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天然橡胶是从天然植物中提取的以异戊二烯为主成分的高分子化合物,主要包括顺式异戊二烯和反式异戊二烯两种类型。在工业领域,也包括通过化学试剂处理的改性天然橡胶。目前,天然橡胶的消费量已超过500万吨,其中约90%为固态橡胶,主要以天然橡胶为主,反式天然橡胶和化学改性的专用特种天然橡胶品种繁多,但使用量有限。天然橡胶曾被誉为橡胶工业的“褐色黄金”,在合成橡胶大量出现之前,它广泛用作橡胶工业和制品的通用原料。然而,随着合成橡胶产量的增加,天然橡胶的主导地位虽有所降低,但仍以其优异的性能在轮胎、医疗保健用品等领域占据重要地位。
天然橡胶主要来源于赫亚薇系三叶橡胶树,特别是巴西橡胶树,这是最优质的橡胶树种,能提供丰富的橡胶成分。近年来,银菊树也进入实用阶段,而杜仲树则产生反-1,4-聚异戊二烯。橡胶的提取过程从割胶开始,将乳管破开,收集流出的胶乳作为制造固体天然橡胶的原料。
天然橡胶的制造过程包括新鲜胶乳的采集、过滤、除杂质、凝固、除水、干燥、分级和包装等步骤。胶乳主要由橡胶烃和水组成,大约10%左右的非橡胶成分对胶乳及固体橡胶的性能产生重要影响。杂胶作为等级较低的原材料,用于制造质量要求较低的标准胶、杂皱片等产品。
固体天然橡胶按照不同的分类和等级分为多种品种,如烟胶片、绉胶片、标准马来西亚橡胶、颗粒胶、风干胶片和恒黏或低黏橡胶等。烟胶片和绉胶片是主要品种,具有不同的制造方法和质量等级,颗粒胶打破了传统制造方法的,具有生产周期短、成本低等优势,目前产量已超过传统产品。此外,还有其他一些品种,如胶清橡胶、易操作橡胶、充油天然橡胶等,以及经过化学处理的天然橡胶衍生物。
天然橡胶的分级方法包括国际分级法、马来西亚标准分级法和中国分级法,根据制造方法和外观质量分为多个等级,以反映天然橡胶的内在质量和使用性能。分级指标包括生胶的理化性能、机械杂质含量和塑性保持率等。
天然橡胶的成分主要包括橡胶烃、水分、灰分、蛋白质、丙酮抽出物和水溶物等。其中,水分和灰分含量需严格控制,以免影响橡胶的加工性能和制品质量。蛋白质含量高可能导致硫化胶硬度增加、生热加大。丙酮抽出物和水溶物对生胶的可塑性及吸水性有重要影响。
天然橡胶的大分子链结构主要为异戊二烯的顺式-1,4加成结构,具有多分散性,相对分子质量约为70万左右。天然橡胶具有良好的物理机械性能,如高弹性、低密度、高机械强度、良好的热性能、耐屈挠疲劳性能、耐磨性和耐寒性等。同时,天然橡胶还具有良好的电绝缘性和防水性。然而,其耐介质性、电性能、化学反应特性等也需考虑。
天然橡胶在轮胎、管带、胶鞋等各类橡胶制品中广泛应用,特别适用于加工性能满足要求的合成橡胶难以应用的领域。天然橡胶因其综合性能优异,是橡胶工业中不可或缺的原料之一。