橡胶科学与技术

由于弹性体材料具有独一无二的高弹性，其在国民经济中有着极其广泛的应用，特别是在交通运输、密封减振、运动器材、国防军工等领域。弹性体制品承载着现代社会和工业的运转，伴随着人们日常生活的方方面面，是继石油、铁矿和有色金属之后的第四大战略资源。本书共分为15章，包含橡胶弹性的基础概念和基本行为、聚合：弹性体合成、新科学技术对弹性体结构的表征、橡胶弹性的分子基础、橡胶的黏弹性行为与混合物的动力学行为、未硫化橡胶的流变行为及加工、硫化、微小粒子填充物增强弹性体、橡胶复合科学、弹性体强度、聚合物的化学改性、弹性体合金、热塑性弹性体、轮胎工程以及橡胶回收利用等。涉及橡胶材料基础理论、合成、表征、加工、改性、增强以及回收等诸多领域，本译著具有一脉相承的学科体系，对我国弹性体材料科学的发展具有参考价值和指导意义。

北京石油化工学院特种弹性体复合材料北京市重点实验室的相关老师和研究生参与了本译著的翻译和校对工作、张经瀚博士、张民副教授等付出了辛劳，在此表示感谢。由于译者水平有限，书中难免有不妥之处，望读者批评指正。

