塑料橡胶性能测试

任务6　高分子材料

塑料、橡胶、合成纤维及某些胶黏材料、涂料等，都是以高分子化合物（也称为高聚物或聚合物）为基础合成的，它们大都是人工合成的，因而又可称为高分子合成材料。

一、高分子材料

高分子材料的相对分子质量特别大，一般相对分子质量小于500的称为低分子物质，相对分子质量大于500且具有一定的强度和弹性的称为高分子物质，一般是在10³～10⁶之间（见表8－13）。

表8－13　几类物质的相对分子质量

高分子材料的结构很复杂，但高分子材料的化学组成都比较简单，合成高分子材料的每个大分子一般是由一种或几种简单的化合物重复连接而成的。例如，聚氯乙烯是由数量众多的氯乙烯小分子，断开双键连接成大分子，然后由大分子聚合在一起组成高分子材料。反应式为

凡是可以聚合生成大分子链的低分子化合物称为单体。聚氯乙烯的单体是氯乙烯（CH₂ ＝CHCl），聚乙烯的单体是乙烯（CH₂＝CH₂），大分子链还可以由不同单体聚集而成。例如，ABS共聚物就是由丙烯腈（CH₂＝CHCN）、丁二烯（CH₂＝CH—CH＝CH₂）、苯乙烯（CH₂＝CHC₆H₅）三种单体聚合而成的，具有不饱和键的烯烃类（有双键）是高分子材料的重要原料，它们可以打开不饱和键组成大分子链。

大分子链中的重复结构单元称为链节，如聚氯乙烯大分子链中的重复结构单元是，它就是聚氯乙烯大分子链中的链节。大分子链中链节的重复次数n称为聚合度，它表示大分子链中链节的数目，聚合度大小取决于原料、反应进行过程的条件，以及加工方法等。

显然，每个大分子链的相对分子质量M应该是单体相对分子质量m₀和聚合度n的乘积，即M＝m₀×n，聚合度反映了大分子链的长短和相对分子质量的大小。

高分子材料是由相对分子质量不同的众多大分子链聚集而成的，不可能用单一的相对分子质量来表示，大分子链的长短（即相对分子质量）呈统计规律分布，如图8－9所示。所有高分子材料的相对分子质量是各大分子链相对分子质量的平均值，通常用数均分子量和重均分子量来表示高分子材料的平均分子量。数均分子量，重均分子量，其中N_i是分子量为M_i的分子数。

图8－9　典型聚合物的相对分子质量分布

相对分子质量和相对分子质量分布对高分子材料的使用性能和工艺性能有重要影响，高分子材料的许多特殊性质是由相对分子质量变大所决定的。一般说来，相对分子质量增加，材料的强韧性、耐磨性、耐蠕变等性能有所提高，但溶解性降低，然而熔融黏度也迅速增加，给成型加工带来困难。因此，高分子材料需要一个合适的相对分子质量数值。是分布密度的标志，这个比值通常在1．5～3之间，有可能超过25。

二、高分子材料的分类和命名

高分子分生物高分子和非生物高分子两大类。前者是研究生命现象的科学，后者又分为天然和人工合成两部分，可按形成元素、结构、工艺和使用性能等多种方法分类。

1．高聚物的分类

（1）高聚物按化学组成可分为碳链、杂链、元素有机高分子及无机高分子等。聚合物主干中只有单链碳原子的聚合物称为碳链聚合物。主干中除碳原子外还含有其他原子如氧、氮、硫、磷等的聚合物称为杂链聚合物。例如，聚酯和聚酰胺（尼龙）为杂链聚合物，在主链中有非碳原子，。主干中无碳原子的聚合物称为元素有机高分子，例如—O—Si—O—Si—O—，但它的侧基一般为有机基团。无机高分子的主链和侧基均由无机元素或无机基团构成，例如无机耐火橡胶、硅酸盐玻璃、陶瓷、云母、石棉等均属此类。

（2）高聚物按大分子链的几何形状可分为线型高聚物和体型高聚物两大类。线型指主链原子排列成一长链形状，也可带支链。体型也是以长链为主链，但在三维空间中还与其他许多大分子发生交联而成。

