天然橡胶制造过程

时间：2022-10-05 百科知识版权反馈

【摘要】：高分子材料是指以高分子化合物为主要组成的材料。高分子材料分为天然和人工合成两大类。天然高分子材料有羊毛、蚕丝、淀粉及天然橡胶等。塑料就是具有可塑性的高分子材料。尼龙不仅是重要的生活用品材料，也是目前机械工业中应用较广的一种工程塑料。酚醛塑料是最早投入工业化生产的高分子材料，由于其电绝缘性能优异，故被称为“电木”。

高分子材料是指以高分子化合物为主要组成的材料。高分子化合物是指分子质量很大的化合物，简称高聚物。通常将相对分子质量大于5000的化合物称为高分子化合物，而将相对分子质量小于1000的化合物称为低分子化合物。

高分子材料分为天然和人工合成两大类。天然高分子材料有羊毛、蚕丝、淀粉及天然橡胶等。人工合成高分子材料主要有塑料、合成纤维、合成橡胶等。

塑料

塑料就是具有可塑性的高分子材料。世界上第一种塑料产品是1868年化学家用樟脑和硝酸纤维反应制得的。它是以树脂为基础，加入添加剂（如增塑剂、稳定剂、填充剂、固化剂、染料等）制成的。

塑料与金属材料相比，具有密度小、耐磨、耐腐蚀、消音、绝缘性好等优良性能，但易老化。随着有机高分子合成方法的不断突破和发展，塑料已成为与人类关系密切的材料，我们的生活因它而改变。目前，塑料广泛代替木材、某些有色金属和部分钢材应用于生产生活各个领域。塑料不仅是日常用品、电器外壳和电子零件的材料，更是机械、化工的新材料。用塑料制造的轴承、轴套和齿轮，具有突出的耐磨性和自润性；用塑料制造的化工管道、反应釜和耐酸泵，不仅解决了金属材料腐蚀快、寿命短的问题，而且大大延长了使用寿命。

1.塑料的分类

1）按塑料的热性能分类

（1）热塑性塑料。这种塑料加热时软化，可塑造成型，冷却时硬化成所需的形状，加热又重新软化，如聚乙烯薄膜、聚酰胺（尼龙）等。这种变化是物理变化，化学结构式基本不变。此类塑料具有加工成型简单、力学性能好的优点，但耐热性和刚性差。

（2）热固性塑料。这种塑料受热时软化，可塑造成型。但固化后的塑料既不溶于溶剂也不能再受热软化，只能塑制一次，如用酚醛塑料制造的电气开关等。此类塑料耐热性能好，受压不变形，但力学性能较差。

2）按塑料的应用范围分类

（1）通用塑料。通用塑料的力学性能较好、耐热性、耐寒性、耐蚀性和电绝缘性良好。其产量大、用途广泛、价格低廉，一般在农业生产和日常生活中使用较多，如聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料等。

（2）工程塑料。工程塑料是指力学性能较高，并具有某些特殊性能的塑料，可以取代金属材料用来制造某些机械零件和工程结构件，如聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚甲醛等。

（3）特种塑料。一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用；而增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。

2.常用工程塑料

1）聚乙烯（PE）

聚乙烯由低分子乙烯聚合而成，是目前世界上塑料工业中产量最大的品种，其特点是无毒、强度较高、耐腐蚀性好、电绝缘性好等。聚乙烯主要用于制造塑料薄膜（图9-1）、家庭用品（图9-2）、医疗器械、电线电缆的绝缘材料及管道、中空制品（图9-3）等。

图9-1 聚乙烯保鲜薄膜

图9-2 聚乙烯塑料桶

图9-3 聚乙烯塑料管

2）聚氯乙烯（PVC）

聚氯乙烯由低分子氯乙烯聚合而成，随助剂用量不同，分为软聚氯乙烯和硬聚氯乙烯。软聚氯乙烯的制品强度较低，柔而韧，手感黏；硬聚氯乙烯的制品强度较高，在曲折处会出现白化现象。聚氯乙烯化学性质稳定，不易被酸、碱腐蚀，但耐热性较差。软聚氯乙烯主要用来制造薄膜（图9-4）、汽车内饰品、手袋（图9-5）、人造革、标签、电线电缆、医用制品等。使用时必须注意，聚氯乙烯中的增塑剂对人的健康一般有不良影响，不能用来包装食品。硬聚氯乙烯主要用于管材（图9-6）、门窗型材、片材等挤出产品，以及塑料凉鞋、排水管、管接头、电气零件等，它们约占聚氯乙烯65％的消耗。

