第十六章特种橡胶

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Transcript 第十六章特种橡胶

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16 .1. 丁腈橡胶
16.2
硅橡胶
16.3
氟橡胶
16. 4其它特种橡胶

耐高温 耐低温 耐热油 高耐磨 耐辐射橡胶


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16.1
16.1.1丁腈橡胶的种类和结构
1、丁腈橡胶的种类
反应式如下:
nx C H 2

CH

CH

C H 2 + ny C H 2

CH

( CH2

CH

CH2

CH2 ) ( CH2
x

CH

)

y
n

CN
CN

因丙烯腈链节中含有强极性的氰基,使它具有优异的耐
油性。丁腈橡胶中丙烯腈的含量(一般为15%~50%) 是决
定其耐油性能的重要因素。


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1、丁腈橡胶的分类
(1)、按丙烯腈的含量分

(2)、按工艺和应用范围分:
通用型丁腈橡胶
特殊型丁腈橡胶


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2、丁腈橡胶的


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丁腈橡胶分子结构与性能的关系


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16.1.2
• 共聚反应

• 合成工艺要点:自由 基 乳液聚合
聚合温度,℃ 聚合转化率,% 引发剂
• 高温聚合
30~50
~90
过硫酸钾
• 低温聚合
5~10
~70
氧化还原体系


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16.1.3丁腈橡胶的性能
• 丁腈橡胶为非结晶性无定形聚合物,呈浅褐色。

• 由于存在有高极性的氰基,所以特别能耐植物油、动物油及
汽油等脂肪烃类溶剂,且耐油性随氰基含量的增加而提高。
• 耐磨性比天然橡胶高30%~45%,优于丁基橡胶及氯丁橡胶。
• 它的硫化胶耐热性较好,可在空气中100℃下连续使用。在热
油中耐150 ℃ 。耐热老化性也好。
• 但是丁腈橡胶在耐寒性、耐臭氧性、电绝缘性、弹性、气密
性和耐多次曲挠性方面较差。
• 丁腈橡胶的耐油性好只是指非极性溶剂而言,如在极性的含
氯溶剂及酯类中,它就会溶胀,甚至溶解。耐芳香烃能力较
差。通常它的硬度较大,不易加工。


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16.1.4 丁腈橡胶的应用


丁腈橡胶主要用作耐油制品,如胶管、密封垫圈、
手套等。

• 利用其耐热性,可制造运输皮带等。
• 近年来,它与聚氯乙烯共混物的应用得到很大的
发展,如用作耐火覆盖层、电绝缘层或录音带等。

• 与其它橡胶合用,提高其耐油性能。
• 其成本不太高,在特种橡胶中它的生产量还是占
第一位。


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16.2


硅橡胶是以 —Si—O —Si— 为主链,通过硅原子与有机
基团组成侧链的高分子弹性体。
1 . 硅橡胶的基本结构与分类
大多数均聚和共聚硅橡胶的化学结构可用下列通式来概
括地表示:
R'
RO

Si

O
x

CH3

CH

R ''
Si
R '''

O

y

Si

CH2
O

R
z

CH3

n

式中R为-H、-Si(CH3)3等;R’、R’’、R’’’为相同或不相同的有机取代基,
如:CH3、一C2H5、一C6H5及一CH2CH2CF3等;x、y为0-100,z为0-10;
M则视聚合物分子量大小而定。


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硅橡胶的分类
硅橡胶通常按其硫化机理来分类,计有三类:

①热硫化型硅橡胶——用有机过氧化合物
硫化交联的;
②室温硫化型硅橡胶——利用大分子本身
带有的某些活性基团交联;
③加成硫化型硅橡胶——由大分子中带有
的不饱和碳碳双键和含有多个—Si—H键的化
合物发生加成反应而交联。


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1、热硫化型橡胶


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1、热硫化型橡胶


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热硫化型橡胶的硫化
(1)不带乙烯基的

R

R

CH3
Si

R

CH3
O

+

CH3

R

Si

O

CH2
CH3
Si

O

CH3
CH2
2

Si
CH2

O
CH2
Si
CH3

O

+

RH


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2、热硫化型橡胶的硫化
CH3

CH3

Si

O

+

CH

CH3

CH

Si

CH2

CH

Si

R

CH2

+

R

Si
CH 3

CH2

R

CH3

CH3
O

O

O

Si

O

CH2
+

CH2
CH2

带乙烯基的

Si
CH3

O

R


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室温硫化型硅橡胶又称缩合型硅橡胶,这类聚合物大
分子主链两端带有羟基或乙酰氧基等活性官能团,分子量

