巴西橡膠樹上采集的天然膠乳，經過凝固、幹燥等加工工序而製成的彈性固狀物。天然橡膠在常溫下具有較高的彈性，稍帶塑性，具有非常好的機械強度，滯後損失小，在多次變形時生熱低，因此其耐屈撓性也很好，並且因為是非極性橡膠，所以電絕緣性能良好。另外，天然橡膠具有更大的結構規則性，更高的生膠強度和更快的硫化速率。目前天然橡膠已成為許多行業(包括輪胎，手套，橡膠地毯等)中最重要的原料之一。

合成橡膠是由人工合成的高彈性聚合物。也被叫做合成彈性體，是三大合成材料之一，其產量僅次於合成樹脂、合成纖維。按單體種類可以分為天然橡膠NR、聚丁二烯橡膠BR、丁晴橡膠NBR、丁苯橡膠SBR、氯丁橡膠CR ）、異戊二烯橡膠IR、丁基橡膠IIRR、氫化丁晴橡膠HNBR、乙丙橡膠EPM\\EPDM、氟橡胶FPM等。

橡膠製品的特點

1.橡膠製品成型時壓力很大，因為彈性體內沒有聚力方法消除，在成型離模時，往往會產生極不穩定的收縮(橡膠的收縮率因橡膠種類不同而不同) ，需要一段時間才能緩慢穩定。因此，在橡膠製品設計之初，無論是配方還是模具，都需要仔細計算和配合。否則，產品尺寸不穩定，產品質量低。

2.橡膠是熱溶性和熱固性的彈性體，塑膠是熱溶性和冷固性。由於硫化物的種類不同，橡膠的成型和固化溫度範圍也有相當大的差距，甚至可能受到氣候變化和室內溫度和濕度的影響。因此，橡膠成品的生產條件需要如果沒有，可能會產生產品質量的差異。

3.橡膠製品由橡膠原料製成混合膠作為原料，根據所需橡膠產品的特點設計配方，並確定所需產品的硬度。產品由橡膠平板硫化機成型。產品成型後，最後進行飛邊處理，產品表面光滑無毛刺。

4.橡膠製品老化試驗屬於老化試驗範疇，橡膠老化是指橡膠及產品在加工、儲存和使用過程中，由於內外因素的綜合作用，性能結構發生變化，從而失去使用價值的現象。表現為開裂、黏附、硬化、軟化、粉末、變色、黴菌等。

二.橡膠有哪些種類

1.天然橡膠（NR – Natural Rubber）以橡膠烴（聚異戊二烯）為主，含少量蛋白質、水分、樹脂酸、糖類和無機鹽等。彈性大，定伸強度高，抗撕裂性和電絕緣性優良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易於其它材料黏合，在綜合性能方面優於多數合成橡膠。缺點是耐氧和耐臭氧性差，容易老化變質；耐油和耐溶劑性不好，第抗酸堿的腐蝕能力低；耐熱性不高。使用溫度範圍：約-60℃~80℃。製作輪胎、膠鞋、膠管、膠帶、電線電纜的絕緣層和護套以及其他通用製品。特別適用於製造扭振消除器、發動機減震器、機器支座、橡膠-金屬懸掛元件、膜片、模壓製品。

2.聚丁二烯橡膠（BR – Butadiene Rubber）是由丁二烯聚合而成的順式結構橡膠。優點是：彈性與耐磨性優良，耐老化性好，耐低溫性優異，在動態負荷下發熱量小，易於金屬黏合。缺點是強度較低，抗撕裂性差，加工性能與自黏性差。使用溫度範圍：約-60℃~100℃。一般多和天然橡膠或丁苯橡膠並用，主要製作輪胎胎面、運輸帶和特殊耐寒製品。

3.丁晴橡膠（NBR – Nitrile Butadiene Rubber）丁二烯和丙烯晴的共聚體。特點是耐汽油和脂肪烴油類的性能特別好，僅次於聚硫橡膠、丙烯酸酯和氟橡膠，而優於其他通用橡膠。耐熱性好，氣密性、耐磨及耐水性等均較好，黏結力強。缺點是耐寒及耐臭氧性較差，強力及彈性較低，耐酸性差，電絕緣性不好，耐極性溶劑性能也較差。使用溫度範圍：約-30℃~100℃。主要用於製造各種耐油製品，如膠管、密封製品等。

