橡胶（Rubber）是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（Tg）低，分子量很大，大于几十万。
橡胶的种类有天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶是从橡胶植物树中提取的，具有弹性好、强度高、绝缘性好、变形小、加工方便等优点。合成橡胶是人工合成的，有多种类型，如丁苯胶、丁腈胶、顺丁胶、乙丙胶、丁基胶、氯丁胶、丙烯酸脂胶、氢化丁腈胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氟胶、硅橡胶、氟硅橡胶等。
一、天然橡胶NR
天然橡胶（NR）是在橡胶树体内生物合成的聚异戊二烯。早在1826年Faraday首先测定天然橡胶分子的化学式为C5H8，但其分子结构和含量的研究直到红外光谱和高分辨率核磁共振仪的出现才得以证实，即天然橡胶分子结构是顺式-1,4-聚异戊二烯，其含量高达99%。
NR的生胶密度为0.9~0.95g/cm3，其化学结构式为：
天然胶NR的主要性能：
(1) 力学性能
NR分子链在常温下呈无定形状态、分子链柔顺性好，因此，在常温下具有良好的弹性，弹性伸长率可达1000%。由于分子结构规整性好，NR在受外力作用时，大分子链沿应力方向取向形成结晶，具有自补强性，硫化后拉伸强度可达15~20MPa，经炭黑补强后可达25~30MPa。同时，NR也有很好的抗撕裂性，撕裂强度可达98kN/m。
(2) 老化性能
NR分子链中存在碳碳双键。由于不饱和键的存在，NR易于空气中的氧、臭氧发生氧化、裂解反应，这也是NR老化的原因之一。
(3) 耐高低温性能
NR的玻璃化温度(Tg)约为-72℃，在低温时仍可保持良好的弹性，具有良好的耐寒性。受热后开始软化，在200℃左右开始分解，270℃时发生激烈分解。
(4) 耐介质性能
NR是非极性物质，根据相似相溶原理，它易溶于非极性溶剂和非极性油中，因此，NR不耐汽油、苯等介质。
(5) 电性能
NR是非极性物质，具有良好的绝缘性，体积电阻率在1015~1017Ω·cm。硫化后的NR由于引用极性物质，如硫黄、促进剂等，会导致绝缘性下降。
(6) 其他性能
除上述性能外，NR还具有很好的耐磨性及耐疲劳性，广泛应用于汽车轮胎、悬置系统及各种缓冲块等零件。
二、乙丙橡胶 EPDM
乙丙橡胶以乙烯和丙烯为主要合成单体共聚制备得到的合成橡胶，是在齐格勒-纳塔立体有规催化体系(即有机金属化合物和过渡金属卤化物)成功开发后逐步发展起来的一种介于通用橡胶与特种橡胶之间的一种合成橡胶。
乙丙橡胶依据其分子链中的单体的不同，可以分为二元乙丙橡胶(EPM，单体为乙烯与丙烯)，和三元乙丙橡胶(EPDM，单体为乙烯丙烯和少量非共轭二烯烃)。其中，EPDM的非共轭二烯烃可以为1, 4-己二烯、双环戊二烯、乙叉降冰片烯，对应得到的EPDM 分别为1,4-己二烯EPDM、双环戊二烯EPDM 和乙叉降冰片烯EPDM。
EPDM是以乙烯、丙烯和少量第三单体合成的共聚物，生胶密度为0.85~0.87g/cm3。
除轮胎橡胶外，EPDM是汽车上使用量最大的橡胶材料，其化学结构式如下图：
EPDM的主要性能如下：
(1) 力学性能
EPDM分子主链上无双键，仅侧链中含少量双键，活性较小，属于饱和橡胶。由于分子结构内无极性取代基，分子链可在较宽的温度范围保持柔顺性，具有很好的弹性，在通用橡胶中仅次于NR。
(2) 老化性能
EPDM属于饱和橡胶，具有极高的化学稳定性，在通用胶中，耐老化性能最好。尤其是抗臭氧性能极其优异，对于一些密封条用材，臭氧体积浓度为200x10-8，试验72h后无龟裂现象。
(3) 耐高低温性能
