橡膠化學(xué)與物理導(dǎo)論

前言

眾所周知，橡膠有兩大類(lèi)：一類(lèi)是由橡膠樹(shù)汁經(jīng)凝聚干燥制得的天然橡膠，另一類(lèi)是由低分子量單體經(jīng)聚合(或共聚)而成的(人工)合成橡膠。合成橡膠又分為通用(用以制造輪胎和各類(lèi)橡膠制品)橡膠和特種橡膠。就其分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和存在狀態(tài)而論，無(wú)論哪類(lèi)橡膠都是冷則變硬、熱則發(fā)黏的黏彈性線形分子柔軟固體，通常稱(chēng)作生(橡)膠。它們必須經(jīng)過(guò)加工硫化后才能轉(zhuǎn)變成有使用價(jià)值的、彈性得以充分發(fā)揮的交聯(lián)橡膠，又稱(chēng)硫化膠、橡皮、橡膠制品或彈性體。由于橡膠的硫化是生膠在加熱條件下與硫黃發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成彈性固體的，所以這些橡膠又稱(chēng)作熱固性橡膠。20世紀(jì)60年代初出現(xiàn)了第一個(gè)無(wú)需硫化、且可用熱塑性塑料成型方法加工成型的聚氨酯橡膠，當(dāng)時(shí)就取名叫熱塑性橡膠，如今更廣泛采用的名稱(chēng)是熱塑性彈性體。近代書(shū)刊(見(jiàn)本書(shū)第1章)幾乎把所有的合成橡膠都改名為合成彈性體。后來(lái)ASTM D833又推薦用彈性體一詞來(lái)涵蓋原用的橡膠、生膠、硫化膠等的含義(也是泛指)。這樣一來(lái)，彈性體幾乎又成為橡膠一詞的同義語(yǔ)，長(zhǎng)期以來(lái)上述諸多術(shù)語(yǔ)在行業(yè)使用中經(jīng)常發(fā)生混淆,例如:橡膠時(shí)而指天然橡膠或合成橡膠等生膠，時(shí)而又指硫化膠、橡皮等交聯(lián)橡膠，很多情況下又是泛指；在論述橡膠性能結(jié)構(gòu)和彈性的書(shū)刊中經(jīng)常因主體對(duì)象(生膠還是硫化膠)不清而造成概念混亂導(dǎo)致誤解。由此導(dǎo)致目前在文獻(xiàn)、書(shū)刊和學(xué)術(shù)交流中一直存在著多詞(術(shù)語(yǔ))并存混用的局面。 有鑒于此，本書(shū)在第1章首先詳細(xì)地論述了橡膠及其相關(guān)術(shù)語(yǔ)的涵義。繼而依據(jù)ASTM、ISO和相關(guān)辭典等權(quán)威性著作“橡膠相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)學(xué)”規(guī)定的橡膠和彈性體彈性定義，從理論和實(shí)際兩方面解析了橡膠和彈性體在結(jié)構(gòu)性能上存在的明顯差別。并對(duì)本書(shū)所用的橡膠及相關(guān)術(shù)語(yǔ)作出明確規(guī)定，即“當(dāng)涉及交聯(lián)橡膠時(shí)將采用硫化膠、彈性體、橡皮等同義術(shù)語(yǔ)，未注明上述術(shù)語(yǔ)的橡膠則專(zhuān)指生膠或橡膠類(lèi)別”。之所以如此界定，一是希望引領(lǐng)初涉橡膠行業(yè)的讀者從一開(kāi)始就認(rèn)知各類(lèi)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)都有其特定的科學(xué)內(nèi)涵，橡膠類(lèi)術(shù)語(yǔ)與其結(jié)構(gòu)性能密切相關(guān)，不可各執(zhí)一詞，隨意變通,二是期待行業(yè)從業(yè)人員和知識(shí)傳播者在論著、報(bào)告和語(yǔ)言交流中使用真切、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的術(shù)語(yǔ)。 有使用價(jià)值的橡膠材料幾乎都是以合成橡膠廠生產(chǎn)的(天然橡膠除外)生膠為原料，經(jīng)加工硫化成硫化膠制品或部件。所以現(xiàn)行的工藝類(lèi)橡膠教材、專(zhuān)著、手冊(cè)和年度技術(shù)評(píng)述等也是按生膠生產(chǎn)工藝(或技術(shù))和橡膠加工硫化技術(shù)(有的書(shū)名是橡膠工藝)編寫(xiě)的。