論橡膠、塑料制品的基本特性及檢驗過程

摘要：隨著國民經濟的發展和社會的進步，高分子材料的應用領域越來越廣泛，目前高分子材料的品種已逾千種，每年還有很多新的品種出現，因而對其產品性能的檢測要求也越來越高。為了進一步的提高和加強對高分子材料相關產品質量的監控和檢驗，特對高分子材料的相關內容進行簡單介紹。

高分子材料的分類有很多的方法，一般來講，按照其性能和用途可以分為塑料、橡膠、纖維等三大類，此外還有涂料、粘合劑及功能高分子等應用形式。

關鍵詞：橡膠 塑料 基本特性 檢驗過程

1 橡膠

橡膠工業在國民經濟中占有很重要的地位，由于橡膠具有獨特的高彈性能、優異的疲勞強度、極好的電絕緣性和耐磨性能等特性，被廣泛用于制造輪胎、減震制品、密封制品、化工防腐材料和電纜絕緣材料。

橡膠制品的應用品種主要可分為輪胎、膠帶、膠管、膠鞋、橡膠工業制品等五大類。

輪胎主要分為實心輪胎和充氣輪胎。特別是子午線充氣輪胎具有胎面耐磨性好、負荷量大、緩沖性能好等特點。

膠帶按功能不同可分為運輸膠帶和傳動膠帶。其中傳動膠帶主要包括平行傳動帶、三角帶以及同步齒形帶、無級變速帶、高速環形帶等，均為傳動動力使用。

膠管是用橡膠和纖維材料制成的可彎曲的軟管，有時也用金屬編織物和金屬螺旋線，以便進一步提高膠管的耐壓強度和抗擠壓能力。按使用特性分為耐壓膠管、吸引膠管和耐壓吸引膠管。按膠管材料和結構分為全膠膠管、夾布膠管、編織膠管、纏繞膠管、針織膠管和吸引膠管等6種。

膠鞋按照結構特點和形式主要分為布面膠鞋和膠面膠鞋。

橡膠工業制品按生產過程可分為模型制品和非模型制品。

橡膠制品的原材料主要可分為天然橡膠、合成橡膠、粉末橡膠、液體橡膠及熱塑性橡膠、再生膠等幾大類。

天然橡膠是從天然植物中采集出來的高彈性材料。天然植物中最好的是三葉橡膠樹，其次還有杜仲樹、銀色橡膠菊、橡膠草等。

天然橡膠主要可分為三葉橡膠和野生橡膠，其中三葉橡膠主要可分為煙片膠、皺片膠、風干膠片、顆粒橡膠、膠清橡膠、易操作橡膠等品種，此外還包括純化橡膠、難結晶橡膠、粉末橡膠等特制品種。三葉橡膠的衍生橡膠主要有環化橡膠、聚化橡膠、氫氯化橡膠、氧化橡膠、液體橡膠、改性橡膠等。

合成橡膠是由某些低分子物質作為原料，經過復雜的化學反應制備而得到的，用來合成橡膠的低分子化合物稱為單體，常用的主要有丁二烯、異戊二烯、氯丁二烯、異丁烯等，此外還有苯乙烯、丙烯腈等，這些單體主要來自于石油天然氣、煤和石灰石以及農林產品。合成橡膠按其性能及用途可分為通用和特種合成橡膠，其中通用合成膠主要包括丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠等品種；特種合成膠主要包括丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠、聚硫橡膠、丙烯酸酯橡膠、氯醇橡膠、丁吡橡膠等品種。

再生膠主要是廢舊橡膠制品和橡膠工業生產中硫化膠的邊角廢料，采用一定的加工方法而得到的具有一定可塑性同時可以重新硫化的橡膠。再生膠的生產工藝主要有水油法、油法及壓出法等。再生膠廣泛應用于各種橡膠生產，對機械性能要求不高的橡膠制品均可以摻用再生膠，但是再生膠不能全部使用，大多是并用，除了丁基橡膠以外的各種生膠與再生膠都能很好的互混。

