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眾所周知，橡膠密封制品是以橡膠為基本材質，通過加入各種助劑而制造不同種類，不同品種的密封制品。廣泛應用于防止流體介質從機械、儀表、在靜態(tài)和動態(tài)而產(chǎn)生的泄漏，并能防止雜物及氣體進入密封機構內部的部件。橡膠密封制品使用的橡膠原材料與其原橡膠制品如：輪胎、管帶、膠鞋在性能要求上略有不同。筆者積從事橡膠行業(yè)近五十年經(jīng)驗分析，按材料學觀點，橡膠密封制品用的原材料的特殊性在于它除了要滿足制品結構的特性如使用它的彈性，強度等力學性能外，還要滿足制品功能性的特性，如使用它的聲、光、電磁、熱等性能。同時橡膠密封制品所涉及的橡膠品種及其原材料是橡膠行業(yè)中使用最多的專業(yè)，所涉及的材料學科、精密程度和方法、標準也是最廣的。所以說，橡膠密封制品不是一般易損零件，而是基礎元件。小小兩個氟膠密封圈的失靈，導致美國‘挑戰(zhàn)者’號航天飛機機毀人亡。生產(chǎn)橡膠密封制品隨著科技發(fā)展、環(huán)保要求以及衛(wèi)生要求，國際上有關機構已經(jīng)制定了很多規(guī)范認證如NSF、ROHS、PAHS、UL、FDA、WRAS、TZW等，對于微量重金屬含量，要求非常嚴格，甚至不大于0.1PPM，要滿足這些質量認證，就必須在生產(chǎn)加工中嚴格執(zhí)行相關規(guī)范和標準。而原材料則是第一關，沒有達到專業(yè)標準的原材料，是做不出好產(chǎn)品的，橡膠密封制品更是如此，為了使麥豐員工更好地了解制造橡膠密封制品所用的原材料，從本期開始繼續(xù)介紹橡膠密封制品用原材料的主要品種、性能、標準和配合。
一、 天然橡膠
某些天然生長的植物具有乳管系統(tǒng)，乳管中含有液狀的橡膠乳汁，這種乳汁常稱為膠乳，經(jīng)人工采集和適當加工后即成為橡膠。來源于一些天然含膠植物的橡膠稱為天然橡膠。含有膠乳的植物品種較多，但現(xiàn)代橡膠工業(yè)使用的天然橡膠，基巨本上都是由栽培的三葉橡膠樹（因原產(chǎn)巴西，故也常稱為巴西橡膠樹）屬大戟科采集而得。天然橡膠是最早使用的橡膠品種，現(xiàn)今已經(jīng)有許多合成橡膠品種，產(chǎn)量早已超過了天然橡膠，且各具特色，就某此性質而言，它們大大優(yōu)越于天然橡膠，但是從通用橡膠所要求的全面性能來看，天然橡膠仍為最好的通用橡膠，至今仍有廣泛的用途，占有重要的地位。世界種植橡膠國家為43個，其中，印尼、泰國、馬來西亞、印度種植面積占77%，我國除云南、福建、廣西、和廣東高州地區(qū)種植外，主要集中在海南島80多個農場。據(jù)2005年統(tǒng)計，我國橡膠種植面積為63萬公頃，泰國約200萬公頃，馬來西亞約100萬公頃。
天然橡膠最突出的特性是具有很好的彈性和強度，且耐寒性亦較優(yōu)，其主要缺點是不耐油，耐熱性也較低。在密封制品工業(yè)中天然橡膠一般是用于制造各種墊片、墊圈及減震零件等。
（一）天然橡膠的來源及性質
天然橡膠來源于含膠植物，主要為人工栽培的三葉橡膠樹。割膠時用刀子在離地面三、四尺高的樹干上按一定傾斜角度割破樹皮，斷其乳管，膠乳即從割口排出。膠乳通常呈白色似牛奶狀，但也有帶淡黃、灰色或玫瑰紅色的。膠乳乃是橡膠的保護性水分散體，即以乳清為分散介質，乳膠粒子為分散質的分散體。分散質及分散介質均非單一物質，如乳清即由水、蛋白質、脂肪酸鹽、醣類及無機鹽等到所組成。乳膠粒子大部分都呈球形，有些則呈長瓜形或梨形。應用電子顯微鏡觀察的結果證明非球形粒子是由大小不等的球形粒子了聚集而成。乳膠粒子的結構大致可以分為三層，外層是保護層，系由蛋白質、卵磷酯、脂肪酸及其它表面活性物質所組成，它們使膠乳分散體系穩(wěn)定，中層是不溶于乙醚的凝膠體，是一層比較硬的彈性橡膠，內層則是能溶于乙醚的凝膠體。由中層至內層是逐漸變化的，其組成相同，均為異戊二烯的聚合物，只是溶膠體的分子量較低。膠乳的濃度因樹齡、割膠部位、割膠季節(jié)等不同而異，一般固體的總量為25~35%左右，橡膠含量為固體總含量的80%以上。膠乳的產(chǎn)量因樹種、地域、氣候、割膠方法差異 大，平均每棵樹年產(chǎn)干膠為2~6KG，筆者在海南島管理設計組建，東江農場等多間加工廠。橡膠樹品種一般為600號、107號、73-397等高產(chǎn)樹種。