盡管各種版本的編撰方式、內(nèi)容多寡、取材新舊和論述深淺程度乃至?xí)鞑幌嗤?，但其編撰體例和模式卻基本相同。例如，合成橡膠生產(chǎn)技術(shù)類(lèi)論著基本上都是按單一膠種的特性和應(yīng)用→生產(chǎn)發(fā)展史→聚合流程和工藝→產(chǎn)品后處理直至生產(chǎn)安全技術(shù)的程式化素描直述；橡膠加工硫化技術(shù)類(lèi)圖書(shū)也多是按傳統(tǒng)的加工程序、加工硫化工藝和設(shè)備等的半經(jīng)驗(yàn)式直觀陳述。專(zhuān)門(mén)論述橡膠彈性、結(jié)構(gòu)性能等橡膠物理類(lèi)論著很少。 與上述各類(lèi)專(zhuān)著是按照階段產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程屬性分冊(cè)論述不同，本書(shū)則是以橡膠化學(xué)和物理學(xué)科體系對(duì)橡膠的合成反應(yīng)、生膠加工硫化技術(shù)和硫化膠結(jié)構(gòu)性能關(guān)系進(jìn)行概括性綜合論述。其中，橡膠化學(xué)概括的內(nèi)容分別是：①以可以合成出符合各項(xiàng)分子界定參數(shù)的生膠為目標(biāo)的各類(lèi)聚合反應(yīng)(第2章)和聚合方法及其在合成橡膠中應(yīng)用(第3章)；②為提升生膠強(qiáng)度并使其彈性得以充分發(fā)揮的硫化反應(yīng)和方法；③以改善或賦予橡膠某種特性為目的的各類(lèi)改性反應(yīng)和方法(第4章)。橡膠物理涉及的內(nèi)容有：①生膠加工硫化技術(shù)及其與生膠、硫化膠結(jié)構(gòu)性能相關(guān)性的系統(tǒng)論述(第5章)；②橡膠彈性理論及其拉伸結(jié)晶(第6章)。 按產(chǎn)品制造過(guò)程是否有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的上述內(nèi)容概括和劃分只是大致的、粗略的。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，無(wú)論是生膠合成過(guò)程還是把生膠加工硫化成硫化膠制品，化學(xué)變化和物理作用幾乎是同步發(fā)生的。例如生膠合成反應(yīng)本質(zhì)上低分子量單體在引發(fā)劑作用下迅速鍵接成高分子量生膠的聚合反應(yīng)，可是當(dāng)聚合物形成后立刻會(huì)產(chǎn)生大分子之間的相互作用導(dǎo)致其堆砌方式、存在狀態(tài)不同；再如生膠塑煉和混煉一般認(rèn)為是物理混合過(guò)程，可是生膠在塑煉和混煉過(guò)程中也會(huì)發(fā)生分子斷裂和形成炭黑結(jié)合橡膠的化學(xué)反應(yīng)。而且利用這種化學(xué)反應(yīng)與物理作用并舉性質(zhì)來(lái)對(duì)生膠改性(例如第4章所述的活性鏈端改性和單體在生膠基體中聚合、交聯(lián)改性)已成為當(dāng)今最重要的改性途徑和方法。盡管如此，按照學(xué)科體系來(lái)描述產(chǎn)品制造過(guò)程的分子反應(yīng)和產(chǎn)物性質(zhì)變化細(xì)節(jié)，并逐次進(jìn)行理性分析仍是目前廣為采用的編撰體例和論述方法。因?yàn)椋孩侔磳W(xué)科體系論述有利于同類(lèi)問(wèn)題的系統(tǒng)闡述和橫向?qū)Ρ确治?；②與基礎(chǔ)學(xué)科體系相一致，符合人們對(duì)科學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)規(guī)律和循序漸進(jìn)思維方法，從而容易被讀者理解和接受；③從原料到制造過(guò)程直至產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的理性分析有助于引導(dǎo)、啟迪從業(yè)者開(kāi)拓創(chuàng)新思路。 以下將分別列出按上述體例編撰的各章主要內(nèi)容以及與主體內(nèi)容密切相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)與物理作用。 