第四章橡胶与弹性体材料
各种橡胶、弹性体、PVC材料特性表
11
聚硫橡胶
TR
具有良好的耐油性，耐烃(ting)类溶剂、耐大气老化、耐水、以及低温曲挠性能好，同时对各种材料有非常好的粘接性。
用作汽车密封材料、不干性橡胶腻子和化工设备衬里、马路漆和耐油性油漆、涂料、耐油胶管、中空玻璃密封等。
大量使用于胶管、轮胎、胶带、胶鞋、以及各种工业橡胶制品。
3
顺丁橡胶
BR
加工性能好，具有优异的耐磨性和弹性，生热少、耐低温性能好，耐曲挠性也不错。
缺点：撕裂强度低和抗滑性不好。
广泛用于轮胎、胶管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品方面。
4
氯丁橡胶
CR
耐臭氧、耐天候老化、耐热老化、耐油、耐溶剂、阻燃、绝缘以及耐水性、气密性、拉伸强度等方面的性能均较好。
15
热塑性丁苯橡胶
SBS
是目前产量最大(占7%)最经济的热塑性弹性体品种。其性能与丁苯橡胶相似，具有更佳的弹性、手感、色彩丰富，更适合做低硬度产品
缺点：耐热、耐油性能较差。
广泛用于手柄、玩具、运动器材、鞋材等领域。
16
热塑性弹性体
SEBS
是加氢制得的饱和型 SBS 。耐老化、耐臭氧在原性能上大幅提高。特别适用于户外使用的产品。
9
氟橡胶
FPM
优异的耐高温(250℃)和很好的介电性能，以及优异的耐氧化、耐油、耐化学腐蚀、耐磨损等优异性能。
缺点：加工工艺比较困难。
广泛用于航天、航空、导弹、火箭等科学领域以及工业设备各方面。如：胶管、密封件、电线、隔膜、胶带等制品以及防腐衬里。
10
硅橡胶和TPE：如何做出正确的选择
简言之,硅橡胶和 TPE 在室温下通常具有非 常 相 似 的 性 能 . 事 实 上 ,从 外 观 上 来 看 ,很 难 区 分 产品是由硅 橡 胶 还 是 由 TPE 制 成.辨 认 出 产 品 是什么材料的一个窍门就是把有问题的材料直接 与明火接 触 几 分 钟.TPE 将 开 始 变 形 并 可 能 熔 化 ,而 硅 橡 胶 将 不 受 影 响 .
４ TPE 性能概述
TPE 弹性体是具有弹 性 特 性 的 软 橡 胶 材 料. 在室温下,它们是坚固 柔 韧 的 材 料.TPE 在 高 温 或低温下 不 能 保 持 其 室 温 特 性.TPE 的 推 荐 连 续使用温度范围 因 其 共 聚 物 组 成 而 异,应 在 产 品 设计中加 以 考 虑.TPE 具 有 中 等 的 耐 紫 外 线 性
硅橡胶永久变 形 小,拉 伸 后 会 反 复 恢 复 到 原 来的形状.这种形变恢复的能力对应一个物理属 性,简称为压 缩 永 久 变 形.相 对 于 其 他 弹 性 体 材 料 而 言 ,硅 橡 胶 的 压 缩 永 久 变 形 比 较 低 .
硅橡胶也是一 种 优 良 的 减 震 材 料,是 音 响 产 品 的 理 想 材 料 ,它 自 然 也 是 一 种 很 好 的 电 绝 缘 体 , 在电线电缆应用中常选择它作为绝缘材料.如果 需 要 ,可 采 用 金 属 添 加 剂 制 造 导 电 硅 橡 胶 .
硅橡胶硫化成 型 以 后,它 就 形 成 了 一 个 永 久 不 变 的 形 状 ,将 不 能 破 碎 后 重 复 使 用 ,因 此 硅 橡 胶 是热固性材 料.这 个 特 点,再 加 上 相 对 较 高 的 材 料成本,加工厂商 一 开 始 就 能 正 确 进 行 加 工 变 得 尤为重要.由于 缺 乏 经 济 可 行 的 用 途,硫 化 硅 橡 胶的废料通常被填埋.
