橡膠的基本結(jié)構(gòu)與性能（1）

橡膠的分子特征

    構(gòu)成橡膠彈性體的分子結(jié)構(gòu)有下列特點(diǎn)：

①其分子由重復(fù)單元（鏈節(jié)）構(gòu)成的長(zhǎng)鏈分子。分子鏈柔軟其鏈段有高度的活動(dòng)性，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）低于室溫；

②其分子間的吸引力（范德華力）較小，在常態(tài)（無(wú)應(yīng)力）下是非晶態(tài)，分子彼此間易于相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

③其分子之間有一些部位可以通過化學(xué)交聯(lián)或由物理纏結(jié)相連接，形成三維網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，以限制整個(gè)大分子鏈的大幅度的活動(dòng)性。

    從微觀上看，組成橡膠的長(zhǎng)鏈分子的原子和鏈段由于熱振動(dòng)而處于不斷運(yùn)動(dòng)中，使整個(gè)分子呈現(xiàn)極不規(guī)則的無(wú)規(guī)線團(tuán)形狀，分子兩末端距離大大小于伸直的長(zhǎng)度。一塊未拉伸的橡膠象是一團(tuán)卷曲的線狀分子的纏結(jié)物。橡膠在不受外力作用時(shí)，未變形狀態(tài)熵值*大。當(dāng)橡膠受拉伸時(shí)，其分子在拉伸方向上以不同程度排列成行。為保持此定向排列需對(duì)其作功，因此橡膠是抵制受伸張的。當(dāng)外力除去時(shí)，橡膠將收縮回到熵值*大的狀態(tài)。故橡膠的彈性主要是源于體系中熵的變化的"熵彈性"。

橡膠的基本結(jié)構(gòu)與性能（2）

橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)

    應(yīng)力-應(yīng)變曲線是一種伸長(zhǎng)結(jié)晶橡膠的典型曲線，其主要組分是由于體系變得有序而引起的熵變。隨著分子被漸漸拉直，使得分子鏈上支鏈的隔離作用消失，分子間吸引力變得顯著起來，從而有助于抵抗進(jìn)一步的變形，所以橡膠在被充分拉伸時(shí)會(huì)呈現(xiàn)較的高抗張強(qiáng)度。

    橡膠在恒應(yīng)變下的應(yīng)力是溫度的函數(shù)。隨溫度的升高橡膠的應(yīng)力將成比例地增大。

    橡膠的應(yīng)力對(duì)溫度的這種依賴稱為焦耳效應(yīng)，它可以說明金屬?gòu)椥院拖鹉z彈性間的根本差別。在金屬中，每個(gè)原子都被原子間力保持在嚴(yán)格的晶格中，使金屬變形所做的功是用來改變?cè)娱g的距離，引起內(nèi)能的變化。因而其彈性稱為"能彈性".其彈性變形的范圍比橡膠中主要由于體系中熵的變化而產(chǎn)生的"熵彈性"的變化范圍要小得多。

    在一般的使用范圍內(nèi)，橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是非線性的，因此橡膠的彈性行為不能簡(jiǎn)單地以楊氏模量來確定。

橡膠的基本結(jié)構(gòu)與性能（3）

橡膠的變形與溫度、變形速度和時(shí)間的關(guān)系

    橡膠分子的變形運(yùn)動(dòng)不可能在瞬時(shí)完成，因?yàn)榉肿娱g的吸引力必須由原子的振動(dòng)能來克服，如果溫度降低時(shí)，這些振動(dòng)變得較不活潑，不能使分子間吸引力迅速破壞，因而變形緩慢。在很低溫度下，振動(dòng)能不足以克服吸引力，橡膠則會(huì)變成堅(jiān)硬的固體。

    如果溫度一定而變形的速度增大，也可產(chǎn)生與降低溫度相同的效果。在變形速度極高的情況下，橡膠分子沒有時(shí)間進(jìn)行重排，則會(huì)表現(xiàn)為堅(jiān)硬的固體。

    橡膠材料在應(yīng)力作用下分子鏈會(huì)緩慢的被破壞，產(chǎn)生"蠕變",即變形逐漸增大。當(dāng)變形力除去后，這種蠕變便形成小的不可逆變形、稱為"長(zhǎng)久變形"。