线型高聚物受热时往往可以熔化，它能溶于特定的有机溶剂，具有结晶的可能性。这类高聚物中常见的有聚乙烯、聚氯乙烯、橡胶等。

体型高聚物在高温中难以熔化，它不溶于有机溶剂，酚醛、胺醛、环氧树脂及聚酯等都属此结构。

（3）高聚物按用途可分为塑料、橡胶、合成纤维、胶黏剂和涂料。

2．高聚物的命名

（1）根据聚合物的原料单体命名。它是以合成聚合物的低分子原料单体为基础命名的。有些在单体前加“聚”，如聚乙烯等。有些在单体后加“树脂”或“橡胶”。这种命名方法简便，应用广，但不十分确切，易造成混乱。

（2）采用商品名称和字母命名。许多高聚物都有其商品名称，如有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、电木（酚醛塑料）、电玉（脲醛塑料）、涤纶（聚酯纤维）、腈纶（聚丙烯腈纤维）等。这些商品名称虽然应用广，但各个国家或厂家称呼不统一。

聚合物还常用其英文名称的第一个字母表示，如PS代表聚苯乙烯、PVC代表聚氯乙烯、EVA代表聚乙烯－乙酸乙烯酯等。用字母命名虽然应用方便，但应当注意有个别聚合物可能会有代表符号相同的问题。

（3）一些天然高分子材料具有专用名称，如蛋白质、纤维素、淀粉等。

三、工程塑料

塑料是以树脂为基体，一般再加入其他添加剂，在一定的温度和压力下塑造成的人造材料。而把能制作机器零件和工程构件，具有较高的强韧性，适用温度范围较宽的塑料称为工程塑料。随着塑料工业的发展，工程塑料在机械、建筑、交通运输及火箭制造等方面的应用不断扩大。

1．塑料的组成和分类

1）塑料的组成

（1）树脂。这种人工合成高分子化合物是工程塑料的基本组成部分，起黏接作用，它决定了塑料的基本性能，如电性能、理化性能、力学性能等，同时也决定了塑料的类型，是热塑性塑料或是热固性塑料。树脂在塑料中的含量为30%～100%。

（2）填料。加入填料的主要目的是改善塑料的使用性能（如导电性、耐热性、防老化性等）和工艺性能，同时也降低了塑料的成本。例如：加入铝粉、铜粉，能提高塑料的负载能力，有助于自润滑、耐磨和导热；加入云母粉可改善塑料的导电性；加入石棉粉可提高塑料的耐热性；加入硫化钨、二硫化钼能起到润滑和耐磨的作用。一般要求填料来源丰富、价廉，易与树脂黏附，性质稳定。填料在塑料中的含量可达20%～50%，是改变塑料性能最重要的组成部分。

填料根据形状不同可分为粉状、片状和纤维状；填料根据化学成分不同可分为有机填料和无机填料。有机填料有木粉、纸张、棉织物、麻布、玻璃纤维、合成纤维等。无机填料有云母片、石英粉、石墨粉、铁粉、铜粉、铝粉、氧化铝、氧化钛、二氧化硅、碳纤维等。

（3）增塑剂。增塑剂的作用是改善树脂的可塑性和柔软性，提高低温性能或成型工艺性。增塑剂分子处于树脂分子链间，阻止了树脂分子的彼此接近，减小分子间的作用力，降低了塑料的软化温度与硬度，提高了塑料的塑性和韧性。例如，在聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯，可变为橡胶一样的软塑料。

增塑剂应与树脂有较好的相溶性，不易挥发，对光和热较稳定，且无毒、无味、无色、成本低。常用的增塑剂是液态或低熔点固态的有机低分子化合物，主要有甲酸酯类、磷酸酯类和氯化石蜡类。增塑剂的平均使用量为树脂的15%～30%。

（4）稳定剂。稳定剂起稳定作用，是用来防止塑料在光、热等作用下过早老化的少量添加剂。稳定剂中的抗氧化剂有酚类、胺类等有机化合物和铅的化合物。此外还有紫外线吸收剂如炭黑等。

（5）润滑剂。为防止塑料在成型过程中的黏模，减少塑料对模具的磨损，并提高塑料制品表面的光泽，要加入少量润滑剂。常用的润滑剂为硬脂酸及盐类。

（6）着色剂。着色剂使塑料制品具有鲜艳和美丽的色彩。常用有机染料或无机染料作为着色剂，一般要求着色剂着色力强，色泽鲜艳，性质稳定，耐温性和耐光性好，并与树脂有很好的相溶性。