第四章2 高分子的高弹性
线性粘弹性：符合胡克定律的线性弹性行为和 符合牛顿定律的线性粘性行为的组合，则称线 性粘弹性。
高分子材料的高弹性和粘弹性
F
力学松弛 行为
静态粘弹性
蠕变 ：温度、应力一定，随时
间的延长形变增加。
聚合物粘弹性
动态粘弹性
应力松弛 ：温度、形变一定，应力
随时间延长而减小。
滞后 力学损耗（内耗）
图2.2 蠕变、应力松弛示意图.
1
τ=η/E
牛顿粘壶
d 2 2 dt
σ
Maxwell 模型受力分析
t=0
t 增大
t
2、蠕变
1、定义：一定温度、一定应力作用下，材料的形变 随时间延长而增加的现象。 若除掉外力，形变随时间变化而减小－－称为蠕 变回复。
1 2 3
0 t
高分子材料的蠕变曲线
t
高分子材料的高弹性和粘弹性
一、滞后现象
动态粘弹性
试样在交变应力作用下，应变的变化落 后于应力的变化的现象
汽车速度60公里/小时 轮胎某处受300次/分的周期应力作用。
ζ (t) ε(t)
σ0
(t ) 0 sin wt
(t ) 0 sin( wt - )
2
3
wt
对弹性材料：（t） 0 sin wt形变与时间t无关，与应力同相位 对牛顿粘性材料：（t） 0 sin( wt - )应变落后于应力 2 2
形变量一般～500%，可达1000%。普通金属材料的形 变量＜1％
高分子材料的高弹性和粘弹性
温度升高，弹性模量增大 ；
温度，链段运动加剧，回缩力，维持相同形变所需 的作用力 抵抗变形的能力升高。
第四章高聚物的弹性理论和形变性能
第四章高聚物的弹性理论和形变性能一、思考题⒈何谓高聚物的力学性能？从受载速度区分，力学性能可分为哪几类？⒉试说明非晶线型高聚物和橡胶的单轴拉伸曲线特点。
⒊与金属材料相比，高聚物的力学性能有哪些特点？⒋与金属的普弹性相比，高聚物的高弹性有哪些特点？为什么称高弹性为熵弹性？⒌影响橡胶高弹性的几个主要因素是什么？⒍何谓交联橡胶单轴拉伸状态方程？该方程在什么情况下与实际橡胶相差较大？何谓橡胶的拉伸弹性模量、剪切模量？⒎何谓粘弹性？何谓Boltzmann 叠加原理？何谓时温等效原理？⒏粘弹性实验一般有哪些？何谓应力松弛和蠕变？什么是松弛模量和蠕变柔量？松弛时间与推迟时间有何异同？⒐什么是高聚物的力学滞后和内耗？表征高聚物动态粘弹性的参量有哪些？用什么参量描述其内耗大小？⒑如何由不同温度下测得的E ~t 曲线得到某一参考温度下的叠合曲线？当参考温度分别取为玻璃化温度和玻璃化温度以上约50℃时，WLF 方程中的C 1、C 2应分别取何值？哪一组数据普适性更好？⒒粘弹性力学模型中的基本元件和基本连接方式有哪些？它们有何基本关系式？写出Maxwell 模型和V oigt 模型的基本微分方程。
广义Maxwell 模型和广义V oigt 模型分别适用于描述高聚物在什么情况下的性质？二、选择题⒈蠕变与应力松弛速度()①与温度无关②随着温度增大而减小③随着温度增大而增大⒉交联橡胶以下哪条不正确()①具有熵弹性②快速拉伸时吸热③形变很小时符合Hooke 定律⒊高聚物处于橡胶态时其弹性模量()①随着形变增大而增大②随着形变增大而减小③与形变无关⒋采用为参考温度进行时温转换叠加时，温度低于的曲线，()g T g T T αlg①正，曲线向右移动②负，曲线向左移动③负，曲线向右移动④正，曲线向左移动⒌高聚物滞后现象发生的原因()①高聚物的弹性太大②运动时受到内摩擦力的作用③高聚物的惰性大⒍V oigt 模型可用于模拟()①线型高聚物的蠕变②交联高聚物的蠕变(定性)③线型高聚物的应力松弛④交联高聚物的应力松弛⒎Maxwell 模型可用于模拟()①线型高聚物的蠕变②交联高聚物的蠕变③线型高聚物的应力松弛(简单)④交联高聚物的应力松弛⒏粘弹性表现最为明显的温度()①②高于附近③附近g T <g T f T ⒐蠕变可用哪种模型来描述()①理想弹簧和理想粘壶串联②理想弹簧和理想粘壶并联③四元件模型⒑应力松弛可用哪种模型来描述()①理想弹簧和理想粘壶串联②理想弹簧和理想粘壶并联③四元件模型⒒对交联高聚物，以下的力学松弛行为哪一条正确()①蠕变能回复到零②应力松弛时应力能衰减到零③可用四元件模型模拟⒓下述哪一条是正确的()①玻璃化温度随相对分子质量的增大而不断增大②玻璃化转变是热力学一级转变③玻璃化温度是自由体积达到某一临界值的温度三、判断题(正确的划“√”；错误的划“╳”)⒈当温度升高时，高弹模量下降。