译者

2018年10月

第1章 橡胶弹性的基础概念和基本行为  001

1.1　绪论　/001

1.2　单一分子的弹性　/001

1.3　高分子三维网络的弹性　/004

1.4　与实验的比较　/007

1.5　橡胶弹性的连续体理论　/008

1.5.1　应力-应变关系　/009

1.6　二阶应力　/014

1.7　小变形下的弹性行为　/015

1.8　橡胶弹性中未解决的问题　/017

致谢　/017

参考文献　/018

第2章 聚合：弹性体合成021

2.1　引言　/021

2.2　聚合反应类型及动力学依据　/021

2.2.1　逐步加聚和逐步缩聚　/022

2.2.2　链式聚合　/023

2.3　加聚和缩聚　/024

2.4　自由基链式反应　/025

2.4.1　一般动力学过程　/025

2.4.2　分子量分布　/028

2.4.3　二烯烃聚合的特殊性质　/029

2.4.4　可控自由基聚合　/029

2.5　乳液聚合　/032

2.5.1　机理与动力学特征　/032

2.5.2　丁苯橡胶　/035

2.5.3　氯丁二烯乳液聚合　/037

2.6　共聚合　/039

2.6.1　动力学特征　/039

2.6.2　二烯烃的乳液共聚　/041

2.7　链式聚合中的阳离子聚合　/043

2.7.1　机理和动力学　/043

2.7.2　丁基橡胶　/046

2.7.3　活性阳离子聚合　/046

2.7.4　其他阳离子聚合：杂环单体　/047

2.8　阴离子链式聚合　/048

2.8.1　机理与动力学　/048

2.8.2　聚二烯烃链的微观结构　/052

2.8.3　丁二烯的共聚物　/054

2.8.4　末端官能化的聚二烯烃　/055

2.9　配位聚合制备立构规整的均聚物与共聚物　/055

2.9.1　机理与动力学　/055

2.9.2　乙丙橡胶　/057

2.9.3　聚二烯烃　/059

2.9.4　聚烯烃　/060

2.10　接枝共聚和嵌段共聚　/062

2.10.1　传统自由基反应的接枝共聚　/062

2.10.2　可控自由基聚合制备嵌段共聚物　/064

2.10.3　活性阴离子聚合制备嵌段共聚物　/065

2.10.4　阳离子聚合制备嵌段共聚物　/067

2.10.5　Ziegler-Natta（插入）聚合制备嵌段共聚物　/068

参考文献　/069

第3章 新科学技术对弹性体结构的表征089

3.1　前言　/089

3.2　化学组成　/089

3.3　重复单元的序列结构　/091

3.4　链结构　/094

3.4.1　分子量和分子量分布　/094

3.4.2　支化　/103

3.4.3　凝胶　/106

3.5　玻璃化转变和二次松弛过程　/107

3.6　形态学　/111

3.6.1　取向　/111

3.6.2　混合　/114

3.6.3　结晶度　/118

3.6.4　缺陷　/120

致谢　/121

参考文献　/121

第4章 橡胶弹性的分子基础133

4.1　前言　/133

4.2　典型的网状结构　/134

4.3　基本分子理论　/135

4.3.1　单链的弹性　/135

4.3.2　网链的弹性自由能　/137

4.3.3　减少的应力和弹性模量　/138

4.4　更高级的分子理论　/140

4.4.1　约束连接模型　/140

4.4.2　缠结模型　/142

4.4.3　缠结对模量的贡献　/143

4.5　现象学理论与分子结构　/144

4.6　网络和响应性凝胶的溶胀　/144

4.7　熵和焓对橡胶弹性的影响：力-温度的关系　/146

4.8　分子尺寸的直接测定　/147

4.9　单分子弹性　/148

4.9.1　高斯与非高斯效应　/148

参考文献　/149

第5章 橡胶的黏弹性行为与混合物的动力学行为153

5.1　简介　/153

5.2　标准定量J(T)、G(T)、G*(ω)和 L(lgλ)、H(lgτ)的定义　/157

5.2.1　蠕变和恢复　/157

5.2.2　应力松弛　/158

5.2.3　动态力学测试　/158

5.3　玻璃化转变温度　/160

5.4　Tg以上的黏弹性行为　/161

5.4.1　时间和频率依赖的等温测试　/161

5.4.2　温度依赖性　/162

5.4.3　平衡柔量Je　/163

5.5　其他模型弹性体的黏弹性行为　/164

5.5.1　氟化氢弹性体　/164

5.5.2　氨基甲酸乙酯交联的聚丁二烯弹性体　/168

5.5.3　不同弹性体的比较　/170

5.5.4　其他黏弹性测试方法　/171

5.6　黏弹性机制和异常现象的理论解释　/171

5.6.1　低分子量聚合物的热流变简易性的分类　/171

5.6.2　弹性体的热流变简易性　/176

5.6.3　带有交联密度的链段松弛时间和JG松弛时间的变化　/177

5.6.4　连接动力学　/177

5.7　高度非对称的聚合共混物的组成动力学　/180

5.7.1　在高度非对称的聚合共混物中分子间耦合的链段松弛和链间的耦合动力学　/180

5.7.2　聚合物共混物的异常组分动力学　/182

5.7.3　性质的解释　/201

5.7.4　总结　/215

参考文献　/216

第6章 未硫化橡胶的流变行为及加工223

6.1　流变学　/223

6.1.1　前言　/223

6.1.2　基本概念　/224

6.2　线性黏弹性　/226

6.2.1　材料常数　/226

6.2.2　玻尔兹曼叠加原理　/230

6.2.3　时间温度等效性　/232

6.2.4　分子量依赖关系　/237

6.2.5　应力双折射　/239

6.3　非线性黏弹性理论　/241

6.3.1　剪切变稀流动　/241

6.3.2　填料颗粒　/244

6.3.3　共混物　/247

6.4　工程分析　/249

6.4.1　无量纲量　/249

6.4.2　实验原理　/250

6.5　实际处理注意事项　/253

6.5.1　混合　/253

6.5.2　挤出膨胀　/254

6.5.3　黏性　/255

致谢　/256

参考文献　/257

第7章 硫化265

7.1　介绍　/265

7.2　概述　/265

7.3　硫化剂对硫化的影响　/266

7.4　硫化过程的表征　/267

7.5　无加速硫黄硫化　/269

7.6　加速硫黄硫化　/271

7.6.1　硫黄硫化与促进剂之间的化学反应　/275

7.6.2　延迟加速硫化　/277

7.6.3　锌在苯并噻唑作为硫化促进剂时所起的作用　/278

7.6.4　实现特殊硫化性质　/280

7.6.5　镀铜钢对附着力的影响　/280

7.6.6　硫化胶性能的影响　/281

7.6.7　各种不饱和橡胶在硫促进剂下的硫化反应　/284

7.6.8　可选择的硫促进剂体系的配方　/285

7.7　酚类硫化剂、苯醌衍生物或双马来酰亚胺硫化　/285

7.8　金属氧化物的作用　/289

7.9　有机过氧化物作用下的硫化反应　/291

7.9.1　不饱和烃的过氧化物硫化　/291

7.9.2　饱和烃类弹性体的过氧化物硫化反应　/292

7.9.3　硅橡胶的过氧化物硫化反应　/294

7.9.4　聚氨酯弹性体的过氧化物硫化反应　/294

7.9.5　过氧化物硫化反应配方　/294

7.10　动态硫化　/295

7.10.1　三元乙丙橡胶与聚烯烃的混合物　/296

7.10.2　丁腈橡胶与尼龙混合物　/296

7.10.3　其他动态硫化制备的弹性复合材料　/296

7.10.4　技术应用　/296

7.10.5　超高性能热塑性硫化橡胶　/297

参考文献　/297

第8章 微小粒子填充物增强弹性体301

8.1　简介　/301

8.2　填充剂的制备　/301

8.2.1　非补强填充剂　/301

8.2.2　补强型填充剂　/302

8.3　填料的形态和理化特性　/303

8.3.1　填料形态特性　/303

8.3.2　分散性　/307

8.3.3　填料的物理化学性质　/307

8.4　弹性体的纳米复合材料和填料的混合　/311

8.4.1　分散性、填料粒径大小和距离　/311

8.4.2　填料与弹性体之间的相互作用　/312

8.5　橡胶填充后的力学性能　/315

8.5.1　胚体的力学性能　/315

8.5.2　硫化弹性体的力学性能　/316

8.5.3　应用　/321

参考文献　/322

第9章 橡胶复合科学329

9.1　介绍　/329

9.2　聚合物　/329

9.2.1　天然橡胶　/330

9.2.2　合成弹性体　/331

9.3　填充物体系　/339

9.3.1　炭黑性能　/340

9.3.2　二氧化硅与硅酸盐　/343

9.3.3　硅烷偶联剂化学　/345

9.3.4　其他填充系统　/347

9.4　稳定剂体系　/347

9.4.1　橡胶的降解　/347

9.4.2　抗降解剂的使用　/349

9.4.3　抗降解剂的类型　/349

9.5　硫化体系　/351

9.5.1　活化剂　/351

9.5.2　硫化剂　/354

9.5.3　促进剂　/355

9.5.4　缓凝剂和抗逆剂　/356

9.6　特殊的配料成分　/357

9.6.1　加工油　/357

9.6.2　增塑剂　/359

9.6.3　化学塑解剂　/359

9.6.4　树脂　/359

9.6.5　短纤维　/360

9.7　复合型开发　/360

9.8　复合制剂　/362

9.9　配料的环境要求　/363

9.10　总结　/364

参考文献　/365

第10章 弹性体强度367

10.1　简介　/367

10.2　裂缝的引发　/367

10.2.1　缺陷与应力集中　/367

10.2.2　应力和断裂能量准则　/369

10.2.3　样品的拉伸　/370

10.2.4　试验片的撕裂　/371

10.3　临界强度和延伸性　/372

10.4　裂纹的扩展　/375

10.4.1　概述　/375

10.4.2　黏弹性体　/375

10.4.3　应变结晶弹性体　/377

10.4.4　填料的强化　/378

10.4.5