工業(yè)中所用的固體生膠其主要品種為煙片膠和皺片膠。煙片膠或稱煙膠片，又簡稱煙片，是以鮮膠乳作原料，經(jīng)過濾除去雜質后，放入凝聚槽中，加水稀釋至濃度為10~15%，再加入醋酸或甲酸等進行凝聚，凝塊經(jīng)洗滌，擠壓去水，壓片、熏煙干燥等過程而制得。壓片時可將其置于帶有槽形花紋的輥筒上，壓成一定厚度（如3.0~3.5毫米）并帶有特種花紋的膠片。槽形花紋可以增大膠片的表面，促使橡膠更快干燥，同時還可以防止膠片在以后的加工過程中發(fā)生粘連。在熏煙的過程中，膠片在干燥的同時吸收熏煙中的酚類及其它組分。膠片所吸收的熏煙組分起著防止橡膠氧化和抵抗發(fā)酵的防老劑和防腐劑的作用。煙片膠觀呈棕黃色并具有熏煙的氣味。制成的煙膠片經(jīng)包裝成膠包即為成品。
皺片膠是膠乳經(jīng)過過濾和加入亞硫酸鈉作漂白劑與防腐劑后，用酸凝聚再經(jīng)洗滌、軋片和空氣干燥等工序而制得，一般在35℃的熱空氣中需干燥5~6天。根據(jù)原料、外觀顏色和雜質含量等分為白皺和褐皺片。白皺片采用鮮膠乳作原料，這種膠片雜質較多，質量較低。國產(chǎn)煙片膠和皺片膠，根據(jù)橡膠的外觀標準、化學成分及物理機械性能，將煙片分為六個等級，即一級、二級、三級、四級、五級和等外級；皺片膠共分七級，即白皺片分為特一級、一級、二級、三級、褐皺片分為一級、二級、三級。國際橡膠 分級法主要是根據(jù)外觀進行分級，將天然橡膠劃分為八個品種35個等級，是一種老分級法，難以表明橡膠的實際質量。因此，我國對進口的天然橡膠還進行化學成分和物理性能的補充檢驗，指標與國產(chǎn)天然橡膠相同。馬來西亞提出了‘馬來西亞標準橡膠’分級法，簡稱為SMR分級法，即以有關的工藝性能為標準進行分級，即以有關的工藝性能為標準進行分級，以雜質含量為主要指標，抗氧指數(shù)為次要指標，同時考慮到蛋白質含量、灰分和顏色等作為保證指標。該方案受到了各產(chǎn)膠國的廣泛支持及消費者的歡迎，這種分級法具有級數(shù)少而同一等級橡膠質量又較一致等顯著的優(yōu)點。
為了使天然橡膠具備某些專門的性能以及進一步改善加工性能，出現(xiàn)了一些專用天然品種，現(xiàn)簡介如下。
恒粘（CV）和低粘（LV）橡膠：
在膠乳凝聚前加入少量的抑制劑，如加入0.15~4%的鹽酸羥胺，羥胺與天然橡膠分子中的醛基起反應生成肟，從而避免了醛基的縮合作用，防止了因橡膠分子間的交聯(lián)等原因而使天然橡膠在運輸?shù)拇娣牌陂g門尼粘度增高的現(xiàn)象。此種保持門尼粘度穩(wěn)定的橡膠稱為恒粘度天然橡膠。如在膠乳中加入鹽酸羥胺后，再加入占干膠重4%的惰性塑化油（環(huán)烷油）使門尼粘度進一步下降，保持在50±5范圍即為低粘度天然橡膠。
如往膠乳或自然凝聚膠中加入少量的塑解劑，例如，五氯硫酚鋅鹽，即可制得增塑天然橡膠。恒粘度、低粘度和增塑天然橡膠的優(yōu)點在于一般不需要進行塑煉。低粘度橡膠由于充有少量的油、在低溫貯存時也不容易凍結硬化，可以減少烘膠時間。恒粘度橡膠與有效硫化體系相結合制做膠料時，則生熱性低，耐屈撓性和耐磨性都好，是制造高速輪胎的重要原料。
充油天然橡膠（DENR）：
