第四组:请为最低-60℃使用橡胶制品的生产选择合适的高分子材料课件.ppt
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- 第四 最低 60 使用 橡胶制品 生产 选择 合适 高分子材料 课件
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1、第四组:请为最低60使用 橡胶制品的生产选择 合适的高分子材料制作PPT:玻璃化温度玻璃化温度 (TgTg)高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度,指无定型高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度,指无定型聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度,玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度,是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度,通常是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度,通常用用TgTg表示。没有很固定的数值,往往随着测定的方法和表示。没有很固定的数值,往往随着测定的方法和条件而改变。条件而改变。高聚物的一种重要的工
2、艺指标。高聚物的一种重要的工艺指标。在此温度在此温度以上,高聚物表现出弹性;在此温度以下,高聚物表现以上,高聚物表现出弹性;在此温度以下,高聚物表现出脆性,在用作塑料、橡胶、合成纤维等时必须加以考出脆性,在用作塑料、橡胶、合成纤维等时必须加以考虑。如虑。如丁苯橡胶丁苯橡胶的玻璃化温度是的玻璃化温度是-60-60。但是,他不是制。但是,他不是制品工作温度的上限。比如,橡胶的工作温度必须在玻璃品工作温度的上限。比如,橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上,否则就失去高弹性。化温度以上,否则就失去高弹性。影响玻璃化温度的因素影响玻璃化温度的因素由于玻璃化转变是与分子运动有关的现象由于玻璃化转变是与分子运
3、动有关的现象,而分子运动又和分子结构有而分子运动又和分子结构有着密切关系着密切关系,所以分子链的柔顺性所以分子链的柔顺性,分子间作用力以及共聚分子间作用力以及共聚,共混共混,增塑增塑等都是影响高聚物等都是影响高聚物TgTg的重要内因的重要内因.此外此外,外界条件如作用力外界条件如作用力,作用力速率作用力速率,升升(阵阵)温速度等也是值得注意的影响因索温速度等也是值得注意的影响因索.1.1.化学结构化学结构 1)1)链的柔顺性链的柔顺性分子链的柔顺性是决定高聚物Tg的最重要的因素.主链柔顺性越好,玻璃化温度越低.主链由饱和单键构成的高聚物,因为分子链可以固定单键进行内旋转,所以Tg都不高,特别是
4、没有极性侧基取代时,其Tg更低.不同的单键中,内旋转位垒较小的,Tg较低.例如,主链中含有孤立双键的高聚物,虽然双键本身不能内旋转,但双键旁的单键更易旋转,所以Tg都比较低.2)2)取代基取代基旁侧基团的极性,对分子链的内旋转和分子间的相互作用都会产生很大的影响.侧基的极性越强,Tg越高.烯烃高聚物取代基的极性和Tg的关系。此外,增加分子链上极性基团的数量,也能提高高聚物的Tg.但当极性基团的数量超过一定值后,由于它们之间的静电斥力超过吸引力,反而导致分子链间距离增大,Tg下降.取代基的位阻增加,分子链内旋转受阻碍程度增加,Tg升高.应当强调指出,侧基的存在并不总是使Tg增大的.取代基在主链上
5、的对称性对Tg也有很大影响,聚偏二氯乙烯中极性取代基对称双取代,偶极抵销一部分,整个分子极性矩减小,内旋转位垒降低,柔性增加,其Tg比聚氯乙烯为低;而聚异丁烯的每个链节上,有两个对称的侧甲基,使主链间距离增大,链间作用力减弱,内旋转位垒降低,柔性增加,其Tg比聚丙烯为低.又如,当高聚物中存在柔性侧基时,随着侧基的增大,在一定范围内,由于柔性侧基使分子间距离加大,相互作用减弱,即产生内增塑作用,所以,Tg反而下降.影响玻璃化温度的因素影响玻璃化温度的因素 3)3)几何异构几何异构单取代烯类高聚物如聚丙烯酸酯,聚苯乙烯等的玻璃化温度几乎与它们的立 构无关,而双取代烯类高聚物的玻璃化温度都与立构类型