橡膠的基本結(jié)構(gòu)與性能（4）

橡膠的熱性能

①導(dǎo)熱性 橡膠是熱的**導(dǎo)體，其導(dǎo)熱系數(shù)在厚度為25毫米時(shí)約為2.2~6.28瓦/米2·0K.是優(yōu)異的隔熱材料，如果將橡膠做成微孔或海綿狀態(tài)，其隔熱效果會(huì)進(jìn)一步提高，使導(dǎo)熱系數(shù)下降至0.4~2.0瓦。任何橡膠制件在使用中，都可能會(huì)因滯后損失產(chǎn)生熱量，因此應(yīng)注意散熱。

②熱膨脹 由于橡膠分子鏈間有較大的自由體積，當(dāng)溫度升高時(shí)其鏈段的內(nèi)旋轉(zhuǎn)變易，會(huì)使其體積變大。橡膠的線膨脹系數(shù)約是鋼的20倍。這在橡膠制品的硫化模型設(shè)計(jì)中必須加以考慮，因?yàn)橄鹉z成品的線性尺寸會(huì)比模型小1.2~3.5%.對(duì)于同一種橡膠，膠料的硬度和生膠含量對(duì)膠料的收縮率也有較大的影響，收縮率與硬度成反比，與含膠率成正比。各種橡膠在理論上的收縮率的大小順序?yàn)椋?/span>

氟橡膠>硅橡膠>丁基橡膠>丁腈橡膠>氯丁橡膠>丁苯橡膠>天然橡膠

    橡膠制品在低溫使用時(shí)應(yīng)特別注意體積收縮的影響，例如油封會(huì)因收縮而產(chǎn)生泄漏，橡膠與金屬粘合的制品會(huì)因收縮產(chǎn)生過度的應(yīng)力而導(dǎo)致早期損壞。

橡膠的基本結(jié)構(gòu)與性能（5）

橡膠的電性能

    通用橡膠是優(yōu)異的電絕緣體，天然橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠和丁苯橡膠都有很好的介電性能，所以在絕緣電纜等方面得到廣泛應(yīng)用。丁腈橡膠和氯丁橡膠，因其分子中存在極性原子或原子基團(tuán)，其介電性能則較差。在另一方面，在橡膠中配入導(dǎo)電炭黑或金屬粉末等導(dǎo)電填料，會(huì)使它有足夠的導(dǎo)電性來分散靜電荷，或者甚至成為導(dǎo)電體

橡膠的基本結(jié)構(gòu)與性能（6）

橡膠的氣體透過性（氣密性）

    橡膠的氣透率是氣體在橡膠中的溶解度與擴(kuò)散度的乘積。氣體的溶解度隨橡膠的溶解度參數(shù)增加而下降，氣體在橡膠中的擴(kuò)散速度取決于橡膠分子中側(cè)鏈基團(tuán)的多少。氣體在各種橡膠中的透過速度有很大的不同，在橡膠中氣透性較低的是聚醚橡膠和丁基橡膠，丁基橡膠氣透性只有天然膠的1/20.而硅橡膠的氣透性*大。橡膠的氣透性隨溫度的升高而迅速上升，對(duì)于使用炭黑作填料的制品來說，其品種和填充量對(duì)氣透性能影響不大。但軟化劑的用量大小對(duì)硫化膠的氣透性能影響很大，對(duì)氣透性能要求較高的橡膠制品，軟化劑的用量盡可能減少為好。

橡膠的基本結(jié)構(gòu)與性能（7）

橡膠的可燃性

    大多數(shù)橡膠具有程度不同的可燃性。而分子中含有鹵素的橡膠如氯丁橡膠、氟橡膠等，則具一定的的抗燃性。因此，含有氯原子的氯丁膠和氯磺化聚乙烯在移開外部火焰后，既便燃燒也是困難的，而氟橡膠則完全是自行滅火的。在膠料中配入阻燃劑（例如磷酸鹽或含鹵素物質(zhì)）可提高其阻燃性。