橡膠材料及工藝學(xué)

緒論1

0.1橡膠材料與橡膠工業(yè)1

0.2橡膠科學(xué)技術(shù)與工業(yè)展望2

第1章橡膠本體材料4

1.1引言4

1.2天然橡膠5

1.3丁苯橡膠9

1.4順丁橡膠11

1.5異戊橡膠13

1.6丁基橡膠15

1.7乙丙橡膠17

1.8氯丁橡膠18

1.9丁腈橡膠20

1.10氟橡膠22

1.11其他烯烴類橡膠26

1.11.1氯磺化聚乙烯26

1.11.2氯化聚乙烯27

1.11.3丙烯酸酯橡膠27

1.12硅橡膠28

1.13聚硫橡膠29

1.14聚醚類橡膠30

1.15熱塑性橡膠30

1.15.1嵌段型熱塑性橡膠31

1.15.2接枝型熱塑性橡膠32

1.15.3共混型熱塑性橡膠32

1.16液體橡膠34

1.16.1低聚物類液體橡膠34

1.16.2乳膠37

參考文獻39

第2章橡膠材料的化學(xué)反應(yīng)40

2.1引言40

2.2化學(xué)改性反應(yīng)40

2.2.1分子鏈基團反應(yīng)40

2.2.2接枝共聚反應(yīng)42

2.2.3嵌段共聚反應(yīng)42

2.2.4力化學(xué)反應(yīng)43

2.3交聯(lián)反應(yīng)43

2.3.1硫黃及同系物的交聯(lián)反應(yīng)44

2.3.2樹脂的交聯(lián)反應(yīng)49

2.3.3有機過氧化物和輻射交聯(lián)反應(yīng)50

2.3.4金屬氧化物的交聯(lián)反應(yīng)53

2.3.5交聯(lián)結(jié)構(gòu)與表征54

2.4老化反應(yīng)與防護57

2.4.1氧老化反應(yīng)57

2.4.2臭氧老化63

2.4.3物理因素引起的老化64

2.4.4老化反應(yīng)的防護66

參考文獻71

第3章橡膠材料結(jié)構(gòu)與性能72

3.1引言72

3.2材料的微觀結(jié)構(gòu)72

3.2.1分子鏈的構(gòu)造72

3.2.2分子鏈的構(gòu)型76

3.2.3分子鏈的構(gòu)象77

3.3材料的細觀結(jié)構(gòu)81

3.3.1聚集態(tài)結(jié)構(gòu)82

3.3.2多相體系結(jié)構(gòu)86

3.4相容性89

3.4.1相容性的熱力學(xué)判定89

3.4.2 高分子物質(zhì)—溶劑的相容性91

3.4.3 高分子物質(zhì)—高分子物質(zhì)的相容性92

3.5熱轉(zhuǎn)變94

3.5.1分子鏈熱運動特點94

3.5.2熱轉(zhuǎn)變行為95

3.5.3玻璃化轉(zhuǎn)變97

3.6高彈性與黏彈行為97

3.6.1高彈性的熱力學(xué)解析98

3.6.2橡膠彈性狀態(tài)方程100

3.6.3黏彈行為104

3.7破壞現(xiàn)象和機械強度109

3.7.1破壞現(xiàn)象109

3.7.2疲勞111

3.7.3黏合強度114

3.8加工流變性119

3.8.1熔體流動特征——非牛頓型流動120

3.8.2影響熔體流動性的因素121

3.8.3彈性效應(yīng)與不穩(wěn)定流動125

3.9傳熱與傳質(zhì)129

3.9.1熱傳導(dǎo)與熱膨脹129

3.9.2低分子物的滲透與擴散131

參考文獻135

第4章橡膠材料設(shè)計基礎(chǔ)137

4.1引言137

4.2本體材料的選擇137

4.2.1橡膠的選擇138

4.2.2橡膠的并用138

4.3交聯(lián)體系143

4.3.1硫黃系硫化體系143

4.3.2非硫黃系交聯(lián)體系151

4.3.3交聯(lián)體系的進展157

4.4老化防護體系158

4.4.1防老劑的種類與特性159

4.4.2防老劑的選用164

4.4.3防老劑的進展166

4.5補強填充體系167

4.5.1補強與填充的概念167

4.5.2炭黑168

4.5.3白炭黑175

4.5.4無機填料及表面改性181

4.5.5短纖維的補強作用185

4.5.6補強填充劑的進展187