橡膠制品的加工過程中常加入的主要配合劑有硫化劑、硫化促進劑、硫化活性劑、防焦劑、防老劑、軟化劑、補強劑、填充劑等助劑，除此之外橡膠工業中常用的配合劑還有著色劑、溶劑、隔離劑、脫模劑、發泡劑、膠黏劑、塑解劑以及膠乳專用配合劑等。在實際工業生產中，有時為了得到一些特殊要求的橡膠制品，還可加入一些具有特殊作用的加工助劑及填料。

硫化劑是在一定條件下能使橡膠發生高聯的物質的統稱，包括硫黃、碲、硒、含硫化合物、過氧化物、醌類化合物、胺類化合物、樹脂、金屬化合物等，其中硫黃、硒、碲及含硫化合物主要用于天然橡膠和二烯烴類通用合成橡膠，其他類型的硫化劑主要用于飽和度較大的合成橡膠及特種合成橡膠。

由于橡膠的彈性大，彈性模量低，在外力的作用下極易變形，橡膠本身的機械強度也比較低，因此在橡膠制品中常使用紡織材料或者金屬材料作為骨架材料來增大制品的機械強度，減少變形。幾乎90%以上的橡膠制品，如輪胎、膠管、膠帶、膠鞋、膠布等都要使用纖維材料作為其骨架材料。目前橡膠制品中使用的纖維材料主要可分為棉纖維、人造絲、聚酰胺纖維、聚酯纖維、聚乙烯醇纖維、玻璃纖維、鋼絲、高模量芳香族聚酰胺纖維等幾種纖維。

1.1 橡膠結構對其性能的影響

橡膠制品的分子量很大，屬于高分子化合物，因此其分子量及分子量分布對制品的性能有很大的影響，只有分子量大到一定值的時候才能顯示出所需的強度，若分子量過低，強度也很低。橡膠的高彈形變介于理想彈性體與粘性液體之間，屬于一種粘彈物質，主要表現在形變需要時間這一特性上，在形變過程中會產生蠕變、應力松弛、內耗等一系列的粘彈現象。

橡膠的導熱系數與一般的固體不同，隨著溫度的上升呈下降趨勢。在低溫下，橡膠處于玻璃態，橡膠的導熱系數隨溫度的升高增加，在玻璃化溫度轉變區時出現較大值。

1.2 橡膠制品的加工工藝

橡膠的加工工藝一般包括塑煉、混煉、壓延及壓出、橡膠制品成型、硫化等工藝。

塑煉的目的是為了降低生膠的彈性、增加其可塑性，同時獲得適當的流動性，滿足后續加工工藝的要求，在塑煉的過程中要盡量保持生膠的可塑性均一，保證制備的膠料質量均一一致。生膠的塑煉導致其彈性下降，可塑性增大；溶解度增大，橡膠溶液的粘度降低；膠料的粘著性能提高。隨著生膠可塑性的增大，硫化膠的機械強度降低，永久變形增大，耐磨耗性能降低，耐老化性能下降，因此在保證滿足工藝條件的前提下，盡量的減小生膠的可塑性能。

將各種配合劑混入生膠中制備質量均勻的混煉膠的過程叫做混煉。混煉膠料的質量對半成品的工藝加工性能和成品質量有著決定性的影響。膠料混煉不好會出現配合劑分散不均一、膠料的可塑性能較差、焦燒及噴霜等現象。混煉過程必須保證各種配合劑完全而均一的分散于生膠中，保證膠料具備一定的可塑性，工藝力求速度快，生產效率高、消耗電能少。