第2章“橡膠合成反應(yīng)”，是在梗概闡述聚合反應(yīng)與合成橡膠誕生、發(fā)展歷史淵緣的基礎(chǔ)上，以橡膠分子界定參數(shù)為準(zhǔn)繩，系統(tǒng)地論述各類(lèi)聚合反應(yīng)及其在合成橡膠中的具體應(yīng)用。這樣的體例不僅有助于從更深層次上理解生產(chǎn)某一膠種的聚合體系、流程和工藝，而且也能從理論上預(yù)期各種調(diào)節(jié)因素和所得生膠的結(jié)構(gòu)和性能。各節(jié)的闡述層次有不同的模式和側(cè)重點(diǎn)：對(duì)傳統(tǒng)的聚合反應(yīng)側(cè)重于反應(yīng)本質(zhì)和特點(diǎn)的介紹；對(duì)新聚合反應(yīng)則著重分析其研發(fā)思路、反應(yīng)特點(diǎn)的對(duì)比分析和應(yīng)用；對(duì)利用同一類(lèi)聚合反應(yīng)合成不同膠種則側(cè)重于聚合體系和工藝條件的對(duì)比分析；對(duì)于用不同的聚合反應(yīng)合成同一膠種則著重闡明由反應(yīng)特性不同所帶來(lái)的控制條件及所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能上的差異。每類(lèi)聚合各有優(yōu)缺點(diǎn)，有些聚合反應(yīng)可以合成多種合成橡膠，也有的聚合反應(yīng)則具專(zhuān)一性，只能合成出一種特定結(jié)構(gòu)和性能的特種橡膠(例如聚氨酯彈性體的合成)。就聚合反應(yīng)的整體而論，似可認(rèn)為：它們已發(fā)展到相當(dāng)高的水平，通過(guò)反應(yīng)特點(diǎn)的運(yùn)用、相互轉(zhuǎn)換、融入和組合，已合成出品種眾多、性能各異的合成橡膠和熱塑性彈性體。但所有聚合反應(yīng)目前都尚未達(dá)到分子設(shè)計(jì)水平。 第3章“橡膠合成方法及其技術(shù)進(jìn)步”,主要論述了橡膠合成反應(yīng)付諸生產(chǎn)實(shí)施時(shí)，聚合物料體系和工藝條件的優(yōu)選、實(shí)施流程和實(shí)效(如生產(chǎn)效率、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量、能耗和廢棄物對(duì)環(huán)境的污染)等的對(duì)比。本章除了對(duì)四大典型聚合方法(本體、溶液、懸浮和乳液聚合)的體系、過(guò)程及其優(yōu)缺點(diǎn)扼要介紹外，還對(duì)由液相本體聚合演進(jìn)而來(lái)的氣相本體聚合方法、由溶液聚合方法派生出的淤漿聚合方法及由乳液聚合演進(jìn)出的一系列新聚合方法的體系、性質(zhì)和特點(diǎn)進(jìn)行逐一評(píng)述，還參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)資料歸納出相應(yīng)領(lǐng)域和環(huán)節(jié)的數(shù)項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步和有待進(jìn)一步深入研究的問(wèn)題。 第4章“橡膠的交聯(lián)和改性”,主要論述了交聯(lián)反應(yīng)的類(lèi)型、交聯(lián)反應(yīng)的性質(zhì)和歷程，繼而詳細(xì)地評(píng)述了橡膠的化學(xué)改性、配合改性和共混改性方法及其相應(yīng)的理論依據(jù)和改性實(shí)效，以期為開(kāi)發(fā)新膠種和新性能橡膠制品開(kāi)闊思路，提供啟迪信息。 第5章“橡膠加工、硫化技術(shù)及其與橡膠結(jié)構(gòu)性能的相關(guān)性”，是按生膠流變特性及其與輥筒行為(塑煉、混煉、壓延)之間的關(guān)系、生膠加工工序和加工工藝、混煉膠的硫化交聯(lián)和配方設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)模式和層次，分節(jié)論述；然后與生膠、硫化膠的結(jié)構(gòu)和分子鏈運(yùn)動(dòng)特征關(guān)聯(lián)起來(lái)，以較大篇幅論述了硫化膠在恒定外力和交變應(yīng)力作用下的“靜態(tài)”和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 近年來(lái)在合成橡膠界和輪胎制造行業(yè)出現(xiàn)了一個(gè)新的研發(fā)熱點(diǎn)，即要求胎面膠同時(shí)兼具低滾動(dòng)阻力(節(jié)能)、高抗?jié)窕?