（7）固化剂。固化剂使热固性树脂在成型时，由线型结构通过交联转变为体型网状结构，使其变得坚固和稳定。例如，环氧树脂加入乙二胺，酚醛树脂加入六次甲基四胺，聚酯树脂加入过氧化物。

根据塑料品种和使用要求还需加入其他添加剂，如抗静电剂、发泡剂、发光剂和阻燃剂等，加入银粉或铜粉可制成导电塑料，加入阻燃剂可遏制燃烧或自熄，加入发泡剂可制成泡沫塑料。

2）塑料的分类

塑料的分类方法主要有以下两种。

（1）按塑料的热特性分类。塑料可分为以下两种。①热塑性塑料。加热时软化或熔化，冷却后又凝固硬化，可多次重复的高聚物称为热塑性塑料。这类高聚物分子间作用力较弱，为线型带支链的高聚物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙）、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜、聚苯醚、聚四氟乙烯、聚氯醚等。②热固性塑料。加热加压成型后，不能再熔融或改变形状的高聚物称为热固性塑料。热固性塑料在加热时由线型转变为网型或体型高聚物，如氨基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚硅醚树脂、不饱和聚酯等。

（2）按塑料的使用范围分类。塑料可分为以下两种。①通用塑料。通常指用途广、产量大、价格低廉、力学性能不高的塑料，主要用于日常生活、工农业生产中的一般零件，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。通用塑料占塑料总量的75%以上。②工程塑料。工程塑料主要指强韧性、耐热性、电性能等综合性能良好的各种塑料，常用来代替金属材料制作机器零件、工程构件、工业容器和设备等，如ABS、聚甲醛、环氧塑料、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜等。

2．工程塑料的力学性能和其他性能

工程塑料由于结构的多重性，以及对温度和时间的敏感性，许多性能不够稳定，变化幅度大。下面简述工程塑料的性能特点。

1）工程塑料的力学性能

（1）强度。工程塑料的强度、弹性模量都比金属低得多。强度一般为30～100MPa，是A3钢强度的1／15～1／4。弹性模量为2～200MPa，而一般金属材料为10³～2×10⁵ MPa，但比强度高，甚至比钢铁材料还高。

可以粗略地将工程塑料的应力－应变曲线分为四类，如图8－10所示。

①硬而脆。高的弹性模量和抗拉强度，低的伸长率（2%以下），无屈服点，如有机玻璃、聚苯乙烯、酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛等热固性塑料属此类。此类工程塑料的应力－应变曲线如图8－10（a）所示。

②硬而强。弹性模量高、抗拉强度高，断裂伸长率为2%～5%，似乎在接近屈服点处发生断裂。如共混聚苯乙烯、某些配方的硬聚氯乙烯、芳香尼龙及不熔性聚酰亚胺等多数刚硬而耐高温塑料，大部分是用长玻璃纤维来增强热固性。此类工程塑料的应力－应变曲线如图8－10 （b）所示。

③软而韧。弹性模量低，屈服点或平台区低，伸长率很大（25%～100%），断裂强度较高，如橡胶、四氟塑料、高压聚乙烯和高增塑的聚氯乙烯等属此类，这类材料不能作为结构材料，其应力－应变曲线如图8－10（c）所示。

④硬而韧。高的弹性模量和屈服点，高的抗拉强度和较大的伸长率（百分之几十到几百）。如ABS、硬聚氯乙烯塑料、尼龙、聚甲醛、聚氯乙烯、聚砜、聚苯醚、可溶性聚酰亚胺和纤维素塑料等许多高聚物属此类。此类工程塑料的应力－应变曲线如图8－10（d）所示。

图8－10　高聚物的几种典型应力－应变曲线

（2）塑性与韧性。高聚物由大分子链组成，加热时不会立即熔化，表现有明显的塑性，拉伸屈服时应变比金属大得多，大多金属的屈服应变约为0．01，而工程塑料可达0．20以上。