较低,通常是可以流动的粘稠液体。在室温下经催化而相
互缩合,生成交联结构的弹性体,可分为两类:
(1)单组分室温硫化型硅橡胶 由羟基封端的低分子量
硅橡胶与补强剂混合,先干燥脱水,然后加入交联剂(含
有能水解的多官能团硅氧烷)而成。一般封装于密闭的容
器中,使用时挤出,依靠空气中的水分进行反应而交联。


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(2)双组分室温硫化型硅橡胶

将端羟基硅橡胶的生

胶、填料和交联剂等混合均匀作为一个组分:另将生胶、
催化剂混合成另一个组分(其中催化剂为有机锡化合物)。
使用时两个组分计量混合即可。
根据交联剂种类的不同,还可发生脱氢缩合、脱水缩合

等各种反应,但最常见的是脱醇反应。
室温硫化型硅橡胶主要是用作胶粘剂,建筑工业中常用
为密封填隙材料。


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2.3


加成硫化型硅橡胶

以带有端乙烯基的二甲基硅橡胶
在铂化合物催化下与多官能团的含氢
硅烷发生加成反应而交联。采用的硅

橡胶一般为液态的,聚合度在1000以
上。

加成型硅橡胶交联前是液态

的,交联后成为固体物,故特别适合
于注压、压出和涂覆方面的应用,尤
其可用于医学方面的制品。


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硅橡胶的性能与应用

• 硅橡胶的性能









硅氧链呈螺旋型构型,分子链柔顺,分子间作用力
小,所以硅橡胶富有弹性,但其机械性能较差。
Si-O 主链聚合物结构具有耐低温与耐高温的特性。
在所有的橡胶中,只有硅橡胶既耐高温又耐严寒,
使用温度的范围为-100 ~ +350℃。
硅橡胶也属于饱和型的橡胶,所以具有优异的耐臭
氧、耐氧老化、耐光及耐气候老化。
它的电绝缘性能及透气性都十分优良。
硅橡胶本身无臭、无毒,具有优良的生物医学性能
缺点是机械强度差,耐化学酸碱及有机溶剂能力较
差,硫化交联较为困难。


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16.2.2硅橡胶的性能与应用
• 硅橡胶的应用


硅橡胶具有独特的耐高温和耐低温性能,是宇航及高
科技等尖端领域中必不可少的材料,广泛应用在汽车、
电子、电气工业及建筑的重要部分。

• 在医疗上的用途极广,如人工器脏、医用胶粘剂、各
种制模材料、各种外科用材料。
• 在纺织、食品、化妆品及造纸等领域也有很广泛的应
用。


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16.3 氟 橡 胶
氟橡胶是近代工业(特别是航空、航天等高新技术
领域)中不可缺少的特种材料。由于氟原子独待的电
子结构与极大的电负性,使含氟橡胶的耐热稳定性、

耐化学试剂、油类及酯类的稳定性十分突出。
现今已开发的氟橡胶主要有四大类:氟烯烃类共
聚橡胶;全氟醚类氟橡胶;亚硝基类氟橡胶;氟化磷
脂类氟橡胶


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氟烯烃类共聚橡胶
1.氟烯烃共聚橡胶的主链结构
含氟烯烃,如四氟乙烯、偏氟乙烯及三
氟氯乙烯等,虽然带有双键,经共聚后生成的
大分子主链中没有不饱和双键,所以这类橡胶
不易氧化及受到热降解作用的侵袭,具有优良
的耐热、耐老化性能。
2.—CH2—基团的作用
氟原子取代后使链的刚性增加,
偏氟乙烯链节 -CH2-CF2- 中的-CH2-,可适
当降低旋转势垒,增加大分子链的柔顺性,所
以氟烯烃共聚橡胶中通常都含有偏氟乙烯这个
共聚单体。


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氟烯烃类共聚橡胶
• 3.共聚的作用

偏氟乙烯等含氟单体皆易均聚,可生成
结晶性的塑性聚合物。

利用偏氟乙烯与其他含氟单体共聚,能
破坏大分子链的规整性(不易结晶),使链柔

顺,Tg可降至室温以下。
所以采用适当比例的两种单体进行共聚
时便能得到弹性体。


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2. 氟烯烃类共聚橡胶的主要品种
• 1.偏氟乙烯—三氟氯乙烯共聚橡胶(乳液法、
悬浮法、本体法共聚)
nx CH 2

CF 2 + ny CF 2

( CH
2

CFCl

CFCl )y

CF 2 ) ( CF 2
x

n

• 2.偏氟乙烯—六氟丙烯共聚橡胶(维通)
Èé Òº ·¨
nx C H 2

CF2 +

ny C F 2

( CH2

CF
CF3

85 ~ 10 0 ¡æ
K 2S 2O 8

• 3.其他氟烯烃共聚橡胶

C F 2 ) (C F 2
x

CF

)

y
n

CF3


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3. 氟烯烃共聚橡胶的硫化
因这类橡胶分子主链上不含有C=C键,所以不