剎車(chē)距離短、行駛安全)和高耐磨性(壽命長(zhǎng))，甚至提出“全壽命輪胎”(即輪胎與車(chē)體、引擎同壽命)的設(shè)想。針對(duì)這一要求，本書(shū)首先從胎面膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其完善程度(見(jiàn)第6章)、交變應(yīng)力應(yīng)變特性和內(nèi)耗產(chǎn)生的內(nèi)因出發(fā),論述了它們與胎面膠的抗?jié)窕?、滾動(dòng)阻力和耐磨性之間的關(guān)系。進(jìn)而從活性鏈端改性和實(shí)現(xiàn)集成橡膠概念的途徑論述了制取這種胎面膠的研發(fā)進(jìn)程和生產(chǎn)現(xiàn)狀(參見(jiàn)第2章“活性陰離子聚合在合成橡膠中的應(yīng)用”)。 第6章“橡膠彈性理論及其拉伸結(jié)晶”,首先是對(duì)橡膠網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程進(jìn)行熱力學(xué)分析，以揭示橡膠形變的內(nèi)因主要是分子鏈的構(gòu)象熵變；繼而用橡膠分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)均方末端距來(lái)定量描述單個(gè)分子鏈和橡膠網(wǎng)絡(luò)的形變能力和限度。為了判斷橡膠彈性是否發(fā)揮至極致，還引入了“理想網(wǎng)絡(luò)”模型和“理想彈性”概念。橡膠的拉伸結(jié)晶雖屬相變范疇，但卻是立構(gòu)規(guī)整橡膠硫化膠所特有的、并直接與硫化膠強(qiáng)度和彈性密切相關(guān)的應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程中所產(chǎn)生的普遍現(xiàn)象，故也用較大篇幅評(píng)述了天然橡膠和立構(gòu)規(guī)整合成橡膠拉伸結(jié)晶行為的研究歷史和現(xiàn)狀，希望讀者能從加深理解中受到啟迪。 從以上各章對(duì)橡膠結(jié)構(gòu)物性的論述可以看出，無(wú)論是天然橡膠還是合成橡膠都是生膠(初級(jí)或中間產(chǎn)品)或稱(chēng)原料膠(raw rubber)，它們必須經(jīng)過(guò)加工硫化才能轉(zhuǎn)變成有使用價(jià)值的橡膠材料或制品(熱塑性彈性體除外)。與三大合成材料中的合成樹(shù)脂和合成纖維相比，其加工成型特點(diǎn)是先成型后硫化(后兩者經(jīng)常是加工成型一次完成)。通用合成橡膠的突出力學(xué)特性是低強(qiáng)度(生膠的拉伸強(qiáng)度小于05MPa，純膠硫化膠的拉伸強(qiáng)度低于30MPa)和高彈性(純膠硫化膠的可逆彈性形變可達(dá)100％～1000％)。橡膠合成和加工硫化的最終目的是盡可能提高其強(qiáng)度并使其彈性發(fā)揮至極致，使生膠轉(zhuǎn)變成有實(shí)用價(jià)值的彈性體制品。對(duì)合成橡膠來(lái)說(shuō)，提升生膠強(qiáng)度和充分發(fā)揮其彈性是一對(duì)矛盾體，也就是說(shuō)要想通過(guò)增大分子間的作用力來(lái)提升其強(qiáng)度必然會(huì)導(dǎo)致分子鏈柔性(或彈性)的降低。因此，對(duì)于不結(jié)晶的無(wú)定形橡膠(如丁苯橡膠)只能依靠加補(bǔ)強(qiáng)劑(或反應(yīng)性補(bǔ)強(qiáng))和交聯(lián)才能使硫化膠強(qiáng)度達(dá)到材料所要求的水平?？墒?，對(duì)可結(jié)晶的無(wú)定形立構(gòu)規(guī)整橡膠，除了用上述措施來(lái)提升其強(qiáng)度外，還可憑借其交聯(lián)網(wǎng)鏈的拉伸結(jié)晶補(bǔ)強(qiáng)大幅度提高其強(qiáng)度。例如像天然橡膠這樣的可結(jié)晶橡膠，甚至不加任何補(bǔ)強(qiáng)劑，單憑其拉伸結(jié)晶補(bǔ)強(qiáng)就可使純膠硫化膠的強(qiáng)度達(dá)到高水平(295MPa)。