由于工程塑料的塑性相对较好，在非金属材料中冲击韧性是较好的，但比金属小得多，仅为百分之一数量级。例如，热塑性塑料冲击韧性一般为0．2～1．5J／cm²，热固性塑料为0．05～0．5J／cm²，提高工程塑料的强度和塑性可改善韧性。

（3）减摩性和耐磨性。工程塑料虽然硬度较低，但有些工程塑料减摩性和耐磨性好，原因是它们的摩擦系数小。例如，聚四氟乙烯的摩擦系数仅为0．04，几乎是所有固体中最低的，而钢材的摩擦系数为0．15～0．3，同时，某些工程塑料有良好的自润滑性能，减振能力强，对工作条件适应性也好，特别在无润滑、少润滑的摩擦条件下，它们的耐磨性和减摩性能远高于金属材料。

（4）蠕变和应力松弛。工程塑料在室温下受到持久恒定载荷的作用，随着时间的延长变形继续增长的现象称为蠕变。例如，架空的聚氯乙烯电线套管，在电线和自重的作用下发生缓慢的挠曲变形，ABS、尼龙等蠕变较大，而聚苯醚、聚砜等抗蠕变性能较好，而金属材料只有在较高温度下发生明显的蠕变。

工程塑料在载荷作用下变形后，产生的应力随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。例如，连接管道的法兰盘中的密封垫圈，经过长时间工作后发生渗漏现象。

2）工程塑料的其他性能

（1）密度小。工程塑料的密度为0．9～2．2g／cm³，为钢的1／8～1／4，为普通陶瓷的一半以下。有的塑料比纸还轻，泡沫塑料的密度可达0．01g／cm³。

（2）耐热性。工程塑料随温度升高其性能明显下降的能力称为耐热性。工程塑料的耐热性远低于金属材料，常用热塑料的耐热温度在100℃以下，如聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙等。热固性塑料耐热温度一般较高，如酚醛和三聚氰胺甲醛塑料的耐热温度为130～150℃，而耐高温塑料如有机硅塑料可达300℃。塑料的热膨胀系数较大，为金属的几倍到几十倍。

（3）电性能。塑料的绝缘性良好，介质损耗小，但加入了某些导电填料可制成导电塑料。

（4）耐腐蚀性。塑料是绝缘体，不发生电化学腐蚀，一般能耐酸、碱、油及大气等物质的侵蚀，尤其是被誉为塑料王的聚四氟乙烯，能在沸腾的王水中保持稳定。

3．常用工程塑料简介

1）常用热塑性工程塑料

常用的热塑性工程塑料有如下几种。

（1）聚乙烯（PE）。聚乙烯具有优良的耐腐蚀性、耐磨性与绝缘性。力学性能较低，但可用玻璃纤维增强。按合成方法不同，聚乙烯分为低压聚乙烯、中压聚乙烯和高压聚乙烯三种。低压聚乙烯的熔点、刚性、硬度和强度较高，高压聚乙烯的柔软性、伸长率、冲击强度和透明性较好，中压聚乙烯的性能介于两者之间。低压聚乙烯用于耐腐蚀件、绝缘件、涂层，或者承载不高的零件，如齿轮、轴承等。高压聚乙烯用于薄膜、食品包装等。

（2）聚丙烯（PP）。聚丙烯的密度小，强度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯，聚丙烯具有优异的耐弯折性能，可连续弯折2×10⁷次，耐腐蚀性好，具有良好的高频绝缘性，但不耐磨，易于老化。聚丙烯常用于一般的机械零件、耐腐蚀件、耐磨件，如法兰、泵的叶轮、化工设备、管道，以及绝缘件（如电线、电缆绝缘层）。

（3）聚氯乙烯（PVC）。聚氯乙烯燃烧有刺激性气味，燃烧物可成丝，有优良的耐腐蚀性和绝缘性。根据配料中加不加增塑剂，聚氯乙烯可分为硬、软两种聚氯乙烯。前者强度较高，后者强度低，伸长率大，易老化，有毒，不能包装食品。硬聚氯乙烯用于耐腐蚀的化工机械零件，如电槽衬垫、酸碱储存器、废气排污、排毒塔等。软聚氯乙烯常制成薄膜及人造革、电线电缆绝缘层、密封件等。泡沫聚氯乙烯质轻，隔热、隔音，防振，可用于泡沫塑料制品的衬垫。