4.丁苯橡膠（SBR – Styrene Butadiene Rubber）丁二烯和苯乙烯的共聚體。性能接近天然橡膠，是目前產量最大的通用合成橡膠，其特點是耐磨性、耐老化和耐熱性超過天然橡膠，質地也較天然橡膠均勻。缺點是：彈性較低，抗屈撓、抗撕裂性能較差；加工性能差，特別是自黏性差、生膠強度低。使用溫度範圍：約-50℃~100℃。主要用以代替天然橡膠製作輪胎、膠板、膠管、膠鞋及其他通用製品。

5.氯丁橡膠（CR – Chloroprene Rubber）是由氯丁二烯做單體乳液聚合而成的聚合體。這種橡膠分子中含有氯原子，所以與其他通用橡膠相比：它具有優良的抗氧、抗臭氧性，不易燃，著火後能自熄，耐油、耐溶劑、耐酸堿以及耐老化、氣密性好等優點；其物理機械性能也比天然橡膠好，故可用作通用橡膠，也可用作特種橡膠。主要缺點是耐寒性較差，比重較大、相對成本高，電絕緣性不好，加工時易黏滾、易焦燒及易黏模。此外，生膠穩定性差，不易保存。使用溫度範圍：約-45℃~100℃。主要用於製造要求抗臭氧、耐老化性高的電纜護套及各種防護套、保護罩；耐油、耐化學腐蝕的膠管、膠帶和化工襯里；耐燃的地下采礦用橡膠製品，以及各種模壓製品、密封圈、墊、黏結劑等。

6.異戊二烯橡膠（IR – Isoprene Rubber）是由異戊二烯單體聚合而成的一種順式結構橡膠。化學組成、立體結構與天然橡膠相似，性能也非常接近天然橡膠，故有合成天然橡膠之稱。它具有天然橡膠的大部分優點，耐老化由於天然橡膠，彈性和強力比天然橡膠稍低，加工性能差，成本較高。使用溫度範圍：約-50℃~100℃ 可代替天然橡膠製作輪胎、膠鞋、膠管、膠帶以及其他通用製品。

7.丁基橡膠（IIR）是異丁烯和少量異戊二烯或丁二烯的共聚體。最大特點是氣密性好，耐臭氧、耐老化性能好，耐熱性較高，長期工作溫度可在130℃以下；能耐無機強酸（如硫酸、硝酸等）和一般有機溶劑，吸振和阻尼特性良好，電絕緣性也非常好。缺點是彈性差，加工性能差，硫化速度慢，黏著性和耐油性差。使用溫度範圍：約-40℃~120℃。主要用作內胎、水胎、氣球、電線電纜絕緣層、化工設備襯里及防震製品、耐熱運輸帶、耐熱老化的膠布製品。

8.氫化丁晴橡膠（HNBR）丁二烯和丙烯晴的共聚體。它是通過全部或部分氫化NBR的丁二烯中的雙鍵而得到的。其特點是機械強度和耐磨性高，用過氧化物交聯時耐熱性比NBR好，其他性能與丁晴橡膠一樣。缺點是價格較高。使用溫度範圍：約-30℃~150℃。主要用於耐油、耐高溫的密封製品。

9.乙丙橡膠（EPM\\EPDM）乙烯和丙烯的共聚體，一般分為二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠。特點是抗臭氧、耐紫外線、耐天候性和耐老化性優異，居通用橡膠之首。電絕緣性、耐化學性、沖擊彈性很好，耐酸堿，比重小，可進行高填充配合。耐熱可達150℃，耐極性溶劑－酮、酯等，但不耐脂肪烴和芳香烴，其他物理機械性能略次於天然橡膠而優於丁苯橡膠。缺點是自黏性和互黏性很差，不易黏合。使用溫度範圍：約-50℃~150℃。主要用作化工設備襯里、電線電纜包皮、蒸汽膠管、耐熱運輸帶、汽車用橡膠製品及其他工業製品。