图9-4 聚氯乙烯薄膜

图9-5 聚氯乙烯手袋

图9-6 聚氯乙烯制品

3）聚酰胺塑料（PA）

聚酰胺塑料亦称尼龙，它是人类第一次采用非纤维原料、在1928年由美国杜邦公司科学家通过合成的方法得到的化学纤维。继尼龙之后，科学家又不断合成出了涤纶、维纶、氯纶、氨纶、腈纶、丙纶等合成纤维，极大地丰富了人们的物质生活。

尼龙不仅是重要的生活用品材料，也是目前机械工业中应用较广的一种工程塑料。其特点是：在常温下具有较高的抗拉强度及良好的冲击韧性，且耐磨、耐疲劳、耐油、耐水等。但吸湿性大，在日光曝晒下或浸在热水中都易老化。尼龙用来制作日常生活用品（图9-7），一般机械零件，如螺钉、螺母、轴承，齿轮（图9-8）、凸轮轴、蜗轮、管子（图9-9）、阀门、罩盖等。

图9-7 高强度尼龙纤维轮滑鞋

图9-8 高强度尼龙齿轮

图9-9 尼龙材质的发动机进气歧管

4）ABS塑料

ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体组成的共聚物。其特点是坚韧、质硬、刚性好、易着色，缺点是不耐高温，能燃烧。ABS塑料广泛用于日用器具、机械工业、电气工业、纺织工业、化学工业、汽车、轮船等。例如，可用ABS塑料制造橱柜（图9-10）、电视机、洗衣机（图9-11）、玩具、计算机键盘、方向盘、仪表盘、车辆灯罩、摩托车壳体（图9-12）、化工容器和管道等。

图9-10 ABS整体橱柜

图9-11 洗衣机

图9-12 摩托车装饰件

5）聚四氟乙烯（F-4）

聚四氟乙烯具有突出的耐低温、耐腐蚀、耐候性、电绝缘性，化学稳定性超过玻璃、陶瓷、不锈钢和金，故有 “塑料王”之称。然而，其力学性能和加工性能较差。聚四氟乙烯主要用作有特殊性能要求的零件和设备，如化工机械中的各种耐腐蚀部件［耐腐蚀泵、反应釜、阀体（图9-13）］，冷冻工业中储藏液态气体的低温设备、耐磨零件，如自润滑轴承（图9-14）、耐磨片、密封环等。生产生活中各种塑料软管、垫片、胶带、生料带（图9-15）等也是用聚四氟乙烯制造的。

图9-13 聚四氟乙烯阀门

图9-14 聚四氟乙烯轴承

图9-15 聚四氟乙烯生料带

6）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃。其特点是透明（透明率为91％～93％），强度高，耐磨性低，易老化。常用作要求透明的零件，如飞机挡风罩、显示器屏幕、透明管材（图9-16）、防护罩（图9-17）、工艺品（图9-18）等。

图9-16 有机玻璃管材

图9-17 有机玻璃防护罩

图9-18 有机玻璃工艺品

7）酚醛塑料（PF）

酚醛塑料是最早投入工业化生产的高分子材料，由于其电绝缘性能优异，故被称为“电木”。其性能特点是耐热、绝缘，硬而耐磨，但脆性大，光照易变色，加工性能差。酚醛塑料广泛用于电气工业和建筑工业，如电绝缘柱（图9-19）、风管（图9-20）等；也常用于制作摩擦磨损零件，如轴承、齿轮、凸轮、刹车片（图9-21）等。