（4）聚苯乙烯（PS）。聚苯乙烯燃烧有浓烟，无味，密度小，有优良的电绝缘性，无色透明，透明度达88%～92%，透光率仅次于有机玻璃，着色性好，但质脆。聚苯乙烯可制作透明件、光学零件、装饰件和绝缘件，如车辆灯罩、透明窗、眼镜、电视机外壳及构件、电器中的绝缘零件、透明模型等。泡沫聚苯乙烯质轻，隔热、隔音，防振，可用玻璃纤维增强力学性能。泡沫聚苯乙烯用于包装、铸造模样、管道保温及救生等。

（5）丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚（ABS）。丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚塑料是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚，且有三者的优点，即硬、韧、刚。丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚塑料具有良好的耐腐蚀性、耐热性、电绝缘性，耐冲击、尺寸稳定性好。丁二烯的含量越高，冲击强度越大；增加丙烯腈可提高耐腐蚀性；增加苯乙烯可改善成型加工性。丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚塑料常用来制作一般机械零件及减摩性、耐磨性传动件，广泛用于齿轮、轴承、泵叶轮、电机外壳及收音机、电视机、电风扇等外壳。

（6）有机玻璃（PMMA）。有机玻璃是有机材料中透明度最好的材料，与普通无机玻璃相似，它质轻、坚韧、耐老化性优良，缺点是表面硬度低，易划伤、起毛。有机玻璃常用来制作一定强度的透明件，如油标、油杯、标牌、光学镜片、座舱罩、挡风玻璃、教学仪器及仪表部件。

（7）聚酰胺（尼龙PA）。聚酰胺是目前使用最广泛的工程塑料。根据胺和酸中的碳原子数或氨基酸中的碳原子数，分别命名为尼龙PA6、尼龙PA66、尼龙PA610等几十个品种，其中尼龙PA1010是我国独创的产品。

聚酰胺具有突出的耐磨性和自润滑性，良好的坚韧性、耐油性、耐疲劳、电绝缘性。尼龙PA6弹性好，冲击强度高，但吸水性较大；尼龙PA66强度高，耐磨性好；尼龙PA610与尼龙PA66相似，但吸水性、刚性较小；尼龙PA1010半透明，耐寒性较好，可用玻璃纤维增强。聚酰胺广泛用于机械、化工及电气零件，如齿轮、凸轮、导板、轴承、密封圈、输油管、储油器、电池箱和电缆等。

（8）聚四氟乙烯（F－4）。含氟的塑料总称为氟塑料，聚四氟乙烯是其中应用最广泛的一种。它是一种结晶的高聚物，俗称塑料王，具有极佳的耐腐蚀性，能对包括王水在内的几乎所有化学药品耐腐蚀，但受熔融碱金属侵蚀。它具有良好的耐高、低温性能，可在－180～260℃温度范围内长期使用。它还有优越的电绝缘性、小的吸水性、极低的摩擦系数，缺点是不能热注成型，只能采用像粉末冶金那样冷压、烧结的成型方法，价格也较贵。聚四氟乙烯主要应用于耐腐蚀件、减摩件、密封件、绝缘件，如化工管道、泵、高频绝缘体、密封填料及轴承、活塞环等。

（9）聚砜（PSF）。聚砜突出的特点是有优良的耐热性、抗蠕变性及尺寸稳定性好，良好的耐寒性，高的弹性模量、高的强度，还有良好的电镀性。聚砜可制作高强度、耐热、抗蠕变结构件，耐腐蚀零件和绝缘件，如精密齿轮、真空泵叶片、仪表的壳体和罩，以及电子产品的印刷电路板。

2）常用热固性工程塑料

常用的热固性工程塑料有如下几种。

（1）酚醛塑料（PF）。酚醛塑料俗称电木。酚醛塑料具有优良的耐热性、耐磨性、绝缘性、化学稳定性及尺寸稳定性，强度较高，但冲击韧性较低，可制作一般机械零件、绝缘件、耐腐蚀件等，如齿轮、凸轮、轴承、滑轮、电器插头和插座及仪表外壳等。

（2）氨基塑料。氨基塑料具有优良的电绝缘性，良好的耐磨性、耐热性、耐水性，耐电弧性好、着色性好。氨基塑料常用于一般机械零件、绝缘件及装饰件，如插头、插座、电器绝缘板、收音机和电视机外壳等。