4.6增塑和加工助劑體系189

4.6.1增塑（軟化）體系190

4.6.2加工助劑體系194

4.7其他助劑體系195

4.7.1發(fā)泡劑195

4.7.2阻燃劑197

4.8材料設(shè)計程序與方法198

4.8.1材料配方的表示形式198

4.8.2材料設(shè)計程序與實驗研究200

4.8.3材料設(shè)計方法概述201

4.9高性能材料設(shè)計簡論202

4.9.1低滾動阻力與抗?jié)窕牧?02

4.9.2耐高低溫和導(dǎo)熱材料207

4.9.3耐介質(zhì)材料210

4.9.4低透氣性和耐真空材料216

4.10功能性材料設(shè)計簡論218

4.10.1阻燃材料218

4.10.2導(dǎo)電材料220

4.10.3聲學(xué)材料222

4.10.4生物材料224

參考文獻226

第5章橡膠材料加工過程與技術(shù)228

5.1引言228

5.2塑煉228

5.2.1塑煉機理229

5.2.2塑煉工藝與設(shè)備231

5.3混煉236

5.3.1開放式煉膠機混煉237

5.3.2密閉式煉膠機混煉240

5.3.3連續(xù)混煉機混煉245

5.3.4各種橡膠的混煉特性247

5.3.5混煉膠的質(zhì)量檢測248

5.4壓延和擠出249

5.4.1壓延249

5.4.2擠出255

5.5膠料與骨架材料的黏合263

5.5.1膠料與纖維（織物）的黏合263

5.5.2膠料與金屬的黏合268

5.6硫化273

5.6.1硫化歷程和正硫化273

5.6.2硫化工藝條件及確定方法275

5.6.3硫化介質(zhì)和熱傳導(dǎo)的檢測278

5.7硫化方法與設(shè)備279

參考文獻284

進入21世紀后，我國經(jīng)濟逐漸全面融入全球化市場競爭之中，激發(fā)我國橡膠工業(yè)迅速發(fā)展，呈現(xiàn)出橡膠工業(yè)大國的強勁勢頭。但是，在產(chǎn)品與質(zhì)量、技術(shù)與裝備、信息化制造與管理等方面尚未達到國際先進水平，仍需依靠科技進步和技術(shù)創(chuàng)新從根本上提升我國橡膠工業(yè)的競爭實力。

橡膠材料與橡膠工業(yè)有內(nèi)在的淵源關(guān)系，生產(chǎn)實踐中的難題、市場競爭中的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)創(chuàng)新都蘊藏著深刻的學(xué)術(shù)問題，從而促進了橡膠材料科學(xué)與技術(shù)的提高和升華，并成為橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展新材料、新技術(shù)和新產(chǎn)品中的理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐?，F(xiàn)代橡膠材料科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為多種學(xué)科和多種技術(shù)相互滲透及交叉的綜合性學(xué)科，因此從事橡膠材料與加工工藝方面的教育、科研、工程技術(shù)和管理人員必須不斷擴大自己的知識面及理論水平，盡量涉獵到其他領(lǐng)域的科技活動，并善于解決與其他學(xué)科相關(guān)的問題。基于這種想法與認識，編者在10年前編撰了《橡膠材料性能與設(shè)計應(yīng)用》一書，受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與支持，對書中內(nèi)容提出不少寶貴意見，編者在此基礎(chǔ)上收集了近年來相關(guān)專著及文獻資料，重新編撰了此書。本書力圖突出系統(tǒng)性、理論性和實踐性相結(jié)合的特點，力求概念清晰，較全面、系統(tǒng)地闡述橡膠科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的基本理論和技術(shù)，注重反映出現(xiàn)的新理論、新材料和新技術(shù)，奢望能反映當前國內(nèi)外橡膠科學(xué)與材料的水平和概貌。