EPDM的玻璃化温度约为-60~-50℃，低温状态下仍可保持较好的弹性。在耐高温方面，EPDM 制品在120℃下长期使用，在150~200℃下可短暂或间歇使用。
(4) 耐介质性能
EPDM是典型的非极性橡胶，因此对各种极性溶剂(如醇、酸、强碱和某些酯类)均有较大的抗耐性，长时间接触后性能变化不大。除此之外，EPDM还有优异的耐水(或水蒸气)性，广泛应用于水管制件，对于新能源汽车，采用水冷方式的电池包，也可采用EPDM。
(5) 电性能
同NR一样，分子极性决定了它具有较好的电绝缘性，EPDM体积电阻率在1012~1015Ω·cm，又因吸水性小，所以浸水后也能保持良好的绝缘性。
(6) 其他性能
除上述性能外，EPDM 还具有优异的可发泡性及良好的压缩回弹性，发泡后多用于密封件(如车窗密封条、电池包密封圈)等制品。但三元乙丙生胶的强度较低，需要通过补强才有使用价值，本身自黏性和互黏性都很差，成型加工难度大。
三、氯丁橡胶CR
氯丁橡胶是利用2-氯-1，3-丁二烯单体聚合制备得到的一种主要的人工合成橡胶品种，外观为乳白色、米黄色或浅棕色，也是较早发展的一种合成橡胶，生胶密度较大，为1.11~1.13g/cm3。早在1906年Niewland 就进行了氯丁橡胶的相关研究工作，并于1931年由Carothers等研究人员实现工业化，其化学结构式见下图所示：
CR主要采用以水为介质、松香酸皂为乳化剂、过硫酸钾为引发剂的乳液聚合的方式生产。作为一种通用橡胶品种，CR具有良好的力学性能和耐候性、耐燃、耐油、耐日光、耐臭氧、耐化学腐蚀等特性，目前被广泛用于各种胶质鞋底、抗风化产品以及涂料等领域。
CR的主要性能如下：
(1) 力学性能
CR是自补强性较好的橡胶，并且由于分子中含有电负性较大的氯原子，使其成为极性橡胶，分子间的作用力增加。此外，CR的结构规整性高、易结晶，因此CR有着与NR接近的力学性能，拉伸强度可达20~25MPa。
(2) 老化性能
CR虽然主链上含有碳-碳双键，属于不饱和橡胶，但由于侧链中氯原子的诱导作用，降低了双键的活性，从而提高了分子结构的稳定性，因此，它具有很好的耐臭氧和耐老化性能。
(3) 耐高低温性能
CR的玻璃化温度约为-40℃，但由于分子结构的高规整性和极性，限制了分子的运动，低温下受外力作用时，变形后难于恢复，甚至发生脆性断裂，耐寒性差，一般使用温度不低于-30℃。CR耐热性优于NR，但比三元乙丙胶(EPDM)差一般可在100℃下长期使用，间歇或短期使用温度不超过150℃。
(4) 耐介质性能
CR具有较强的极性，因此CR的耐油、耐非极性溶剂性好，常用于油管内胶、防尘罩等制件。
(5) 电性能
由于分子中极性氯原子的存在，导致绝缘性较差，体积电阻为1010~1012Ω·cm，因此对电绝缘性要求较高的制件，不宜使用CR。
(6) 其他性能
除上述性能外，CR由于卤素的存在，本身具有优异的阻燃性。新能源汽车电池包周边橡胶制件，尤其是对阻燃性要求较高，选材时可优选考虑CR。
四、丁腈橡胶NBR
丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈两种单体通过低温乳液聚合的方法共聚生产得到的，其丙烯腈的百分含量一般有18~24、25~30、31~35、36、41、42~46 五种，生胶密度为0.96~1.20g/cm3。其化学结构式如下图所示：
NBR由于具有优异的耐油性能，广泛用于传统汽车的燃油系统，如燃油软管、燃油箱内衬胶及油封等橡胶制件。对于新能源汽车而言，由于电池包取代了传统汽车的发动机及燃油系统，NBR的应用较传统车有所降低。
NBR分子结构中含有强极性的氰基，为极性橡胶，因此对非极性和弱极性油类和溶剂(如汽油、脂肪族油、植物油等)有优秀的抗耐性；同时由于极性的原因，其体积电阻只有108~109Ω·cm，为电绝缘性最差的橡胶。