（3）有机硅塑料（SI）。有机硅塑料具有优良的电绝缘性，耐高温，可在200℃以下长期使用，吸水性低，水珠在其表面只能滚落而不能润湿，防潮性强，缺点是机械强度低。有机硅塑料可用来制作电子元件、电器元件、耐热件及绝缘件，如配电盘、印刷电路板、转向开关及电机中的绝缘件。

（4）环氧树脂（EP）。环氧树脂强度较高，韧性较好，有优良的电绝缘性、耐腐蚀性、耐热性和耐寒性，以及有良好的工艺性能，缺点是价格较贵和有些毒性。环氧树脂可用来制作塑料模，电子、电器元件及线圈的灌封和固定，可作为胶黏剂（有“万能胶”之称）、涂料及环氧玻璃钢。

四、橡胶

橡胶是在室温下处于高弹性的高分子材料，在较小载荷作用下，变形量可高达100%～1 000%，是常用的弹性材料、密封材料、减振材料。橡胶可分为天然橡胶和人工合成橡胶两种。

1．橡胶的组成

橡胶由生胶和各种配合剂组成。

1）生胶

未添加配合剂的天然橡胶或人工合成橡胶均称为生胶，它决定了橡胶的性能，并起黏接作用。

2）配合剂

为了提高和改善橡胶的各种性能，节约生胶，常需加入如下各种配合剂。

（1）硫化剂。它使橡胶分子交联成网状结构，即硫化过程。硫化剂提高了橡胶制品的弹性、耐磨性、耐腐蚀性和抗老化能力，常用的硫化剂有硫黄、氯化硫、过氧化二苯甲酰等。

（2）硫化促进剂。为缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量常加入催化剂，如PbO、Pb₃O₄、MgO、ZnO等。

（3）活性剂。活性剂是能加速发挥有机促进剂的活性物质，如金属氯化物、有机酸和胺类等。

（4）填充剂。填充剂可提高橡胶的强度、硬度，减少生胶用量及改善工艺性能，如炭黑、氧化硅、滑石粉、硫酸钡、石英等。

（5）防老化剂。为防止橡胶在长期存放或使用时，性能逐渐变坏，常加入苯胺、二苯胺、石蜡、蜂蜡等作为防老化剂。

（6）着色剂。着色剂可使橡胶具有各种颜色，如钛白、铁丹、锑红、镉钡黄、群青等颜色。

为了提高橡胶的塑性、强度、导电性及其他性能，还可加入增塑剂、增强剂、电性能调节剂和发泡剂等。

3）骨架材料

为提高橡胶制品的强度与刚度，提高承载能力和限制变形，常加入各种纤维（包括金属丝）作为骨架材料。

2．胶的性能

胶的性能有如下几点。

（1）高弹性。橡胶的突出特点是在很宽的温度范围内具有高弹性，一般橡胶在－40～80℃，某些特殊橡胶在－100～200℃范围内有高弹性。它的回弹性好，一经受外力就产生很大变形，外力卸除立即恢复原状。

（2）耐磨性、抗撕裂性能好。

（3）良好的隔音、吸振、电绝缘性。

（4）优异的不透水性和不透气性。

（5）除特种合成橡胶外，一般橡胶的耐蚀性较差，易老化。

3．常用橡胶简介

根据应用范围，橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶两种。

1）通用橡胶

（1）天然橡胶。天然橡胶是橡胶树中流出的白色胶乳，经凝固、干燥、加压制成生胶。天然橡胶中90%以上是橡胶成分，它是线型结构的聚异戊二烯，天然橡胶有良好的抗拉强度、弹性、伸长率、耐磨性、耐低温性，以及加工性能好，但耐老化、耐臭氧性、耐油性、耐溶剂性差，不耐高温，通常在－70～100℃范围内使用。天然橡胶广泛用于轮胎、胶带、胶管、胶鞋和电线、电缆等。

（2）丁苯橡胶。丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚而成，是目前合成橡胶中产量最大、应用最广的通用橡胶。丁苯橡胶与天然橡胶相比，有较好的耐磨性、耐老化和耐热性，但加工性、自黏性稍差，成本高，常用来制作汽车的内外胎、胶管、运输带及通用制品。