這里需要特別指出的是，對(duì)于可結(jié)晶橡膠的結(jié)晶作用并不總是有利于強(qiáng)度提高而不影響其彈性發(fā)揮的正性效果。例如，Bayer公司全力開(kāi)發(fā)的反式聚(環(huán))戊烯橡膠，大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明，反式聚環(huán)戊烯橡膠的加工性能和硫化膠物性均優(yōu)于通用合成橡膠，其拉伸補(bǔ)強(qiáng)作用甚至超過(guò)天然橡膠，就是因?yàn)槠涞蜏?-10～+10℃)結(jié)晶速度太快，致使其硫化膠胎面在低溫環(huán)境中放置不久即因結(jié)晶而變硬，喪失彈性。這正是該橡膠迄今尚未工業(yè)化生產(chǎn)的主要原因?？磥?lái)問(wèn)題的關(guān)鍵還是結(jié)晶速度的溫度敏感性、結(jié)晶熔點(diǎn)(或熔限)隨伸長(zhǎng)速率增大而升高的最高結(jié)晶度和形成晶體的最高熔點(diǎn)問(wèn)題。在第6章“橡膠的拉伸結(jié)晶”一節(jié)所述的各種立構(gòu)規(guī)整橡膠硫化膠的結(jié)晶數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看到，只有天然橡膠硫化膠在高溫下的結(jié)晶速率最快，低溫下的結(jié)晶速率最慢，拉伸結(jié)晶度最高(達(dá)25％)，晶體熔點(diǎn)隨拉伸比的提高增幅最大(從未拉伸時(shí)的-4℃提高到伸長(zhǎng)率達(dá)250%時(shí)的53℃)。這些數(shù)據(jù)證明，天然橡膠硫化膠是制作輪胎胎面膠補(bǔ)強(qiáng)能力最大而又不損傷彈性發(fā)揮的最好膠料。因?yàn)檩喬サ臐L動(dòng)頻率一般≥105Hz，行駛溫度一般在-20～100℃運(yùn)行，這些條件恰好是天然橡膠硫化膠形變結(jié)晶速率最快，而形成的結(jié)晶又能不斷熔化，使運(yùn)行的胎面膠連續(xù)不斷的處于結(jié)晶補(bǔ)強(qiáng)的高強(qiáng)力狀態(tài)。這正是本章對(duì)橡膠的拉伸結(jié)晶進(jìn)行系統(tǒng)論述的主要原因，也是合成橡膠在效仿天然橡膠結(jié)構(gòu)合成立構(gòu)規(guī)整橡膠之后，又一個(gè)研究并效仿天然橡膠結(jié)晶行為的重要方向。 為了便于有興趣的讀者查找出處或深究其詳，各章末均列出了一些參考文獻(xiàn)，供讀者參考。 本書(shū)在編纂過(guò)程中曾得到北京化工大學(xué)勵(lì)杭泉教授,夏宇正、石淑先、吳友平副教授提供部分資料并協(xié)助整理、校核文稿；編撰和出版獲得北京市教育委員會(huì)精品教材立項(xiàng)和北京化工大學(xué)“研究生教材建設(shè)基金”的資助及化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持。在此一并向他們表示誠(chéng)摯謝意。 本書(shū)的第1、第2、第3、第5、第6章由焦書(shū)科編寫(xiě)，第4章由焦書(shū)科、周彥豪、張立群、吳衛(wèi)東共同討論撰寫(xiě)。 限于編者的學(xué)術(shù)水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本書(shū)在內(nèi)容選取和處理及文字表達(dá)上可能會(huì)有欠妥之處，敬希讀者指正。 編者 2009年3月

內(nèi)容概要

　　本教材是北京市教育委員會(huì)精品教材。全書(shū)是按橡膠化學(xué)與物理學(xué)科體系，以結(jié)構(gòu)?性能相關(guān)性為主線，遵循因果關(guān)系分析思路，全面系統(tǒng)地論述了橡膠合成反應(yīng)和橡膠物理，以及橡膠合成反應(yīng)與橡膠品種，聚合方法與生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量、改性反應(yīng)與膠種特性、生膠加工硫化技術(shù)與制品強(qiáng)伸物性之間的內(nèi)在相關(guān)性。另外，還單辟一章介紹了橡膠彈性理論及其拉伸結(jié)晶?！　