在天然橡膠中加入石油系操作油即制成充油天然橡膠。如將乳化好的操作油加入膠乳中，充分攪拌，加酸凝聚后制成顆粒，然后在100℃溫度下干燥即可制得充油天然橡膠。也可將膠塊、膠團壓制成顆粒并烘干，取定量的操作油加熱致90℃，注入顆粒膠中，然后再置于煉膠機中混合均勻，然后包裝即得。天然橡膠和油的比例范圍由75：25~60：40。
據(jù)稱，該膠不僅工藝性能好，且制成的輪胎在-40℃冰雪上行駛有高的防滑性，并具有良好的耐損傷和扯裂性能。
接枝橡膠（MG）：
天然橡膠可以與含烯鍵的化合物進行反應生成接枝共聚物。如接枝橡膠MG49和MG30即為天然橡膠與甲基丙烯酸甲酯的接枝共聚物，接枝率分別為49%和30%，此類接枝橡膠的膠料具有良好的粘著性和流動性，除用于工業(yè)橡膠制品外并可用于膠粘劑。其硫化膠具有硬度高及在低頻振動下的動態(tài)性能優(yōu)良等特性。
經(jīng)研究確定天然橡膠的化學結構為異戊二烯的聚合物，按照亞甲基對于雙鍵的位置來說，三葉橡膠具有順式結構，其結構中順式結構約為98%以上。
以三葉橡膠為代表的順式結構，在室溫下具有彈性及柔軟性是名符其實的彈性橡膠。橡膠植物的種類不同，所含橡膠烴聚合物的結構也可能不同，因而其性質亦異，如古塔波橡膠、巴拉塔橡膠及杜仲橡膠亦為聚異戊二烯，但均為反式結構，在室溫下呈硬凝固狀態(tài)，實際上是一種具有塑料性質的物質。
通常所謂的天然橡膠即指以三葉橡膠為代表的天然橡膠。天然橡膠的分子量布約在10~180萬之間，平均分子量約為70萬左右。
天然橡膠的比重為0.91~0.93左右，能溶于苯、汽油中，天然橡膠受熱時逐漸變軟，在130~140℃下軟化致熔融狀態(tài)，200℃左右開始分解，270℃下則劇烈分解。天然橡膠具有較好的耐低溫性能，其玻璃化溫度為-70℃~-72℃在此溫度下則呈顯脆性。將天然橡膠緩慢冷卻或長時間保存或者將天然橡膠進行拉伸，均可能使橡膠形成部分結晶。晶相形成的速度與結晶中心的生成束祺以及它們的生長速度有關。由于在較高溫度時結晶中心太少，而在較低溫度時晶體的生長速度有緩慢，故只有在一定溫度范圍內晶相形成速度才最快。天然橡膠的結晶速度在-35℃以下時接近于零，-25℃左右結晶速度最大，至室溫附近則迅速降低。晶體的形成，使得在結晶區(qū)域內分子鏈段按一定方式整齊排列，因此分子鏈段從一個構象到另一個構象的轉變難以實現(xiàn)，故結晶時總是發(fā)生硬化，即彈性模數(shù)增大和形變能力減小。而這種結晶具有可逆性，在升高溫度的條件下，晶相熔化使之雙重新恢復原來的彈性狀態(tài)。未拉伸的天然橡膠，其結晶 過程是進行得相當緩慢的，如果將天然橡膠拉伸，則可以加速其結晶過程，并提高結晶溫度和晶相的熔融溫度。晶相的熔融是在高于結晶溫度的范圍內進行的。結晶溫度之所以隨著拉伸度的增大而升高，或者說隨著應力的增大而升高，則是因為結晶溫度要符合下式的熱力學條件：Ham-Hkp=T(Sam-Skp)式中Hkp和Hkp，Sam和Skp分別表示無定形橡膠和結晶橡膠的熱焓和熵，T 表示結晶溫度。按照橡膠彈性的本質而言，橡膠伸長時Sam是會減小的，因而結晶溫度就要增高。
橡膠經(jīng)過硫化之后，結晶過程會受到阻礙。含有較多結合硫磺的未經(jīng)變開的硫化橡膠，通常是不會生成結晶的。硫化也會使橡膠的玻璃化過程發(fā)生變化，極小量的結合硫磺實際上不會改變玻璃化溫度，但含硫3%以上時，玻璃化溫度就會升高。
由于天然橡膠在應力作用下發(fā)生變形時能形成部分結晶，使之具有很大的自補強性，未加入炭黑增強的硫化膠就具有相當高的機械強度，其抗張強度為16.7~29.4Mpa，天然橡膠的彈性模量為2.94~5.88 Mpa左右，約為鋼鐵的1/30，000，而伸長率則為其300倍左右。彈回率在0~100℃范圍內，可達70~80%以上。彈性伸長率最大可達1000%，在350%范圍內伸縮時，其彈回率達85%以上，即永久（伸長）變形在15%以下。