橡胶与弹性体材料共29页
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
橡胶与弹性体材料4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
橡胶的种类性能和用途
橡胶的种类性能和用途橡胶是一种由高分子聚合物组成的材料，具有良好的弹性和可塑性，可以在广泛的温度范围内保持其弹性和形状。
橡胶常用于制造各种橡胶制品，如轮胎、密封件、橡胶管等。
不同种类的橡胶具有不同的性能和用途。
下面将介绍常见的橡胶种类及其性能和用途。
1.天然橡胶（NR）天然橡胶是由乳胶树的乳浆提取而来，具有极高的弹性、抗拉强度和耐磨性。
它是一种具有优异拉伸强度和维持形态稳定性的橡胶材料。
天然橡胶常用于制造汽车轮胎、卫生用品、橡胶鞋、手套和橡胶丝带等。
2.合成橡胶（SR）合成橡胶是通过合成聚合物来制造的橡胶材料，具有与天然橡胶相似的性能。
常见的合成橡胶种类包括丁苯橡胶（BR）、丁腈橡胶（NBR）、聚氯丁橡胶（CR）和丙烯酸酯橡胶（ACM）等。
-丁苯橡胶具有优异的耐磨性、耐油性和耐低温性能，主要用于制造轮胎、传送带、密封件和橡胶鞋等。
-丁腈橡胶具有优异的耐油性、耐燃性和抗腐蚀性能，常用于制造汽车零部件、密封件和防护手套等。
-聚氯丁橡胶具有较高的耐燃性和耐候性能，常用于电线电缆保护套、密封胶带和防火工程等。
-丙烯酸酯橡胶具有优异的耐油性、耐磨性和耐候性能，常用于制造橡胶密封件、橡胶管和橡胶垫等。
3.弹性体橡胶（IR）弹性体橡胶是一种具有特殊弹性和回弹性能的橡胶材料。
它具有优异的降噪、隔振和防震性能，常用于制造振动隔离器、橡胶减震垫和橡胶弹簧等。
4.氟橡胶（FKM）氟橡胶是一种具有优异耐高温、耐化学品和耐油性能的橡胶材料。
它可以在高温环境下保持其弹性和性能稳定性，常用于制造密封件、汽车零部件和化工设备等。
5.硅橡胶（VMQ）硅橡胶是一种具有耐高温、耐低温和优异电绝缘性能的橡胶材料。
它可以在-60℃至250℃的温度范围内保持其弹性和性能稳定性，常用于制造电子产品、食品级密封件和医疗器械等。
6.氯丁橡胶（CR）氯丁橡胶是一种具有良好耐候性、耐油性和防水性能的橡胶材料。
它常用于制造汽车密封件、防水材料和胶带等。
特种橡胶及弹性体材料在汽车工业上的应用及发展
汽 车用 橡 胶 制 品 包 括 橡 胶 轮 胎 、 动 带 （ 传 Ｖ 带、 同步带 ） 各 种 胶 管 、 、 密封 制 品 （ 粘剂 、 封 、 胶 油 密 封胶条 等 ） 减振 橡 胶制 品及 安 全 气袋 等 。每辆 、
轿 车上橡胶 及 弹性 体 制 品多 达 ４ ０ ５ ０个 ， 量 ０ ０ 质 约 ４ ｋ 不 包 括 轮 胎 ） 占 汽 车 总 质 量 的 ４ ～ ０ ｇ（ ， ５／， 常用胶 种 多 达 １ ９ ５ Ｏ多 个 ， 于 密 封 、 振 、 用 减 管
摘
要 ： 绍 了汽 车 Ｖ带 和 同步 带 、 介 车用 胶 管 、 粘 剂 ， 封 胶 、 窗 封 条 、 振 橡 胶 制 品 、 车 轮 胎 等 橡 胶 制 品 种 类 和 市 胶 密 门 减 汽
场发展前景。
关键词 ： 车工业 ； 汽 橡胶 制 品 ； 市场
汽 车工业 是 国 民经 济 的 支 柱 产业 ， 车 工 业 汽
橡胶材料第4章橡胶的老化与防护体系
10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。20:14:4620:14:4620:147/10/2021 8:14:46 PM