（3）顺丁橡胶。顺丁橡胶是顺式－聚丁二烯橡胶的简称，其结构与天然橡胶相似，因此性能接近天然橡胶，主要优点是具有目前橡胶中最好的弹性，耐磨性较丁苯橡胶高26%，还有良好的耐寒性、耐老化性，但加工性能差，强度偏低。顺丁橡胶产量仅次于丁苯橡胶，常用来制作轮胎、三角胶带、橡胶弹簧、耐热胶管及耐寒橡胶制品。

（4）氯丁橡胶。氯丁橡胶由氯丁二烯单体聚合而成，具有在通用橡胶中最好的耐燃性（燃烧时放出氯化氢气体阻燃），有良好的耐油性、耐臭氧性、耐氧性、耐溶剂性、耐酸碱性、耐老化等性能。它既可用于通用橡胶，又可用于特种橡胶，但耐寒性、电绝缘性差，成本高。它被广泛用于电线、电缆、输油管道、耐腐蚀性胶管、轮胎及汽车门窗嵌条等。

2）特种橡胶

（1）丁腈橡胶。丁腈橡胶由丙烯腈和丁二烯聚合而成。它最突出的特点是耐油性优良，耐热性、气密性、对酸碱的稳定性均好，耐磨性也较天然橡胶高30%～40%，缺点是耐寒性、耐臭氧性差，加工困难。丁腈橡胶通常作为耐油橡胶使用，可制作输油管、耐油密封垫圈、化工设备衬里、储油箱、O形圈等一般耐油制品。

（2）聚氨酯橡胶。聚氨酯橡胶是由氨基甲酸酯聚合而成的，耐磨性优于其他任何种类橡胶，抗拉强度高，耐油性好，但耐水性、耐酸碱性差，不耐高温，可用来制作轮胎芯、胶辊和其他橡胶耐磨件。

（3）硅橡胶。硅橡胶分子链的主链由硅原子和氧原子组成，柔性好，在低温下仍具较好的弹性。硅橡胶的主要特点是耐热性好，可在较宽温度范围内使用（－70～300℃），还有良好的耐臭氧性及电绝缘性，但强度较低，耐油性差，价格贵。硅橡胶常用于制作各种耐高、低温的橡胶制品，如各种垫圈、密封件、管道系统的接头，各种耐高温电线、电缆绝缘层，以及人工心脏、心血管等。另外，硅橡胶无毒、无味，还可用于食品工业的耐高温制品。

（4）氟橡胶。在大分子链中含有氟原子的弹性体称为氟橡胶，氟橡胶有较多品种。氟橡胶的主要特点是耐腐蚀性优良，在橡胶中耐酸碱性及耐强氧化剂的能力最佳，它还有极好的耐热性，耐大气老化、电绝缘性也好，但加工性差，价格昂贵，耐寒性也差。氟橡胶具有极广泛的用途，是国防和尖端技术的重要材料，常用于制作高级密封件、宇宙飞行橡胶件、高真空橡胶件、耐腐蚀橡胶件及电线、电缆绝缘层等。

五、胶黏剂

将两个工件牢固地胶连在一起的连接方法称胶接。起黏接作用的物质称胶黏剂，也称黏合剂。胶接工艺操作方便，结头光滑，应力分布均匀，强度较高，接头的密封性、绝缘性和耐腐蚀性较好，且各种材料都能胶接，故广泛应用于电子、机械、船舶、航空、宇航、轻工等部门。

1．胶黏剂的分类和组成

1）胶黏剂的分类

胶黏剂可以按成分、用途等多种方法分类，这里仅介绍以胶黏剂的化学成分分类，如图8－11所示。

图8－11　胶黏剂按化学成分（黏料）的类型分类

2）胶黏剂的组成

胶黏剂是以具有黏性和弹性的天然或合成高分子为基料，加入固化剂、填料、增韧剂、稀释剂、防老化剂等添加剂组成的混合物。

（1）基料（黏料）。基料是胶黏剂的骨架，使胶黏剂具有黏附的性能。基料由数种高分子化合物混合而成，常用的有天然橡胶、合成橡胶、合成树脂等。

基料应有良好的黏附性、湿润性，有一定的强度、韧性、耐热性、抗老化性，且不会对胶接件产生腐蚀。

（2）固化剂。固化剂又称硬化剂或熟化剂，能使线型分子转变成网型或体型结构，从而使胶黏剂固化，使胶膜产生一定的硬度和韧性。不同的胶黏剂有不同的固化剂，如环氧树脂常用胺类、咪唑类、酸酐类等固化剂。