图9-19 电绝缘柱

图9-20 建筑用的风管

图9-21 汽车用刹车片

8）氨基塑料（UF）

氨基塑料是一种绝缘性好，耐热、耐磨，易着色，价格低廉，应用广泛的塑料。它主要用来生产各种餐具（图9-22）、纤维板、装饰板、电器仪表外壳等，氨基塑料经发泡后可以制作各种人造皮革（图9-23）。

图9-22 氨基塑料餐具

图9-23 发泡氨基塑料坐垫

你知道吗？

塑料的 “白色污染”

塑料制品在给我们人类带来便利的同时，也给我们地球家园造成了触目惊心的 “白色污染”（图9-24）。一个白色塑料袋或泡沫饭盒在地球上降解消失需要200多年的时间。“白色污染”也是野生动物非自然死亡的重要原因。有专家曾调侃道：“塑料是人类最愚蠢的发明。”因此，减少塑料制品的用量，不随便乱扔、遗弃塑料制品，保护好地球家园是我们每一个人的共同责任。

图9-24 塑料 “白色污染”

交流与讨论

塑料是一种与我们人类关系很密切的材料，我们的生活中大量使用着塑料制品，请根据你的经验和认识，谈谈塑料的优点和缺点。

塑料的优点：__________

塑料的缺点：__________

橡胶

橡胶不仅是重要的工程材料，也是制造日常生活用品的重要材料。汽车轮胎、橡皮筋、橡皮和篮球都是我们常用的橡胶制品。

1.橡胶的组成

橡胶是以生胶为原料，加入适量的配合剂制成的高分子材料。

1）生胶

生胶按来源不同可分为天然橡胶和合成橡胶两类。天然橡胶是以热带的橡胶树中流出的胶乳为原料，经凝固、干燥、加压等工序制成的片状固体。由于天然橡胶的产量受地理环境的限制，其产量远不能满足工业生产的需要，因此人们通过化学合成的方法制成了与天然橡胶性质相似的合成橡胶。合成橡胶的品种很多，如丁苯橡胶、氯丁橡胶等。橡胶制品的性能主要取决于生胶的性质和硫化工艺。

2）配合剂

配合剂是为了提高和改善橡胶制品的性能而加入的物质。配合剂有以下几种。

（1）硫化剂。硫化剂能使生胶分子相互连成网状结构（图9-25）。天然橡胶中常加硫黄，合成橡胶中还要加入过氧化物及金属氧化物。

图9-25 生胶硫化示意图

（2）促进剂。促进剂常选用有机化合物，目的是缩短硫化时间，降低硫化温度，同时还常加入氧化锌等活化剂。

（3）软化剂。软化剂常选用硬脂酸、精制蜡、凡士林及一些油类和酯类，目的是增加橡胶的塑性，改善黏附力，降低硬度和耐寒性能。

（4）补强剂。补强剂常选用炭黑、氧化硅、陶土、硫酸钡及滑石粉等，目的是提高橡胶的强度和硬度，增强耐磨性，降低成本。

（5）着色剂。着色剂选用钛白、立德粉、氧化铁、氧化铬等，目的是改变橡胶的颜色。

材料史话

橡胶生产的革命——硫化处理

天然橡胶是利用天然胶乳作为原料制得的。天然胶乳原产于巴西，后盛产在泰国、马来西亚、菲律宾、越南、印尼等国的三叶枣树中，天然橡胶的采集如图9-26所示。由于天然橡胶（生胶）是线型高分子，物理与力学性能都比较差，在受力较大或温度较高时，都容易发生变形或脆裂，且形变后不能复原，因而天然橡胶在170多年前并不是一种很有用的东西。然而，天然橡胶的命运却在1839年发生了彻底的改变。英国橡胶商古德伊尔（Goodyear）一次意外地将硫黄摔进生胶桶里，竟然发现天然橡胶变得受热不黏，遇冷不脆，弹性也变得特别好。受此启发，古德伊尔和汉考特（Handcock）共同发明了橡胶的硫化处理工艺，自此开创了天然橡胶生产和应用的新天地。而后，随着人工橡胶的不断合成和应用，橡胶已成为人们生活、生产中的一种重要材料，大大丰富了人类现代生活。