目前來講，壓出工藝可以代替除掛膠以外的所有壓延工藝，壓出工藝是通過壓出機機筒壁和螺桿之間的作用，使膠料達到擠壓和初步造型的目的。它對膠料起著剪切、混煉、擠壓的作用，通過螺桿和機筒結構的變化，可重點加強某種作用。壓出工藝的適用面廣可壓出各種斷面的膠條，并且質量均勻、質地致密。影響壓出過程的因素主要有膠料的組成和性質、擠出機的特征、壓出溫度及速率、壓出物的冷卻等因素。對橡膠制品的結構、配方及加工工藝有深入的了解，就能及時的把握檢測過程中可能出現的問題，同時尋找較好的解決辦法，為檢測工作的可靠性，檢測數據的公正性打下堅實的基礎。

2 塑料

塑料是高分子材料中最大的一類材料，目前世界高分子材料的年產量中，塑料大約占到95%以上，主要應用在農業、漁業、包裝、交通運輸、電氣工業、化學工業、儀表工業、建筑工業、航空工業、國防與尖端工業、家具、體育用品及日用百貨等部門，塑料的使用幾乎進入了國民經濟的一切領域，與工農業和人民生活密切相關，塑料已經成為一種不可缺少的材料。

塑料成型加工工藝：

在塑料的成型加工過程中，塑料會發生物理和（或）化學變化，從而構成材料不同的形態結構，表現出不同的性能。

除極少數的幾種工藝外，大多數的塑料成型過程中都要求聚合物處于粘流態，液體的流動與變形中的應力主要包括剪切、拉伸和壓縮三種應力。其中，剪切應力對塑料的成型最為重要。對流體粘度有影響的主要有溫度、壓力、施加的應力及應變速度等因素。塑料流體在流道中流動時，常常因為種種原因使流動出現不正常的現象或者缺陷，這種缺陷常常會使制品的外觀質量受到損傷，表面出現悶光、麻面、波紋甚至會出現裂紋等現象，其強度或其他性能也會有所下降。

塑料在成型加工過程中，加熱和冷卻過程是必須的，其難易程度由溫度或熱量在物料中的傳遞速度決定，而傳遞速度取決于物料的固有性能-熱擴散系數。

成型過程中的定向作用對塑料的性能也有很大的影響，在塑料制品中存在了定向的單元，制品的整體會出現各向異性。各向異性有時在制品中需要特意的形成來增大沿拉伸芳香的拉伸強度和抗蠕變性能，但是當制品的厚度較大時，要力圖消除這種作用，因為制品中的各向異性定向不一致，并且各部分的定向程度也有差別，這將使制品在某些方向的力學強度得到提高，而在另外一些方向將會變差，甚至出現翹曲或裂縫。在塑料的加工成型過程中由于熱、力、氧、水、光、超聲波等作用下往往會發生降解的化學過程，導致其產品性能劣化。對于塑料來講，熱降解是其最主要的降解因素。

塑料制品的生產工藝主要包括原料準備、成型、機械加工、修飾、裝配等五個工藝流程。其中成型過程主要包括壓縮模塑、擠出成型、注射模塑、中空吹塑、澆鑄成型、壓延成型、熱成型等方法。擠出成型是一種變化多、用途廣、在塑料加工中占很大比例的加工方法，主要應用在熱塑性塑料，擠出成型的主要設備為擠出機，主要分為單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機。按照塑料塑化方式不同，擠出工藝可分為干法和濕法兩種，其中濕法工藝僅限于硝酸纖維素和少數的醋酸纖維素塑料的擠出。按照塑料加料方式的不同，擠出工藝可分為連續和間歇兩種。塑料的擠出，絕大多數是熱塑性塑料，并且采用連續操作和干法塑化，在設備上大多采用單螺桿擠出機，在聚氯乙烯的加工和配料中，雙螺桿擠出機的應用日益突出。

注射模塑幾乎可用于所有的熱塑性塑料及多種熱固性塑料的加工成型，可制備各種形狀、尺寸、精度、滿足各種要求的模制品，注射制品占塑料制品總量的20%以上，注射模塑的周期可根據制品的大小、形狀、厚度。注射機的類型、塑料品種及工藝條件等影響因素自行調整。注塑具有成型周期短，可一次成型外形復雜、尺寸精確、帶有嵌件的制品；對成型各種塑料的適應性強；生產效率高易于實現自動化生產等優點。注塑主要通過注塑機來完成，目前應用最為廣泛的是移動式螺桿注射機。