10.氟橡胶（FPM – Fluoro Carbon Rubber）

氟橡膠(FPM）常用的有氟橡膠-26、氟橡膠-246，前者為偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，後者為偏氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物.氟橡膠具有突出的耐熱、耐油、耐酸、鹼，老化性能及電絕緣性能優良，難燃，透氣性小。但低溫性能較差。一般使用溫度範圍-40～250℃，短時間可達300℃。適於製作各種要求耐熱、耐油的密封零件、膠管、膠布和油箱，但價格較貴。

三.橡膠製品工藝流程

橡膠製品種類繁多，但生產工藝過程卻基本相同。以一般固體橡膠生膠為原料的橡膠製品的基本工藝過程包括:塑煉、混煉、成型，三個基本工序。當然，原材料準備、成品整理、檢驗包裝等基本工序也少不了。橡膠的加工工藝過程主要是解決塑性和彈性性能這個矛盾的過程，通過各種工藝手段，使得彈性的橡膠變成具有塑性的塑煉膠，再加入各種配合劑製成半成品，然後通過硫化使具有塑性的半成品又變成彈性高、物理機械性能好的橡膠製品。

1.塑煉

生膠富有彈性，缺乏加工時必需的可塑性性能，因此不便於加工。為了提高其可塑性，所以要對生膠進行塑煉，這樣在混煉時配合劑就容易均勻分散在生膠中，同時在壓延、成型過程中也有助於提高膠料的滲透性滲入纖維織品內和成型流動性。將生膠的長鏈分子降解形成可塑性的過程叫做塑煉。生膠塑煉的方法有機械塑煉和熱塑煉兩種。機械塑煉是在不太高的溫度下通過塑煉機的機械擠壓和摩擦力的作用使長鏈橡膠分子降解變短由高彈性狀態轉變為可塑狀態。熱塑煉是向生膠中通入灼熱的壓縮空氣在熱和氧的作用下使長鏈分子降解變短從而獲得可塑性。

2.混煉

為了適應各種不同的使用條件、獲得各種不同的性能，也為了提高橡膠製品的性能和降低成本必須在生膠中加入不同的配合劑。混煉就是將塑煉後的生膠與配合劑混合、放在煉膠機中通過機械拌合作用使配合劑完全、均勻地分散在生膠中的一種過程。混煉是橡膠製品生產過程中的一道重要工序，如果混合不均勻就不能充分發揮橡膠利配合劑的作用影響產品的使用性能。混煉後得到的膠料人們稱為混煉膠，它是製造各種橡膠製品的半成品材料，俗稱膠料，通常均作為商品出售購買者可利用膠料直接加工成型、硫化製成所需要的橡膠製品。根據配方的不同，混煉膠有一系列性能各異的不同牌號和品種提供選擇。

3.成型

在橡膠製品的生產過程中利用壓延機或壓出機預先製成形狀各式各樣、尺寸各不相同的工藝過程型。成型的方法有

3.1壓延成型

適用於製造簡單的片狀、板狀製品。它是將混煉膠通過壓延機壓製成一定形狀、一定尺寸的膠片的方法叫壓延成型。有些橡膠製品，如輪胎、膠布、膠管等所用紡織纖維材料必須塗上一層薄膠，在纖維上塗膠也叫貼膠或擦膠，塗膠工序一般也在壓延機上完成。纖維材料在壓延前需要進行烘幹和浸膠烘幹的目的是為了減少纖維材料的含水量以免水分蒸發起泡 ?和提高纖維材料的溫度以保證壓延工藝的質量。浸膠是掛膠前的必要工序目的是為了提高纖維材料與膠料的結合性能。

3.2壓出成型

用於較為覆雜的橡膠製品 ?象輪胎胎面、膠管、金屬絲表面覆膠需要用壓出成型的方法製造。它足把具有一定塑性的混煉膠放入到擠壓機的料頭內在螺桿的擠壓下通過各種各樣的口型也叫樣板進行連續造型的一種方法。壓出之前膠料必須進行預熱使膠料柔軟、易於擠出從而得到表面光滑、尺寸推確的橡膠品。

