一、天然橡膠的性能
①天然橡膠的化學(xué)性質(zhì) 天然橡膠是不飽和的橡膠,每一個(gè)鏈節(jié)都含有一個(gè)雙鍵。能夠進(jìn)行加成反應(yīng)。此外,因雙鍵和甲基取代基的影響,使雙鍵附近的α-次甲基上的氫原子變得活潑,易發(fā)生取代反應(yīng)。由于天然橡膠上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),所以容易與硫化劑發(fā)生硫化反應(yīng)(結(jié)構(gòu)化反應(yīng)),與氧、臭氧發(fā)生氧化、裂解反應(yīng),與鹵素發(fā)生氯化、溴化反應(yīng),在催化劑和酸作用下發(fā)生環(huán)化反應(yīng)等。
但由于天然橡膠是高分子化合物,所以它具有烯類有機(jī)化合物的反應(yīng)特性,如反應(yīng)速度慢,反應(yīng)不完全、不均勻,同時(shí)具有多種化學(xué)反應(yīng)并存的現(xiàn)象,如氧化裂解反應(yīng)和結(jié)構(gòu)化反應(yīng)等。
在天然橡膠的各類化學(xué)反應(yīng)中,最重要的是氧化裂解反應(yīng)和結(jié)構(gòu)化反應(yīng)。前者是生膠進(jìn)行塑煉加工的理論基礎(chǔ),也是橡膠老化的原因所在;后者則是生膠進(jìn)行硫化加工制得硫化膠得理論依據(jù)。而天然橡膠的氯化、環(huán)化、氫化等反應(yīng),則可應(yīng)用于天然橡膠得改性方面。
②天然橡膠具有綜合好的物理機(jī)械性能 天然橡膠在常溫下具有很好的彈性。這是由于天然橡膠分子鏈在常溫下呈無定形狀態(tài),分子鏈柔性好的緣故。密度為0.913g/cm3其彈性模量為2~4MPa,約為鋼鐵的三萬分之一,而伸長(zhǎng)率為鋼鐵的300倍,最大可達(dá)1000%。在0~100℃范圍內(nèi),天然橡膠的回彈率可以達(dá)到50%~85%以上。
③熱性能 天然橡膠常溫為高彈性體,玻璃化溫度為-72℃受熱后緩慢軟化,在130~140℃開始流動(dòng), 200℃左右開始分解溫度, 270℃劇烈分解。
天然橡膠具有很高的機(jī)械強(qiáng)度 分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性好,外力作用下可以發(fā)生結(jié)晶,為結(jié)晶橡膠,具有自補(bǔ)強(qiáng)性。純膠硫化膠的拉伸性能僅次于聚氨酯橡膠可以達(dá)到17~25MPa,經(jīng)過炭黑補(bǔ)強(qiáng)后可達(dá)25~35MPa,300%定伸應(yīng)力可以達(dá)到6~10MPa,500%定伸應(yīng)力為12MPa以上,撕裂強(qiáng)度可以達(dá)到95KN/m,在高溫(93℃)下強(qiáng)度損失為35%左右。
④其他性能 天然橡膠還具有很好的耐屈撓疲勞性能,純膠硫化膠屈撓20萬次以上才出現(xiàn)裂口。原因是滯后損失小,多次變形生熱低。耐磨性、耐寒性較好,具有良好的氣密性,滲透系數(shù)為2.969×10-12H2(s.Pa)-1,同時(shí)具有良好的防水性、電絕緣性和絕熱性。
⑤耐介質(zhì)性性能 介質(zhì)是指油類、液態(tài)的化學(xué)物質(zhì)等。若橡膠于介質(zhì)之間沒有化學(xué)反應(yīng)、又不相溶,則橡膠就耐這種介質(zhì)。天然橡膠為非極性物質(zhì),易溶于非極性溶劑和非極性油,因此天然橡膠不耐環(huán)己烷、汽油、苯等介質(zhì),不溶于極性的丙酮、乙醇等,不溶于水,耐10%的氫氟酸,20%的鹽酸,30%的硫酸,50%的氫氧化鈉等。不耐濃強(qiáng)酸和氧化性強(qiáng)的高錳酸鉀、重鉻酸鉀等。
⑥天然橡膠的電性能 天然橡膠是非極性物質(zhì),是一種較好的絕緣材料。絕緣體的體積電阻率在1010~1020Ω.cm范圍內(nèi),天然橡膠生膠一般為1015Ω.cm,而純化天然橡膠1017Ω.cm。天然橡膠硫化后,因又引進(jìn)極性因素,絕緣性下降。
⑦最好的綜合加工性能 天然橡膠由于相對(duì)分子質(zhì)量高、相對(duì)分子質(zhì)量分布寬,分子中α-甲基活性大,分子鏈易于斷裂,再加上生膠中存在一定數(shù)量的凝膠成分,因此很容易進(jìn)行塑煉、混煉、壓延、壓出、成型等,并且硫化時(shí)流動(dòng)性好容易充模。
二、天然橡膠的應(yīng)用
天然橡膠主要應(yīng)用于輪胎,特別是子午線輪胎、管帶和膠鞋等各類橡膠制品。各種不要求耐油、耐熱等特殊要求的橡膠制品都可以使用,它的應(yīng)用范圍十分廣泛。特別對(duì)于加工性能滿足不了要求的合成橡膠,往往采用與天然橡膠并用的辦法改善加工性能。
三、天然橡膠的大分子鏈結(jié)構(gòu)
現(xiàn)代科學(xué)研究結(jié)果已經(jīng)證明,普通的天然橡膠至少有97%以上是異戊二烯的順式-1,4加成結(jié)構(gòu)(含少量的異戊二烯的3,4-加成結(jié)構(gòu)),其分子結(jié)構(gòu)式為
天然橡膠和其他高分子化合物一樣,具有多分散性,即分子鏈有長(zhǎng)有短,相對(duì)分子質(zhì)量有大有小。其平均相對(duì)分子質(zhì)量約為70萬左右,相當(dāng)于平均聚合度n在1萬左右。相對(duì)分子質(zhì)量分布范圍是較寬的,據(jù)國外文獻(xiàn)資料報(bào)道相對(duì)分子質(zhì)量絕大多數(shù)是在3~1000萬之間,相對(duì)分子質(zhì)量分布指數(shù)HI在2.8~10之間。