橡胶化学与物理导论

第1章 橡胶名称、特性和分类1

1.1 从天然橡胶到合成橡胶1

1.2 橡胶及其相关术语的涵义2

1.2.1 橡胶与弹性体2

1.2.2 橡胶相关术语的涵义4

1.3 橡胶的分类7

参考文献8

第2章 橡胶合成反应9

2.1 合成橡胶与聚合反应的历史渊缘9

2.1.1 阴离子聚合与共轭二烯烃橡胶9

2.1.2 异丁烯阳离子共聚与丁基橡胶10

2.1.3 自由基乳液共聚与乳聚丁苯橡胶11

2.1.4 配位聚合与立构规整橡胶13

2.2 橡胶分子界定参数15

2.3 聚合反应及其在合成橡胶中的应用16

2.3.1 自由基聚合16

2.3.2 阴离子聚合34

2.3.3 阳离子聚合50

2.3.4 配位聚合57

2.3.5 共聚合反应72

2.3.6 开环聚合82

2.3.7 聚加成反应与聚氨酯弹性体91

参考文献97

第3章 橡胶合成方法及其技术进步101

3.1 本体聚合103

3.1.1 典型的本体聚合及其优缺点103

3.1.2 最早用以合成橡胶的本体聚合103

3.1.3 本体聚合法合成橡胶的技术进步104

3.2 悬浮聚合111

3.2.1 悬浮聚合体系112

3.2.2 自由基悬浮聚合成粒机理112

3.2.3 用以合成橡胶的悬浮聚合实例112

3.3 乳液聚合113

3.3.1 乳化剂及其作用113

3.3.2 乳液聚合机理及动力学115

3.3.3 乳液聚合法合成橡胶实例及分析119

3.3.4 乳液聚合新技术120

3.4 溶液聚合127

3.4.1 溶液聚合中溶剂的性质和作用127

3.4.2 溶液聚合法合成橡胶工艺实例129

3.4.3 溶液聚合法合成橡胶的技术进步129

参考文献132

第4章 橡胶的交联和改性134

4.1 橡胶的（硫化）交联反应134

4.1.1 化学交联与物理交联134

4.1.2 二烯烃类橡胶的（硫化）交联135

4.1.3 饱和橡胶的（硫化）交联145

4.1.4 交联网络结构对硫化胶性能的影响146

4.1.5 互穿聚合物网络147

4.2 橡胶的化学改性147

4.2.1 活性链端改性148

4.2.2 异戊橡胶与特定试剂反应改性150

4.2.3 加氢改性151

4.2.4 卤化改性153

4.2.5 磺化改性161

4.2.6 环氧化改性163

4.2.7 单体在橡胶基体中聚合改性164

4.3 合成橡胶的配合和共混改性164

4.3.1 配合改性164

4.3.2 共混改性169

参考文献185

第5章 橡胶加工、硫化技术及其与橡胶结构性能的相关性189

5.1 生胶的流变特性及其与辊筒行为之间的关系189

5.1.1 冷流和切变189

5.1.2 生胶的切变性能与包辊行为191

5.1.3 胶料的切变行为与挤出膨胀、破裂192

5.2 生胶加工工序和加工工艺195

5.2.1 塑炼195

5.2.2 混炼196

5.2.3 挤出198

5.2.4 压延200

5.2.5 注射成型硫化202

5.3 混炼胶的硫化交联203

5.3.1 硫化体系种类及其选择203

5.3.2 硫化历程和硫化工艺206

5.3.3 硫化方法和设备208

5.3.4 硫化技术新进展209

5.4 混炼配方和配方设计210

5.4.1 橡胶配合剂体系210

5.4.2 配方设计211

5.5 橡胶结构及其分子运动特征212

5.5.1 分子链结构与分子链柔性212

5.5.2 聚集态结构216

5.5.3 交联结构220

5.6 硫化胶物性与分子结构的关系220

5.6.1 硫化胶的主要物理性能220

5.6.2 硫化胶在恒定外力作用下的力学性能及其与分子结构的关系221

5.6.3 硫化胶在周期性外力作用下的动态力学性能及其与分子结构的关系223

5.6.4 滞后损耗（内耗）与胎面胶的抗湿滑性能、滚动阻力、阻尼性能之间的关系228

5.6.5 磨耗性能与橡胶分子结构的关系229

5.6.6 动态力学性能的测试方法［2,25］230

5.7 橡胶、橡皮耐热、耐热氧化性能与分子结构的关系232

5.7.1 耐热性和热降解232

5.7.2 热氧化降解232

5.7.3 臭氧老化（或称臭氧龟裂）236

参考文献237

第6章 橡胶弹性理论及其拉伸结晶238

6.1 橡胶的形态和受力变形特征238

6.2 橡胶（交联）网络形变的热力学分析238

6.2.1 拉伸形变过程中的构象熵238

6.2.2 拉伸形变热效应240

6.3 单个分子链的弹性理论241

6.3.1 高分子链的构象241

6.3.2 橡胶分子链的构象统计244

6.3.3 分子链柔性的表征249

6.4 橡胶（交联）网络的弹性理论250

6.4.1 橡皮形变类型及描述应力应变行为的基本物理量250

6.4.2 网络结构及其弹性形变252

6.4.3 网络形变的状态方程254

6.4.4 天然橡胶硫化胶的高度拉伸形变257

6.5 橡胶的拉伸结晶260

6.5.1 天然橡胶的拉伸结晶260

6.5.2 合成橡胶的拉伸结晶264

6.5.3 橡皮拉伸结晶研究现状分析271

参考文献272

本教材是北京市教育委员会精品教材。全书是按橡胶化学与物理学科体系，以结构性能相关性为主线，遵循因果关系分析思路，全面系统地论述了橡胶合成反应和橡胶物理，以及橡胶合成反应与橡胶品种，聚合方法与生产效率和生产质量、改性反应与胶种特性、生胶加工硫化技术与制品强伸物性之间的内在相关性。另外，还单辟一章介绍了橡胶弹性理论及其拉伸结晶。
　　本书共分为六章，第1章是以橡胶名称、特性和分类为题，重点是介绍橡胶及其相关术语的含义等基本概念，以期逐步澄清橡胶行业一直存在的多词共存混用的局面；第2章是以橡胶分子界定参数为准绳，全面系统地论述各类聚合反应及其在合成橡胶中的具体应用；第3章是与橡胶合成反应密切相连、并将其付诸实施的生产技术陈述、对比分析和相关技术演进；第4章是生胶的交联和改性，较详细地介绍了各类橡胶的交联反应历程，进而从化学改性、配合改性和共混改性三方面论述了橡胶改性的理论依据和改性实效；第5章橡胶加工硫化技术及其与橡胶物性之间的相关性，主要是论述生胶的流变特性及其与辊筒行为之间的关系、生胶加工工序和加工工艺、混炼胶的硫化，继而把硫化胶物性与橡胶结构和分子运动关联起来，以较大的篇幅详细地论述硫化胶在恒定外力和交变应力作用下的静、动态力学性能及其与分子结构的关系；第6章则首先对橡胶网络进行热力学分析，以揭示硫化胶呈现高弹性的内因和限度，随后系统地阐述了单个分子链和交联网链的弹性理论及橡胶拉伸结晶行为的研究历史和现状。
　　本教材可作为高等院校合成材料专业高年级本科生和研究生教材或教学参考书；也可供橡胶行业的从业人员（橡胶材料合成、制造和加工应用行业的科技人员乃至销售人员）参考使用。