”緯?shū)共分為六章，第1章是以橡膠名稱(chēng)、特性和分類(lèi)為題，重點(diǎn)是介紹橡膠及其相關(guān)術(shù)語(yǔ)的含義等基本概念，以期逐步澄清橡膠行業(yè)一直存在的多詞共存混用的局面；第2章是以橡膠分子界定參數(shù)為準(zhǔn)繩，全面系統(tǒng)地論述各類(lèi)聚合反應(yīng)及其在合成橡膠中的具體應(yīng)用；第3章是與橡膠合成反應(yīng)密切相連、并將其付諸實(shí)施的生產(chǎn)技術(shù)陳述、對(duì)比分析和相關(guān)技術(shù)演進(jìn)；第4章是生膠的交聯(lián)和改性，較詳細(xì)地介紹了各類(lèi)橡膠的交聯(lián)反應(yīng)歷程，進(jìn)而從化學(xué)改性、配合改性和共混改性三方面論述了橡膠改性的理論依據(jù)和改性實(shí)效；第5章橡膠加工硫化技術(shù)及其與橡膠物性之間的相關(guān)性，主要是論述生膠的流變特性及其與輥筒行為之間的關(guān)系、生膠加工工序和加工工藝、混煉膠的硫化，繼而把硫化膠物性與橡膠結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，以較大的篇幅詳細(xì)地論述硫化膠在恒定外力和交變應(yīng)力作用下的靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系；第6章則首先對(duì)橡膠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行熱力學(xué)分析，以揭示硫化膠呈現(xiàn)高彈性的內(nèi)因和限度，隨后系統(tǒng)地闡述了單個(gè)分子鏈和交聯(lián)網(wǎng)鏈的彈性理論及橡膠拉伸結(jié)晶行為的研究歷史和現(xiàn)狀?！　”窘滩目勺鳛楦叩仍盒：铣刹牧蠈?zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生和研究生教材或教學(xué)參考書(shū)；也可供橡膠行業(yè)的從業(yè)人員（橡膠材料合成、制造和加工應(yīng)用行業(yè)的科技人員乃至銷(xiāo)售人員）參考使用。

書(shū)籍目錄

第1章 橡膠名稱(chēng)、特性和分類(lèi)11.1 從天然橡膠到合成橡膠11.2 橡膠及其相關(guān)術(shù)語(yǔ)的涵義21.2.1 橡膠與彈性體21.2.2 橡膠相關(guān)術(shù)語(yǔ)的涵義41.3 橡膠的分類(lèi)7參考文獻(xiàn)8第2章 橡膠合成反應(yīng)92.1 合成橡膠與聚合反應(yīng)的歷史淵緣92.1.1 陰離子聚合與共軛二烯烴橡膠92.1.2 異丁烯陽(yáng)離子共聚與丁基橡膠102.1.3 自由基乳液共聚與乳聚丁苯橡膠112.1.4 配位聚合與立構(gòu)規(guī)整橡膠132.2 橡膠分子界定參數(shù)152.3 聚合反應(yīng)及其在合成橡膠中的應(yīng)用162.3.1 自由基聚合162.3.2 陰離子聚合342.3.3 陽(yáng)離子聚合502.3.4 配位聚合572.3.5 共聚合反應(yīng)722.3.6 開(kāi)環(huán)聚合822.3.7 聚加成反應(yīng)與聚氨酯彈性體91參考文獻(xiàn)97第3章 橡膠合成方法及其技術(shù)進(jìn)步1013.1 本體聚合1033.1.1 典型的本體聚合及其優(yōu)缺點(diǎn)1033.1.2 最早用以合成橡膠的本體聚合1033.1.3 本體聚合法合成橡膠的技術(shù)進(jìn)步1043.2 懸浮聚合1113.2.1 懸浮聚合體系1123.2.2 自由基懸浮聚合成粒機(jī)理1123.2.3 用以合成橡膠的懸浮聚合實(shí)例1123.3 乳液聚合1133.3.1 乳化劑及其作用1133.3.2 乳液聚合機(jī)理及動(dòng)力學(xué)1153.3.3 乳液聚合法合成橡膠實(shí)例及分析1193.3.4 乳液聚合新技術(shù)1203.4 溶液聚合1273.4.1 溶液聚合中溶劑的性質(zhì)和作用1273.4.2 溶液聚合法合成橡膠工藝實(shí)例1293.4.3 溶液聚合法合成橡膠的技術(shù)進(jìn)步129參考文獻(xiàn)132第4章 