3.模壓成型

也可以用模壓方法來製造某些形狀覆雜如皮碗、密封圈的橡膠製品 ?借助成型的陰、陽模具將膠料放置在模具中加熱成型。

3.3硫化

把塑性橡膠轉化為彈性橡膠的過程叫做硫化，是將一定量的硫化劑如硫磺、硫化促進劑等加入到由生膠製成的半成品中，在硫化罐中進行在規定的溫度下加熱、保溫使生膠的線性分子間通過生成 “疏橋”而相互交聯成立體的網狀結構，從而使塑性的膠料變成具有高彈性的硫化膠。由於交聯鍵主要由硫磺組成所以稱為“硫化”。隨著合成橡膠的迅速發展現在硫化劑的品種很多除硫磺外還有有機多硫化物、過氧化物、金屬氧化物等。因此凡是能使線狀結構的塑性橡膠轉化為立體網狀結構的彈性橡膠的工藝過程都叫硫化。凡能在橡膠材

中起“搭橋”作用的物質都稱為 “硫化劑硫化後的彈性橡膠叫硫化橡膠又叫軟橡膠俗稱 “橡膠”。硫化是橡膠加工的一個最為重要的工藝過程各種橡膠製品必須經過硫化來獲得理想的使用性能。未經硫化的橡膠在使用上是沒有什麽使用價值的，但若硫化程度不夠、硫化時間不夠未能達到最佳狀態和=硫化時間超過、性能顯著下降都使橡膠性能下降。所以生產過程中一定要嚴格控製硫化時間，以保證硫化後的橡膠製品具有最好的使用性能和最長久的使用壽命。

四.橡膠有哪些應用？

橡膠製品沒有統一的科學分類，習慣上分為輪胎、工業製品和生活用品。

1.輪胎橡膠製品：

①機動車輪胎-包括載重輪胎、汽車輪胎、工程輪胎、工業輪胎、農業機械輪胎、摩托車輪胎等；

②非機動車輪胎-包括自行車輪胎、力車輪胎、馬車輪胎、搬運車輪胎等；

③特種輪胎-包括航空輪胎、火炮輪胎、坦克輪胎等；

2.橡膠工業產品橡膠產品：

①膠帶-輸送帶、傳送帶等。

②膠管-夾布膠管、編織膠管、纏繞膠管、針織膠管、特種膠管等；

③模型產品-橡膠密封件、減震器等。

④壓製產品-純橡膠管、門窗密封條、各種橡膠型材等。

⑤膠帶製品-生活防護膠帶製品(如雨衣)、工業膠帶製品(如礦用導風筒)、交通儲運製品(如油罐)、救生製品(如救生筏)等。

⑥膠輥：印染膠輥、印刷膠輥、造紙膠輥等；

⑦硬質膠製品:電絕緣製品(電池殼)、化學防腐襯里、微孔硬質膠(微孔隔板)等。

⑧橡膠絕緣產品-電線、電纜等。

⑨膠乳製品-浸漬製品、海綿、壓出製品、注模製品等。

3.生活用品中的橡膠製品:

①生活體育用品-橡膠鞋、橡膠球、擦橡膠、橡膠線等。

②醫療衛生用品-設備(各種導管、洗球)、防護用品、醫療包裝配件、人體醫用橡膠製品等。

其中，輪胎、橡膠鞋、橡膠帶、橡膠管橡膠製品在產值和橡膠消耗中占有重要地位，有時除這三類橡膠製品外，還被稱為橡膠雜品。

橡膠製品按原材料分，橡膠製品可分為乾膠製品和乳膠製品。所有以乾膠為原料製成的橡膠製品，如輪胎、膠帶、橡膠軟管等，統稱為乾膠製品。這類產品的產量占橡膠製品產量的90%以上。直接從乳膠製成的產品統稱為乳膠製品，如乳膠手套、氣球、海綿等。這類產品的產量不到橡膠製品總產量的10%。

橡膠製品按生產方法劃分，橡膠製品可分為模型製品和非模型製品。金屬模型中橡膠定型硫化的產品可統稱為輪胎、橡膠密封產品、橡膠減震產品等模型產品。但在橡膠行業，模型產品被習慣地理解為除輪胎以外的橡膠模型產品。不在模型中定型硫化的產品，統稱為膠帶、膠管、膠帶、膠輥等非模型產品。一些橡膠製品(如橡膠鞋等)可以通過模型法和非模型法生產。