能用硫黄来硫化。通常采用有机过氧化合物、有机
二胺及其衍生物或二羟基化合物等来硫化。
为了能有效地中和释出的HF,促进交联反应和
提高硫化胶的热稳定性,常需加入吸酸剂(或称活
化剂、稳定剂),通常为 MgO 及 ZnO 等,采用二

元胺交联的硫化胶,除耐热性外,其他方面的性能
都比有机过氧化合物交联的要好。


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4. 其他类型的氟橡胶
• 全氟醚氟橡胶
这种橡胶商品名称 Kalrez(杜邦公司),具有极好的
耐化学药品性能,耐热性也好,可在288℃下长期使用,电
性能也很好。
• 亚硝基类氟橡胶
这类橡胶的特点:具有很好的耐化学稳定性,能耐强酸
和N2O4等,是目前各类橡胶中最好的一种;是橡胶中唯一
不能燃烧的品种,即使在纯氧中也不燃烧;含有-N-O-链节,
故主链柔顺,Tg约为50℃;不耐热(耐热最高温度180~

200 ℃ ;降解产物的毒性很大。


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5. 氟橡胶的应用
氟橡胶的品种很多,性能各异,但它们的共同特点是耐热

性优异、耐化学品性卓越、特别还具有耐油性。因此它们
在航天、航空、导弹、原子能等尖端技术,以及汽车、造
船、化工、电工、仪表、机械等民用工业各部门都得到广
泛的应用。
就其应用的形式来看可有下列几个方面:
①氟橡胶制品,如各种垫片、油封、胶管、O形圈及其
他密封圈等;
②氟橡胶密封剂,用于需要耐油的飞机油箱等;


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5. 氟橡胶的应用
③氟橡胶胶乳,制薄膜胶,也可用于浸渍石棉
及玻璃纤维等,用于耐高温、耐燃烧和耐腐蚀的场
合;

④氟橡胶涂料,可喷涂、浇注,用于制造宇宙
服及手套等,也可用作胶粘剂;
⑤氟橡胶海绵制品,用于密封件及减震材料。
氟橡胶品种较多,但价格较贵,加工性能也较
差。由于其制品具有特性,故仍能获得很大的发展。


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16.4
16.4.1

其他特种橡胶

聚硫橡胶

聚硫橡胶是大分子主链中含有硫原子的特种
合成橡胶。这类橡胶的主链是饱和的,硫原子以S-C-或-S-S-键的形式存在。
• 1.聚硫橡胶的合成
聚硫橡胶由二氯化合物与多硫化钠缩
聚而得,反应通式为:

nCl



R

Cl

+

nN a 2 Sx

R

Sx

+

n

2 nN aC l


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16.4
2.聚硫橡胶的特性和应用

聚硫橡胶最显著的特性是优异的耐油性。它是橡胶中
耐油最好的一种。液体聚硫橡胶的硫化胶,具有良好的耐
寒性。聚硫橡胶具有良好的耐氧、耐臭氧老化等性能。最

主要的缺点是使用的温度范围较窄。
通常固体聚硫橡胶用以制造耐油、耐芳香烃胶管,耐臭
氧制品,制油墨胶辊,地下和水下电缆的包复层等。 液体

聚硫橡胶广泛用于密封胶、粘结剂、防腐材料和涂层,航
空飞机油箱的密封材料。 聚硫胶乳对钢铁、硅酸盐水泥、
玻璃和木材等都有良好的粘结性。所以聚硫胶乳在石油工
业及建筑工业中用作耐油涂层、防腐涂层和密封墙料。


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丙烯酸酯橡胶是丙烯酸酯和少量带有极性基团的乙
烯基单体共聚而成的弹性体。而这些乙烯基单体均含

有能起交联反应的官能团。
• 1. 丙烯酸酯橡胶的特性与应用
这类橡胶分子链中没有不饱和双键,又带有极性
的酯基。这两个结构因素决定了它的主要特性,即耐
氧、耐热老化、耐紫外线和优异的耐油性。另外气密
性也较好。缺点是耐低温、耐水及耐溶剂性能较差。


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16.4.2 丙烯酸酯橡胶
特别是耐热氧老化的性能优良。与丁

腈橡胶相比,使用温度可高出30 ~ 60℃ 。
丙烯酸酯橡胶广泛使用于耐热油、耐高
温、耐苯溶剂的场合。综合耐油、耐热两方面来考
虑,丙烯酸酯橡胶仅次于氯橡胶。而在成本、价格
上都远低于后者。在汽车工业中各类密封配件的应

用方面它占绝对优势。常用作变速箱密封和活塞杆
密封件、散热器及加热软管等。