11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21.7.1020:14:4620:14Jul- 2110-J ul-21
12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。20:14:4620:14:4620:14Satur day, July 10, 2021
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。下 午8时14分46秒 下午8时14分20:14:4621.7.10
2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
物理机械性能的变化：拉伸强度、伸长率、冲击强度、 弯曲强度、剪切强度、疲劳强度、弹性、耐磨性都下降。
电性能的变化：绝缘电阻、介电常数、介电损耗、击穿 电压等电性能的变化、电绝缘性下降。
外观变化、性能变化产生的原因是结构变化。
4
第四章 橡胶的老化与防护体系
3．结构变化 分子间产生交联，分子量增大the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成 。21.7.1021.7.1020:14:4620:14:46Jul y 10, 2021
14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。2021年7月 10日星 期六下 午8时14分46秒20:14:4621.7.10
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硬度、强度 弹性
硬度在邵A20～邵D60 与SBR具有类似的力学性能 SBS上存在双键，耐热氧老化性不好。 氢化后得到的SEBS是饱和的，耐热氧老
化性好。 SBS耐水和极性溶剂，不耐非极性溶剂。
SBS在使用温度超过70oC时，压缩永久变形 就会明显增大。பைடு நூலகம்
3. 应用
1. 结构
苯乙烯类嵌段共聚型热塑性弹性体的结构 为S—D—S。S为聚苯乙烯硬段，其聚集微 区为无定形玻璃态——物理交联点；D为聚 二烯烃或氢化聚丁二烯软段，在常温下处 于高弹态——提供橡胶的弹性。
常见的三种苯乙烯类热塑性弹性体
SBS SIS
SEBS
2. 性能 苯乙烯的含量对SBS类的性能有最重要的
简单共混型
热塑性硫化胶（TPV）
4.2 共聚型TPE
共聚TPE的结构特征 苯乙烯共聚TPE 聚氨酯共聚TPE 乙烯-辛烯共聚TPE
<一> 共聚型TPE的结构特征 共聚型TPE是采用嵌段共聚的方式将柔性链
（软段）同刚性链（硬段）交替连接成大 分子。
玻璃态或结晶态微区
<二> 苯乙烯共聚热塑性弹性体
第四章 橡胶与弹性体材料
第四节 热塑性弹性体 4.1 定义与分类 4.2 共聚型热塑性弹性体 4.3 热塑性硫化胶（TPV）
4.1 定义与分类
<一> 定义 热塑性弹性体是指在常温下具有橡胶的弹性，
高温下具有可塑化成型的一类弹性体材料。
热塑性弹性体可以采用类似热塑性树脂的加 工工艺来反复加工和回收再利用。
低分子量二元醇类扩链剂反应而的。
硬段
软段
氨基甲酸酯链段（硬段）间可形成氢键——硬 段的聚集微区呈结晶态。
硬段
软段
2. 性能
由于物理交联点为结晶微区——TPU具有优异的力学 性能（25～70MPa）、耐磨性、抗撕裂性能。耐非极 性溶剂、但不耐水和极性溶剂；最高使用温度为 120oC——硬段结晶熔点。
永久变形； 塑料薄层将交联的橡胶颗粒包裹起来，形成连
续相——高弹性，低硬度。 TPV是性能最接近热固性橡胶的热塑性弹性体。 TPV具有优异的耐疲劳性能，远超过普通橡胶。 性能范围宽广。