本書的內(nèi)容分為兩部分。第1部分（第1～3章）主要從微觀結(jié)構(gòu)和細觀結(jié)構(gòu)研究橡膠材料的結(jié)構(gòu)特征與性能間的關(guān)系，深入地討論了橡膠材料的主要物理機械性能。其中第1章講述了天然橡膠和合成橡膠的分子鏈結(jié)構(gòu)特點、分類及應(yīng)用性能；第2章討論了橡膠材料的化學(xué)反應(yīng)特性，重點講述化學(xué)改性反應(yīng)、交聯(lián)反應(yīng)與老化現(xiàn)象；第3章較為翔實地闡述了橡膠材料的微、細觀結(jié)構(gòu)層次與性能之間的內(nèi)在關(guān)系及規(guī)律。材料性能是結(jié)構(gòu)特征的宏觀反應(yīng)，特別側(cè)重于和實際應(yīng)用較密切的主要性能，包括相容性、熱轉(zhuǎn)變、高彈性、破壞與強度、加工流變性及傳熱與傳質(zhì)等方面內(nèi)容。第1部分內(nèi)容揭示了材料結(jié)構(gòu)與性能間關(guān)系的內(nèi)涵和外延，是橡膠材料設(shè)計的理論基礎(chǔ)。第2部分（第4～5章）闡述橡膠材料設(shè)計原理及其加工過程與技術(shù)，體現(xiàn)材料工程的有效性和經(jīng)濟性原則。其中第4章研討了如何按材料的使用性能要求，設(shè)計出具有一定可控結(jié)構(gòu)的橡膠材料，包括多種橡膠和配合劑的特性與選擇，某些高性能和功能性材料的設(shè)計原理及原則；第5章是橡膠材料加工過程與技術(shù)，許多性能優(yōu)異的材料往往由于加工工藝與技術(shù)問題而影響其性能不能充分發(fā)揮，因此從材料加工過程的動態(tài)化學(xué)與物理變化及影響因素角度，探討了基本加工過程單元的加工原理、設(shè)備特征與工藝條件的制訂等相關(guān)問題，諸如塑煉、混煉、壓延、擠出、骨架材料的黏合及硫化等，同時闡述了材料加工過程的控制和質(zhì)量管理的概念以及生產(chǎn)信息集成化和全面質(zhì)量管理方面的進展。

編者的初衷是為讀者提供一本較為系統(tǒng)、完整的基礎(chǔ)性讀物，由于水平所限，本書尚有不妥之處，懇請讀者予以批評和指正。

本書在編寫過程中得到了青島科技大學(xué)高性能聚合物研究院同事們的傾力協(xié)助和化學(xué)工業(yè)出版社的關(guān)心與支持，在此表示衷心感謝。

編著者2013年7月

本著系統(tǒng)性、理論性和實踐性相結(jié)合的原則，系統(tǒng)地介紹了橡膠材料與工藝學(xué)方面的基本理論和技術(shù)。全書共分5章，詳細地對橡膠本體材料、橡膠材料的化學(xué)反應(yīng)、橡膠材料結(jié)構(gòu)與性能、橡膠材料設(shè)計基礎(chǔ)、橡膠材料加工過程與技術(shù)進行了概括。 本書可供橡膠工業(yè)系統(tǒng)從事科研和生產(chǎn)的科技人員以及有關(guān)高分子材料工作者，作為進修和參考資料之用；也可作為高等學(xué)校中與橡膠相關(guān)專業(yè)的研究生及高年級學(xué)生的教學(xué)參考書。

該書突出了系統(tǒng)性、理論性和實踐性想結(jié)合的特點，重點介紹橡膠行業(yè)的基礎(chǔ)理論、新材料、新技術(shù)。具體包括橡膠本體材料、橡膠材料的化學(xué)反應(yīng)、橡膠材料結(jié)構(gòu)域性能、橡膠材料設(shè)計基礎(chǔ)、橡膠材料加工過程與技術(shù)。除了適于研究和生產(chǎn)人員外，也適于作為高等院校的教學(xué)參考書。