橡膠的交聯(lián)和改性1344.1 橡膠的(硫化)交聯(lián)反應(yīng)1344.1.1 化學(xué)交聯(lián)與物理交聯(lián)1344.1.2 二烯烴類(lèi)橡膠的(硫化)交聯(lián)1354.1.3 飽和橡膠的(硫化)交聯(lián)1454.1.4 交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)硫化膠性能的影響1464.1.5 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)1474.2 橡膠的化學(xué)改性1474.2.1 活性鏈端改性1484.2.2 異戊橡膠與特定試劑反應(yīng)改性1504.2.3 加氫改性1514.2.4 鹵化改性1534.2.5 磺化改性1614.2.6 環(huán)氧化改性1634.2.7 單體在橡膠基體中聚合改性1644.3 合成橡膠的配合和共混改性1644.3.1 配合改性1644.3.2 共混改性169參考文獻(xiàn)185第5章 橡膠加工、硫化技術(shù)及其與橡膠結(jié)構(gòu)性能的相關(guān)性1895.1 生膠的流變特性及其與輥筒行為之間的關(guān)系1895.1.1 冷流和切變1895.1.2 生膠的切變性能與包輥行為1915.1.3 膠料的切變行為與擠出膨脹、破裂1925.2 生膠加工工序和加工工藝1955.2.1 塑煉1955.2.2 混煉1965.2.3 擠出1985.2.4 壓延2005.2.5 注射成型硫化2025.3 混煉膠的硫化交聯(lián)2035.3.1 硫化體系種類(lèi)及其選擇2035.3.2 硫化歷程和硫化工藝2065.3.3 硫化方法和設(shè)備2085.3.4 硫化技術(shù)新進(jìn)展2095.4 混煉配方和配方設(shè)計(jì)2105.4.1 橡膠配合劑體系2105.4.2 配方設(shè)計(jì)2115.5 橡膠結(jié)構(gòu)及其分子運(yùn)動(dòng)特征2125.5.1 分子鏈結(jié)構(gòu)與分子鏈柔性2125.5.2 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)2165.5.3 交聯(lián)結(jié)構(gòu)2205.6 硫化膠物性與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系2205.6.1 硫化膠的主要物理性能2205.6.2 硫化膠在恒定外力作用下的力學(xué)性能及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系2215.6.3 硫化膠在周期性外力作用下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及其與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系2235.6.4 滯后損耗(內(nèi)耗)與胎面膠的抗?jié)窕阅?、滾動(dòng)阻力、阻尼性能之間的關(guān)系2285.6.5 磨耗性能與橡膠分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系2295.6.6 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測(cè)試方法［2,25］2305.7 橡膠、橡皮耐熱、耐熱氧化性能與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系2325.7.1 耐熱性和熱降解2325.7.2 熱氧化降解2325.7.3 臭氧老化(或稱(chēng)臭氧龜裂)236參考文獻(xiàn)237第6章 橡膠彈性理論及其拉伸結(jié)晶2386.1 橡膠的形態(tài)和受力變形特征2386.2 橡膠（交聯(lián)）網(wǎng)絡(luò)形變的熱力學(xué)分析2386.2.1 拉伸形變過(guò)程中的構(gòu)象熵2386.2.2 拉伸形變熱效應(yīng)2406.3 單個(gè)分子鏈的彈性理論2416.3.1 高分子鏈的構(gòu)象2416.3.2 橡膠分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)2446.3.3 分子鏈柔性的表征2496.4 橡膠(交聯(lián))網(wǎng)絡(luò)的彈性理論2506.4.1 橡皮形變類(lèi)型及描述應(yīng)力應(yīng)變行為的基本物理量2506.4.