中空吹塑主要用于制造空心塑料制品，吹塑制品主要包括塑料瓶、容器及各種形狀的中空制品。吹塑制品具有優良的耐環境應力開裂性、氣密性、耐沖擊性、耐抗藥性、抗靜電性、良好的韌性及耐擠壓性等。常用的中空吹塑塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙稀共聚物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺等，其中聚乙烯的應用最為廣泛。中空吹塑主要包括擠出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑三種吹塑方法。

壓延成型主要用于薄膜或片材的成型過程，壓延成型采用的原材料主要有聚氯乙烯，其次有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物以及改性聚苯乙烯等塑料。壓延成型的加工能力大、生產速度快、產品質量好并且生產連續、自動化程度高，其主要缺點是成型設備龐大、投資較高、維修復雜、制品的寬度受壓延輥筒長度的限制。壓延成型的設備是壓延機，主要根據輥筒數目的不同進行分類，同時根據輥筒之間的不同排列方式又可將壓延機分為不同的類型。

熱成型是利用熱塑性塑料的片材作為原料制造塑料制品的方法，熱成型制品的特點是壁薄，其深度有一定的限制，用于熱成型制備的塑料品種主要有各種類型的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯及苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二酯等。熱成型具有生產率高、設備投資少和能夠制造大面積的制品等優點，其缺點是采用的原料成本高、制品的后加工工藝較多。

3 實驗過程對檢驗結果數據的影響

在塑料、橡膠制品性能的檢測過程中，樣品的制作過程及實驗人員的具體操作過程對檢測結果有較大的影響。

在樣品的制作過程中，選取試樣的裁剪區域應該遠離邊緣、轉角等部位，避免邊緣影響，保證樣品質量的均一；機械加工過程中，刀具的刃口、切削的線速度等要嚴格按照標準的規定，避免加工中造成的缺陷及過熱現象。同時，制樣過程中環境的溫度、濕度以及樣品的放置時間等因素對樣品的檢測結果也有很大的影響。樣品的制備過程中，模具的精度對其檢測結果有很大的影響，在保證樣品完整性的同時，要盡可能的使用精度較高的儀器對樣品進行加工，減小檢測樣品對試驗結果的影響。

在檢測過程中，操作人員應嚴格按照標準進行實驗，在操作儀器的過程中應嚴格按照儀器的使用規范進行操作，盡可能避免操作不當對檢測結果的影響。

橡膠制品的拉伸應力應變、撕裂強度、粘合強度、壓縮永久變形等性能的檢測過程中要選取合適的拉力或壓力及其變化速率，保證拉伸或壓縮過程中橡膠制品檢測部位受力的均一性及斷裂力選取的科學性。在橡膠耐磨性、耐液性、老化及耐熱性能的檢測過程中應盡量保證實驗過程中樣品的完整性、環境的穩定性，同時確保檢驗數據的真實可靠性。

塑料制品的縱向回縮率的檢測過程中要確保在規定檢測溫度下樣品的完整性及原樣性，同時要嚴格按照標準對高溫箱的升溫速率進行設定，避免熱效應對制品性能的影響，進而影響檢測結果。在抗張及抗彎強度、拉伸強度、斷裂伸長率等性能的檢測過程中要保證樣品制備的標準性，同時根據不同的塑料制品選取不同的拉力或壓力增長速率，保證實驗數據的科學準確性。在測試維卡軟化點的實驗過程中，要保證油浴溫度的穩定性，盡可能的減小熱效應對制品結構的影響，確保檢測結果的原始性和精確性。測試塑料制品沖擊強度的過程中，要使沖擊點與制品的缺口完全的吻合，確保測試點的受力及測試數據的科學性。靜液壓測試過程中，要嚴格按照標準對測試壓力進行設定，保證測試過程的穩定性。