NBR的玻璃化温度为-20~-10℃，耐寒性比一般通用橡胶都差，由于极性基团较强的吸电子能力，提升了分子结构中不饱和键的稳定性，故耐热性稍优于NR，长期使用温度为100℃，最高使用温度不超过125℃。此外，由于分子结构中存在不饱和键，使得NBR的耐臭氧性很差。
五、丙烯酸酯橡胶ACM/AEM
丙烯酸酯橡胶(ACM)是以丙烯酸酯为单体经共聚而成的弹性体，其主链为饱和碳链侧基为极性酯基。由于其具有优异的性价比（耐油和耐老化优于NBR，力学性能优于氟硅橡胶，同时材料价格也低于氟、硅橡胶），因此被广泛应用于各种高温、耐油环境中。但其加工性能差，易粘模、污染模具，且耐低温性也较差，一定程度上也限制了ACM的应用推广。
丙烯酸酯橡胶的分子结构式如下图：
杜邦公司1975年推出了ACM的改进版，聚乙烯/丙烯酸酯橡胶(AEM)，弥补了这些缺陷。AEM的加工性能和耐低温性较ACM都有所提高，同时材料价格也高于ACM。ACM和AEM的化学结构式如图所示：
由于聚乙烯/丙烯酸酯橡胶是在丙烯酸酯橡胶基础上的改进版，在不严格区分的情况下，“丙烯酸酯橡胶”也包括聚乙烯/丙烯酸酯橡胶，但ACM 专指丙烯酸酯橡胶，AEM专指聚乙烯/丙烯酸酯橡胶。
丙烯酸酯橡胶的主要性能如下：
(1) 力学性能
丙烯酸酯橡胶具有优良的机械性能，拉伸强度达10~15MPa，但弹性较差，伸长率在100%~300%之间。
(2) 老化性能
丙烯酸酯橡胶具有极好的耐老化性、耐臭氧性能，基本上性能可与氟、硅橡胶媲美。
(3) 耐高低温性能
丙烯酸酯橡胶具有较好的耐高温性能，优于EPDM，可在200℃以下短期使用；丙烯酸酯橡胶最大的缺点是耐低温性能较差，一般脆性温度为在-20~-10℃之间，丙烯酸酯的低温性能限制了丙烯酸酯橡胶的应用。
(4) 耐介质性能
由于极性基团的存在，丙烯酸酯橡胶具有很好的耐油性，尤其是耐热油性能。如在标准1号油、2号油和3号油中，150℃/70h浸泡后性能变化都很小，但由于结构中酯基的存在，由于酯基具有易水解的特点，导致它不耐水(水蒸气)及含水类的介质。
(5) 电性能
由于极性基团的存在，丙烯酸酯橡胶的电绝缘性能一般，因此对于电性能有要求的零件也会限制它的应用。
(6) 其他性能
除了上述性能外，丙烯酸酯橡胶还具有较好的耐透气性、抗撕裂性和耐磨性，但目前在车用橡胶制品中，更多的还是应用其优异的耐油和耐高温性能，故广泛应用于轴封、油封、O形密封圈和密封垫等制件。
AEM作为ACM的改进版，继承了ACM的优异性能，同时改善了ACM的部分缺点，两者的性能对比如表1中所示。
六、氟橡胶FKM
氟橡胶(欧洲简称FKM，美国简称FPM，本文后面均简称FKM)，是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种合成高分子弹性体。按其单体结构不同，氟橡胶有许多品种，主要品种有偏氟乙烯类橡胶、全氟乙烯橡胶、四丙氟橡胶和全氟醚橡胶等。目前，最常用的为偏氟乙烯类橡胶，其结构式如图所示。
第二次世界大战期间，基于军事部门的需要，氟橡胶的开发工作逐步开始。
我国从1958年开始逐步发展了几种FKM，主要为聚烯烃类，如23型、26型、246型及亚硝基类，氟橡胶才开始真正得到实际的工业生产与广泛商用。
近些年，FKM也不断地发展，品种繁多、但是从其工业化生产和试验的规模的品种来讲，主要分为含氟烯烃类、亚硝基类、全氟醚类、氟化磷腈类等四大类FKM。同时，FKM的应用领域也从起初的航空、航天等国防军事领域逐步拓展推广到民用领域，有效地助力国防事业与国民经济的发展。
在所有合成橡胶中，FKM因其综合性能优异，被称为“橡胶王”。其主要性能如下：
(1) 力学性能
FKM具有优良的机械性能，拉伸强度达10~20MPa，但弹性较差，伸长率在150%-350%之间。
(2) 老化性能