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其彈性形變2526.4.3 網(wǎng)絡(luò)形變的狀態(tài)方程2546.4.4 天然橡膠硫化膠的高度拉伸形變2576.5 橡膠的拉伸結(jié)晶2606.5.1 天然橡膠的拉伸結(jié)晶2606.5.2 合成橡膠的拉伸結(jié)晶2646.5.3 橡皮拉伸結(jié)晶研究現(xiàn)狀分析271參考文獻(xiàn)272

章節(jié)摘錄

插圖：第3章橡膠合成方法及其技術(shù)進(jìn)步橡膠合成方法是指：依據(jù)聚合反應(yīng)的性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量要求而選用的聚合體系，繼而為選定的聚合體系制定相應(yīng)的聚合流程、工藝參數(shù)、調(diào)控措施和控制指標(biāo)。和合成其他高分子材料一樣，合成橡膠所用的聚合體系一般包括：?jiǎn)误w、引發(fā)劑（或催化劑）、添加劑和反應(yīng)介質(zhì)。其中，單體和引發(fā)劑（或催化劑）對(duì)任何聚合反應(yīng)都是必需的；添加劑只是為調(diào)節(jié)某些聚合反應(yīng)的速率、分子量和聚合物結(jié)構(gòu)而采取的補(bǔ)償性（或調(diào)控）措施。例如在合成乳聚丁苯橡膠時(shí)，為防止聚合物的支化、交聯(lián)，常采用硫醇類(lèi)調(diào)節(jié)劑；用活性陰離子聚合法合成溶聚丁苯橡膠時(shí)常用醚類(lèi)化合物作結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑，用堿金屬醇鹽作無(wú)規(guī)化劑；而用Al、B、Ni催化劑合成順丁橡膠，一般卻不加任何調(diào)節(jié)劑。反應(yīng)介質(zhì)則是利于單體和催化劑擴(kuò)散反應(yīng)并協(xié)助排散聚合熱、維持聚合溫度恒定經(jīng)常采用的惰性物質(zhì)。但是對(duì)某些聚合反應(yīng)來(lái)說(shuō)，介質(zhì)的性質(zhì)和純度不僅關(guān)系到聚合速度和散熱能力，而且還是決定聚合反應(yīng)能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。例如離子型和配位聚合所用的引發(fā)劑（或催化劑）即使遇到微量質(zhì)子性雜質(zhì)都會(huì)使引發(fā)劑或催化劑分解而失活，從而使之不能在含活潑H的介質(zhì)中進(jìn)行聚合，而對(duì)水不敏感的自由基型引發(fā)劑卻可在水介質(zhì)中順利地進(jìn)行水乳液或懸浮聚合。從這個(gè)意義上說(shuō)，聚合體系或聚合方法的選擇是由催化劑或引發(fā)劑的性質(zhì)所決定的。聚合體系選定之后，首先要進(jìn)行配方和聚合工藝條件試驗(yàn)，待確定出最適配方和工藝條件后，最基礎(chǔ)的工作還要依據(jù)聚合反應(yīng)的性質(zhì)（自由基、離子或配位聚合）進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，以確定聚合反應(yīng)的基本參數(shù)（如聚合速率、聚合周期和各物料配比等），并為聚合釜設(shè)計(jì)（如結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和傳熱面、冷劑溫差等）提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)合成橡膠來(lái)說(shuō)，既可用自由基型引發(fā)劑引發(fā)自由基聚合，又可采用離子型引發(fā)劑或過(guò)渡金屬催化劑進(jìn)行離子型、活性離子型或配位聚合。

編輯推薦

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