高性能TPV的本质特征：高弹性、优良的热塑 流动性和可反复加工及使用性能。
<四> TPV的应用
TPV具有良好的热塑性加工性——代替热交联 橡胶制造形状复杂的弹性体制品，大大提高 生产效率。
3. 应用
替代EPDM制造防水卷材，耐候性更好。 微交联的POE——高耐候电缆料。
POE还可以用于PP的增韧改性剂，在提高韧 性的同时，强度和加工性牺牲较小。
4.3 热塑性硫化胶（TPV）
TPV的结构特征 动态硫化技术平台与原理 TPV的结构-性能关系 TPV的应用
<一> 结构特征
苯乙烯类TPE是目前使用量最大的TPE， 1999年时的使用量达660万吨。
苯乙烯类TPE主要应用于使用温度低于70oC 且对耐油性无要求的场合。
目前苯乙烯类TPE的最主要用途是制作鞋 底材料；
塑料和橡胶的改性；SBS沥青改性用于高 等级的公路路面；密封剂和胶黏剂。
<三> 聚氨酯共聚热塑性弹性体（TPU） 1. 结构 TPU由二异氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇以及
最早商业化的热塑性弹性体（TPE）是20世 纪50年代开发出的聚氨酯热塑性弹性体；
20世纪70～90年代，是TPE迅速发展的阶段；
TPE的发展受到热塑性树脂和弹性体材料两 大领域的共同关注。
<二> 分类
按
照 共聚型TPE
制
备
方
法
来
分 类
共混型TPE
聚氨酯类 苯乙烯类 聚烯烃类 聚酯类 聚酰胺类
POE的分子量分布窄，分子量分布系数<2，力 学性能较好。
一定量的辛烯长支链——加工性能良好。 2. 性能 POE的性能主要受辛烯含量和分子量的影响。
POE为全饱和分子链——耐天候老化、耐紫 外线性能优异。
POE的力学性能良好。 POE主链的特性与PE类似——良好的绝缘性
和耐化学介质性。 但耐热性低——永久变形大。 通过部分交联的方式可以改善。
同时发生相反转，塑料变为连续相，交联橡胶微 粒变为分散相。
TPV是Thermoplastic Vulcanizate的缩写。
9种橡胶和11种塑料共混体系
相态反转
传统共混技术
大量橡胶相 少量塑料相
科学原理： “共混物粘度比可在 一定程度上控制其相
形态”的流变学原则
TPV结构
PP组成
<三> TPV的结构与性能关系 交联的橡胶颗粒为分散相——高弹性、低压缩
聚酯型TPU具有更好的力学强度和耐磨性、耐非极性 溶剂性；
聚醚型TPU具有更好的弹性、低温性能、热稳定性、 耐水性和耐生物降解性。
3. 应用
TPU主要应用于耐磨制品——小型实心胎、 鞋底等。
高强度耐油制品——输油软管。 高强高模量制品——汽车仪表盘。 但TPU的摩擦系数很低——牵引力低，不
大量橡胶相 少量塑料相
少量塑料 大量橡胶粒子 交联剂、防老剂 呈连续相 呈分散相 填料、增塑剂等
SEM照片
大量高度交联的橡胶粒子呈分散相结构，粒径为1~2μm，赋予TPV 具有硫化橡胶的高弹性
少量塑料相(如20%)包覆在交联橡胶粒子周围形成连续相，赋予 TPV具有塑料一样的热塑流动性和可反复加工性
适合制造汽车轮胎。
<四> 乙烯-α-辛烯共聚热塑性弹性体（POE）
1. 结构
该TPE是通过乙烯与α辛烯在茂金属催化剂的 催化下定向共聚而成的具有特殊序列分布的 聚烯烃共聚物。POE是Poly Olefin Elastomer的缩 写。
辛烯共聚单体在分子链上均匀分布，其质量 含量>20%wt。
引入少量的辛烯破坏了与其相邻接碳的结晶， 形成具有无定形结构的弹性区；剩余的PE微 结晶区起到了物理交联点的作用。
交联橡胶粒子内部成份复杂，包含交联剂、填料 、增塑剂、防老 剂、偶联剂等
<二> 动态硫化技术平台与原理 聚合物共混相态行为——软包硬规律。 大量的橡胶（含有交联剂）与少量塑料机械混合，
橡塑比可超过80：20。
刚开始时塑料为分散相，橡胶为连续相。
但在共混过程中，橡胶同时发生原位交联反应， 黏度大增，在机械剪切力的作用下被破碎为微米 级的颗粒。