图9-26 天然橡胶的采集

2.橡胶的性能和应用

橡胶具有很好的弹性和伸长率（100％～1000％），良好的耐磨性、隔音性和绝缘性，其缺点是容易老化。

橡胶的应用很广，如机械制造中的密封件、减振件，电气工业中的各种导线、电缆的绝缘件。橡胶的模压制品、橡胶带和热收缩管等在电气、电子工业和日常生活中也有广泛应用，如图9-27所示。

图9-27 橡胶的用途

3.常用橡胶

（1）天然橡胶（NR）。天然橡胶的综合性能、耐磨性、抗撕裂性、加工性能等良好，但耐高温、耐油、耐溶剂性、耐臭氧和老化性较差。天然橡胶广泛用于制造轮胎、胶带、胶管等。

（2）丁苯橡胶（SBR）。丁苯橡胶是目前合成橡胶中产量较高的通用橡胶。丁苯橡胶耐磨性、耐热性、耐老化等性能优良，比天然橡胶质地均匀、价格低，但其弹性、机械强度、耐挠曲龟裂、耐撕裂、耐寒性等都较差，加工性能也较天然橡胶差，将丁苯橡胶与天然橡胶任意比例混用，可取长补短，弥补丁苯橡胶的不足。目前，丁苯橡胶主要用于制造汽车轮胎，也用于制造胶带、胶管及通用制品等，在铁路上可用作橡胶防振垫。

（3）氯丁橡胶（CR）。氯丁橡胶在物理性能和力学性能等方面都可以与天然橡胶相媲美，并具有天然橡胶和一些通用橡胶的优良性能。氯丁橡胶具有耐油、耐氧化、耐酸、耐碱、耐热、耐燃烧、耐挠曲、透气性好等性能，有 “万能橡胶”之称。氯丁橡胶的缺点是耐寒性较差，密度大，生胶稳定性差，不易保存。氯丁橡胶在工业上用途很广，主要利用其对大气和臭氧的稳定性制造电线、电缆的包皮，利用其耐油、化学稳定性好制造输送油和腐蚀性物质的胶管，利用其机械强度高制造运输带。此外，氯丁橡胶还可用来制造各种垫圈、油罐衬里、模型制品等。

（4）硅橡胶（Q）。硅橡胶是特殊橡胶，其独特的性能是耐高温和低温，可在-100℃～300℃范围内工作，电绝缘性优良，并具有良好的耐候性、耐臭氧性，但强度低，耐油性不好。由于硅橡胶具有耐高温和低温的特性，其主要用于制造飞机、宇航飞行器的密封制品、薄膜和胶管等，也可用于电子设备和电线、电缆的包皮。此外，硅橡胶无毒无味，可作为食品工业的运输带、罐头垫圈及医药卫生橡胶制品，如人造心脏、人造血管等。

（5）氟橡胶（FPM）。氟橡胶也是特殊橡胶，其突出的性能是耐腐蚀、耐酸碱等，其耐强氧化剂腐蚀的能力在各种橡胶中是最好的。氟橡胶可在高温（315℃）下工作，耐油、耐高真空、抗辐射性能优良。但其加工性能差，价格较贵。氟橡胶应用范围较广，具有特殊用途，常用于制造耐化学腐蚀制品（化工设备衬里、垫圈）、高级密封件、高真空橡胶件等。

交流与讨论

你认为橡胶材料最突出的性能是什么？生活、生产中哪些橡胶产品很好地利用了橡胶的这一性能？

练习与实践

一、填空题

1.高分子材料分为__________和__________两类。

2.塑料是以__________为基础，再加入__________制成的。按热性能不同可分为__________塑料和__________塑料。

3.橡胶是以__________为原料，加入适量的__________制成的高分子材料。

4.欲制造下列用品或零件，请选用合适的塑料。

候选塑料有：ABS塑料、氨基塑料、酚醛塑料、聚甲基丙烯酸甲酯。

二、选择题

1.无毒，常加工成薄膜用于食品包装、保鲜的热塑性塑料是（）。

A.氨基塑料 B.聚氯乙烯 C.聚乙烯 D.ABS塑料