（3）填料。填料用以增加胶黏剂的弹性模量、冲击韧性、耐磨性、胶接强度、热导率、黏度、介电性能，降低线膨胀系数，减少固化收缩率，同时降低了胶黏剂的成本。

（4）增韧剂。增韧剂又称增塑剂，可提高冲击韧性和改善胶黏剂的流动性、耐寒性、耐振性等，但会使胶黏剂的强度、弹性模量、耐热性下降。

（5）稀释剂。稀释剂主要是为了降低胶黏剂的黏度，提高胶液的浸润性和流动性，便于操作、灌注和喷涂，同时也延长了胶黏剂的使用寿命。

（6）改性剂。为改善某一性能，满足特殊需要，可加入改性剂。例如，加入增黏剂（偶联剂）可提高黏接强度；加入着色剂，使胶黏剂具有各种颜色。

此外，为改善和提高胶黏剂的性能，还可加入抗紫外线老化剂、抗腐蚀剂、稳定剂、促进剂、触变剂等。

2．常用的几种胶黏剂

1）环氧树脂胶黏剂

环氧树脂胶黏剂是以环氧树脂为基料的胶黏剂，因对金属、非金属等多种材料具有良好的黏附性，俗称“万能胶”。这类胶黏剂的内聚力大，黏合时不需加压，低收缩率，低蠕变性，对潮气不敏感，加特殊固化剂后可室温固化，使用温度范围广，但有一定的毒性，使用期短，价格偏高。

2）酚醛改性胶黏剂

纯酚醛树脂主要用于胶接木材、泡沫塑料等材料，改性后的酚醛可胶接金属材料。常见酚醛改性胶黏剂有以下几类。

（1）酚醛－丁腈胶黏剂。酚醛－丁腈胶黏剂结合了酚醛与橡胶的优点，具有良好的热稳定性和高弹性，高的柔韧性、耐热性，黏合力强。

（2）酚醛－缩醛胶黏剂。热塑性的聚乙烯醇缩醛树脂改变了酚醛的脆性。这种胶黏剂具有良好的性能，机械强度高，柔性好，耐寒性、耐大气性好，它是目前最通用的飞机结构胶黏剂之一。

（3）酚醛－缩醛－有机硅胶黏剂。酚醛－缩醛－有机硅胶黏剂具有高的耐热性，在－60～300℃范围内有较好的胶接强度，能在200℃下长期工作（200h），300℃下短期工作（5h）。

3）聚氨酯胶黏剂

聚氨酯胶黏剂具有耐水性、耐油性、耐溶剂性、耐臭氧性、耐菌性等特点，在低温下有优良的胶接强度，应用范围广，对各种金属和非金属都有较好的黏附性。

4）丙烯酸酯胶黏剂

丙烯酸酯胶黏剂种类很多，主要有以下两种。

（1）α－氰基丙烯酸酯胶黏剂——快干胶。这类胶一般半分钟至几分钟可黏牢，再保持24～48h，就可完全固化，但储存期短，易变质。

（2）丙烯酸酯胶黏剂——厌氧胶。这类胶在空气（氧气）中不能固化，一旦隔绝空气，便会快速聚合成不溶及有良好胶接性能的固态胶层，因而称厌氧胶，也称嫌气性胶黏剂。

3．胶接工艺简介

胶接工艺过程大致有以下几个工序（见图8－12）。

图8－12　胶接工艺过程

1）胶黏剂的选用

根据不同的被胶物，不同的使用条件（如温度、强度、环境等），应选用合适的胶黏剂。

2）胶液的检定或配制

一般对使用期较长的胶，使用前要检定其工艺性能；而对使用期较短的胶，常以半成品供应，使用前要配制并均匀混合。

3）确定胶接接头的形式

（1）尽量使剥离力和弯曲力转化为剪切力和正应力。

（2）尽可能增大胶接面积。

（3）胶接层压材料时，要防止层间脱离。