FKM具有极好的耐老化性、耐臭性能。据报道，DuPon开发的Vion型FKM在自然条件下存放十年之后，仍能保持较好的性能。
(3) 耐高低温性能
FKM是目前弹性体中耐高温性能最好的，长期使用温度最高达250℃，可在300℃以下短期使用:FKM最大的缺点是耐寒性差，能保持弹性的极限温度为-25~-15℃，低于-25℃后材料变脆失去弹性。
(4) 耐介质性能
FKM具有高度的化学稳定性，也是目前弹性体中耐介质性能最好的它对有机介质(燃油、溶剂等)、无机酸以及具有强氧化性的试剂(如过氧化氢)等均有很好的耐受性。
(5) 电性能
FKM的电性能受其分子结构影响较大，如23型FKM的电性能较好，26型的电性能就不是太好;除此之外，温度对其电性能的影响也较大，温度升高，绝缘性下降。因此，FKM不能作为高温下的绝缘材料。
(6) 其他性能
由于分子结构中存在卤素，FKM本身具有很好的阻燃性，卤素含量高，阻燃性越好。FKM与火焰接触能够燃烧，但离火后能够自熄，属于典型的自熄型像胶。根据其性能特点，FKM主要应用于耐高温、耐油及耐特种介质场合，如燃油管、发动机密封件等。
七、硅橡胶
硅橡胶（简称Q）发展于20世纪40年代，研究最早的为二甲基硅橡胶。目前硅橡胶的产品不断更新，品种牌号已经超过千种。不同于前述其他的人工合成橡胶，硅橡胶是一种分子链兼具无机和有机特性的合成橡胶，分子式如下图所示：
硅橡胶分子主链中硅原子与氧原子交替键接，由于硅-氧化学键的键能明显高于碳-碳化学键的键能（Si-O、键能为 370k]/mol；C-C，键能为240kJ/mol），所以其具有比一般合成橡胶更加优异的热稳定性能。
根据硫化方式不同，分为热硫化型(HTV)和室温硫化型(RTV)两大类，前者主要是相对分子质量高的固体胶，与普通橡胶类似。后者主要是相对分子质量低的液体胶，如常见的单组分或双组分硅橡胶。
根据引入侧基的不同，分为二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶和氟硅橡胶等。由于硅橡胶主链的特殊性(主链仅含-Si-O-结构)，所以不同的侧基可显著地影响其力学性能、耐温性和加工性能。
不同取代基的硅橡胶性能各有差异，但基本性能特点相似，主要性能如下：
(1) 力学性能
硅橡胶的拉伸性能在常用橡胶中相对较差，拉伸强度为4~7MPa，但其具有很好的耐压缩性能(高温和低温下)，因此，硅橡胶在应用的时候需要重点考虑部件的受力情况，在满足各项性能的前提下，部件应尽量避免受到拉向的力，以保证部件的使用寿命。
(2) 老化性能
硅橡胶主链结构为-Si-O-，分子链不含不饱和键，并且硅氧键的键能大于碳碳键，因此其具有优异的耐臭氧老化、耐氧老化和耐天候老化性。
(3) 耐高低温性能
硅橡胶有很好的耐高、低温性能。工作温度范围为-100~350℃，在车用橡胶中具有最宽的使用温度范围。
(4) 耐介质性能
硅橡胶由于其结构的特殊性，本身具有优良的惰性，因此，其耐液体介质的性能，主要取决于取代基的类型，如腈硅橡胶就具有良好的耐油、耐极性溶剂性能。
(5) 电性能
硅橡胶的主链具有类似于石英的Si-O结构，硅橡胶的电绝缘性优异。
(6) 其他性能
除上述性能外，硅橡胶还具有良好的阻燃性、高透气性及可发泡性能在众多的合成橡胶中，硅橡胶无毒无味，同时具备生理惰性、抗高温和低温性能优异、因此硅橡胶可以称作是合成橡胶中的佼佼者。
目前，硅橡胶在生物医疗领域发挥着极为重要的作用，如用于制造防噪声耳塞、人造血管、人造肺等，具有十分理想的效果。此外，硅橡胶在密封胶、黏接剂等领域也有广泛的应用。
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■ 来源：先进功能材料
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