6、有关.一般,全同立 构的Tg较低,间同立构的Tg较高.在顺反异构中,往往反式分子链较硬,Tg较大.4)4)离子键的引入离子键的引入分子链间有离子键可以显著提高Tg.例如,聚丙烯酸中加入金属离子,Tg会大大提高,其效果又随离子的价数而定.用Na+使Tg从l06提高到280;用Cu2+取代Na+,Tg提高到500.2 2、其他结构因素的影响、其他结构因素的影响 1)1)共聚共聚无规共聚物的Tg介于两种共聚组分单体的Tg之间,并且随着共聚组分的变化,其Tg在两种均聚物的Tg之间线性或非线性变化.非无规共聚物中,最简单的是交替共聚,他们可以看成是两种单体组成一个重复单元的均聚物,因此只有一个Tg.而嵌
7、段或接枝共聚物情况就复杂多了.2)2)交联交联随着交联点的增加,高聚物自由体积减少,分子链的运动受到约束的程度也增加,相邻交联点之间平均链长变小,所以Tg升高.3)3)分子量分子量分子量的增加使Tg增加,特别是在分子量很小时,这种影响明显,当分子量超过一定的程度后,Tg随分子量变化就不明显了.4)4)增塑剂和稀释剂增塑剂和稀释剂增塑剂对Tg的影响也是相当显著的,玻璃化温度较高的聚合物在加入增塑剂后,可以使Tg明显下降.例如:纯的聚氯乙烯Tg=78,在室温下是硬塑料,加入45%的增塑剂后,Tg=-30,可以作为橡胶代用品.淀粉的玻璃化温度在加水前后就有明显的变化.项目提出的原则要求 在低温的环境
8、下绝对不会生成对人体有害的物质在低温的环境下绝对不会生成对人体有害的物质与气体;同时材料在生产的过程中应该对环境与与气体;同时材料在生产的过程中应该对环境与空气尽可能没有污染;还有这些材料的产品应该空气尽可能没有污染;还有这些材料的产品应该都是可降解或者可循环利用;同时满足人们对其都是可降解或者可循环利用;同时满足人们对其产品的某些基本要求产品的某些基本要求选择依据选择依据 最重要的:耐低温性能好最重要的:耐低温性能好 使用温度范围:在使用温度范围:在-60-60以上,接近最佳以上,接近最佳 其他:由于各种材料的用途不同,而不同用途对其他:由于各种材料的用途不同,而不同用途对材料的要材料的要
9、求也有所区别,所以这次项目的选择求也有所区别,所以这次项目的选择依据为上面两个。依据为上面两个。初步选择初步选择 玻璃化温度玻璃化温度/使用温度范围使用温度范围/丁苯橡胶丁苯橡胶 -60 -45-60 -45100100 乙丙橡胶乙丙橡胶 -60 -50-60 -50150150 异戊橡胶异戊橡胶 -70 -55-70 -55100100 丁基橡胶丁基橡胶 -79 -50-79 -50125125 聚硫橡胶聚硫橡胶 无无 -50-509595SBRSBR的结构及应用的结构及应用聚合反应:聚合反应:CHCH2 2=CH-CH=CH=CH-CH=CH2 2+C+C6 6H H5 5-CH=CH-C
10、H=CH2 2 -CH-CH2 2-CH-CH =CH-CH =CH-CH2 2-CH(C-CH(C6 6H H5 5)-CH)-CH2 2 n n 单体单元无规排列,不能结晶。并且橡胶主链上的丁二烯结构大部单体单元无规排列,不能结晶。并且橡胶主链上的丁二烯结构大部分是反式分是反式1,4-1,4-结构,加之又有苯环,因而体积效应大,分子链性低。结构,加之又有苯环,因而体积效应大,分子链性低。丁苯橡胶是产量最大的通用合成橡胶,有乳聚丁丁苯橡胶是产量最大的通用合成橡胶,有乳聚丁 苯橡胶苯橡胶 、溶聚丁苯橡胶。丁苯橡胶是浅黄褐色弹、溶聚丁苯橡胶。丁苯橡胶是浅黄褐色弹 性固体,密度随苯乙烯含量的增加而
11、变大,耐油性固体,密度随苯乙烯含量的增加而变大,耐油 性差,但介电性能较好;橡胶抗拉强度只有性差,但介电性能较好;橡胶抗拉强度只有20-3520-35 千克力千克力/平方厘米,加入炭黑补强后,抗拉强度可平方厘米,加入炭黑补强后,抗拉强度可 达达250-280250-280千克力千克力/平方厘米;其黏合性弹性和形平方厘米;其黏合性弹性和形 变发热量均不如天然橡胶,但耐磨性耐自然老变发热量均不如天然橡胶,但耐磨性耐自然老 化性耐水性气密性等却优于天然橡胶,因此化性耐水性气密性等却优于天然橡胶,因此 是一种综合性能较好的橡胶。丁苯橡胶是橡胶工是一种综合性能较好的橡胶。丁苯橡胶是橡胶工 业的骨干产品,
12、它是合成橡胶第一大品种,综合业的骨干产品,它是合成橡胶第一大品种,综合 性能良好,价格低,在多数场合可代替天然橡胶性能良好,价格低,在多数场合可代替天然橡胶 使用,主要用于轮胎工业,汽车部件、胶管、胶使用,主要用于轮胎工业,汽车部件、胶管、胶 带、胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品。带、胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品。SBRSBR的性能特点及用途的性能特点及用途常温下为白色固体或透明无悬浮物液体,有微芳香味,是一种性能上常温下为白色固体或透明无悬浮物液体,有微芳香味,是一种性能上更优于工业直链烷基苯的洗涤剂产品原料。以其为原料衍生的表面活更优于工业直链烷基苯的洗涤剂产品原料。以其为原料衍生的表面活
