概述天然橡胶的结构、性能及应用
天然橡胶是从天然植物中采集并经加工而得到的一种高弹性材料。自然界中含有橡胶成分的植物不下两千种。但含胶量多、产量大、质量好、采集容易的要首推巴西橡胶树。因此,目前全世界天然橡胶总产量的98%以上都来自巴西胶树。天然胶乳是一种黏稠的乳白色液体,外观像牛奶,它是橡胶粒子在近中性介质中的乳状水分散体。在空气中由于氧和微生物的作用,胶乳酸度增加,2-12h即能自然凝固。为防止自然凝固,需加入一定量的氨溶液作为保存剂。
1.天然橡胶的结构
现代科学研究证明,普通的天然橡胶至少有97%以上是异成二烯的顺式1,4加成结构含少量的异戊二烯的3,4加成结构),天然橡胶和其他高分子化合物一样,具有多分散性,即分子链有长有短,分子量有大有小。其平均分子量约为70万左右,相当于平均聚合度在1万左右。分子量分布范围是较宽的,据国外文献资料报道,分子量绝大多数是在3万~1000万,分子量分布指数H在2.8~10。天然橡胶的分子量分布曲线如图1所示。
2.天然橡胶的性能
(1)化学性质
天然橡胶是不饱和的橡胶,每一个链节都含有一个双键,能够进行加成反应。此外,因双键和甲基取代基的影响,使双键附近的a亚甲基上的氢原子变得活泼,易发生取代反应。由于天然橡胶上述的结构特点,所以容易与硫化剂发生硫化反应(结构化反应),与氧、臭氧发生氧化、裂解反应,与卤素发生氯化、溴化反应,在催化剂和酸作用下发生环化反应等。但由于天然橡胶是高分子化合物,所以它具有烯类有机化合物的反应特性,如反应速度慢,反应不完全、不均匀,同时具有多种化学反应并存的现象,如氧化裂解反应和结构化反应。在天然橡胶的各类化学反应中,最重要的是氧化裂解反应和结构化反应。前者是生胶进行塑炼加工的理论基础,也是橡胶老化的原因所在;后者则是生胶进行硫化加工制得硫化胶的理论依据。而天然橡胶的氯化、环化、氢化等反应,则可应用于天然橡胶的改性方面。
(2)良好的综合物理机械性能
天然橡胶在常温下具有很好的弹性。这是由于天然橡胶分子链在常温下呈无定形状态、分子链柔性好的缘故。密度为0.913g/cm2,其弹性模量为2~4MPa,约为钢铁的三万分之一,而伸长率为钢铁的300倍,最大可达1000%。在0100°℃,天然橡胶的回弹率可达到50%~85%以上。天然橡胶分子结构规整性好,外力作用下可以发生结晶,为结晶橡胶,具有自补强性。纯胶硫化胶的拉伸性能仅次于聚氨酯橡胶,可以达到17~25MPa,经过炭黑补强后可达25~35MPa,300%定伸应力可以达到6~10MPa,500%定伸应力为12MPa以上,撕裂强度可以达到95kN/m,在高温(93℃)下强度损失为35%左右。
(3)热性能
天然橡胶常温为高弹性体,玻璃化温度为一72℃,受热后缓慢软化,在130~140℃开始流动,200℃左右开始分解,270℃剧烈分解。橡胶发泡剂生产厂家东莞欧文新材料为您提供最优质的产品及服务。
(4)耐介质性能
介质是指油类、液态的化学物质等。若橡胶与介质之间没有化学反应、又不相容,则橡胶就耐这种介质。天然橡胶为非极性物质,易溶于非极性溶剂和非极性油,因此夭然橡胶不耐环己烷、汽油、苯等介质,不溶于极性的丙酮、乙醇等,不溶于水,耐10%的氢氟酸、20%的盐酸、30%的硫酸、50%的氢氧化钠等。不耐浓强酸和氧化性强的高锰酸钾、重铬酸钾等。
(5)电性能
天然橡胶是非极性物质,是一种较好的绝缘材料。绝缘体的体积电阻率在1010~1020·cm,天然橡胶生胶一般为1015·cm,而纯化天然橡胶为101g·cm。天然橡胶硫化后,因引进极性因素,绝缘性下降。
(6)良好的加工工艺性能
天然橡胶由于分子量高,分子量分布宽,分子中a-甲基活性大,分子链易于断裂,再加上生胶中存在一定数量的凝胶成分,因此很容易进行塑炼、混压出、成型等,并且硫化时流动性好,容易充模。
(7)其他性能
天然橡胶还具有很好的耐屈挠疲劳性能,纯胶硫化胶屈挠20万次以炼、压延上才出现裂口。原因是滞后损失小,多次变形生热低。耐磨性、耐寒性较好,具有良好的气密性,渗透系数为2.969×10-12H2(s·Pa),同时具有良好的防水性、电绝缘性和绝热性。
3.天然橡胶的应用
天然橡胶主要应用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆和多数橡胶制品,是应用最广的橡胶。
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