13、性剂产品,性能优良,生物降解性能好,耐硬水,皮肤感觉柔和,脱性剂产品,性能优良,生物降解性能好,耐硬水,皮肤感觉柔和,脱脂力小,更适合低温洗涤,在低温仍有卓越的去污能力。脂力小,更适合低温洗涤,在低温仍有卓越的去污能力。SBRSBR15001500是通用污染型软丁苯橡胶的最典型品种,生胶的粘着性和是通用污染型软丁苯橡胶的最典型品种,生胶的粘着性和加工性能均优,硫化胶的耐磨性能、拉伸强度、撕裂强度和耐老化性加工性能均优,硫化胶的耐磨性能、拉伸强度、撕裂强度和耐老化性能较好。能较好。SBRSBR15021502是通用非污染型软丁苯橡胶的最典型品种,其性是通用非污染型软丁苯橡胶的最典型品种,其性能与
14、能与SBRSBR15001500相当,有良好的拉伸强度、耐磨耗和屈挠性能。相当,有良好的拉伸强度、耐磨耗和屈挠性能。SBRSBR17121712是一种填充高芳香烃油的软丁苯橡胶的污染性品种,它具有优是一种填充高芳香烃油的软丁苯橡胶的污染性品种,它具有优良的粘着性、耐磨性和可加工性以及价格便宜等优点。良的粘着性、耐磨性和可加工性以及价格便宜等优点。SBR-1500SBR-1500广泛用于以炭黑为补强剂和对颜色要求不高的产品,如轮胎广泛用于以炭黑为补强剂和对颜色要求不高的产品,如轮胎胎面、翻胎胎面、输送带、胶管、模制品和压出制品等。胎面、翻胎胎面、输送带、胶管、模制品和压出制品等。SBR-1502
15、SBR-1502广广泛用于颜色鲜艳和浅色的橡胶制品,如轮胎胎侧、透明胶鞋、胶布、泛用于颜色鲜艳和浅色的橡胶制品,如轮胎胎侧、透明胶鞋、胶布、医疗制品和其他一般彩色制品等。医疗制品和其他一般彩色制品等。SBR-1712SBR-1712广泛用于乘用车轮胎胎面广泛用于乘用车轮胎胎面胶,轮胎胎面胶、输送带、胶管和一般黑色橡胶制品等。胶,轮胎胎面胶、输送带、胶管和一般黑色橡胶制品等。EPREPR的结构的结构EPREPR是一种无定型的非结晶橡胶,其分子主链上乙烯是一种无定型的非结晶橡胶,其分子主链上乙烯与丙烯单体单元呈无规排列,失去了聚乙烯或聚丙烯与丙烯单体单元呈无规排列,失去了聚乙烯或聚丙烯结构的规整性
16、,成为具有弹性的橡胶。结构的规整性,成为具有弹性的橡胶。EPREPR的性能特点的性能特点1.1.低密度高填充性低密度高填充性乙丙橡胶是密度较低的一种橡胶,其密度为乙丙橡胶是密度较低的一种橡胶,其密度为0.870.87。加之可大量充油。加之可大量充油和加入填充剂,因而可降低橡胶制品的成本,弥补了乙丙橡胶生胶价格和加入填充剂,因而可降低橡胶制品的成本,弥补了乙丙橡胶生胶价格高的缺点,并且对高门尼值的乙丙橡胶来说,高填充后物理机械性能降高的缺点,并且对高门尼值的乙丙橡胶来说,高填充后物理机械性能降低幅度不大。低幅度不大。2.2.耐老化性耐老化性乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、
17、颜乙丙橡胶有优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温流动性。乙丙橡胶制品在色稳定性、电性能、充油性及常温流动性。乙丙橡胶制品在120120下可长下可长期使用,在期使用,在150-200150-200下可短暂或间歇使用。加入适宜防老剂可提高其使下可短暂或间歇使用。加入适宜防老剂可提高其使用温度。以过氧化物交联的三元乙丙橡胶可在更苛刻的条件下使用。三用温度。以过氧化物交联的三元乙丙橡胶可在更苛刻的条件下使用。三元乙丙橡胶在臭氧浓度元乙丙橡胶在臭氧浓度50pphm50pphm、拉伸、拉伸30%30%的条件下,可达的条件下,可达150h150h以上不龟以上不龟裂。
18、裂。3.3.耐腐蚀性耐腐蚀性由于乙丙橡胶缺乏极性,不饱和度低,因而对各种极性化学品如醇、由于乙丙橡胶缺乏极性,不饱和度低,因而对各种极性化学品如醇、酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性;但在脂属和芳属溶剂耐性;但在脂属和芳属溶剂(如汽油、苯等如汽油、苯等)及矿物油中稳定性较差。在浓及矿物油中稳定性较差。在浓酸长期作用下性能也要下降。酸长期作用下性能也要下降。EPREPR的性能特点的性能特点4.4.耐水蒸汽性能耐水蒸汽性能乙丙橡胶有优异的耐水蒸汽性能并优于其耐热性。在乙丙橡胶有优异的耐水蒸汽性能并优于其耐
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