使用數位顯微鏡觀察、量測橡膠
橡膠是具備彈性的高分子化合物,廣泛應用於輪胎、軟管、皮帶等各種產業。在此介紹使用數位顯微鏡觀察、量測橡膠的案例。
天然橡膠與合成橡膠
- 天然橡膠
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對橡膠樹的樹汁(膠乳)進行乾燥得到生橡膠,再對生橡膠加硫*形成的橡膠產品稱為天然橡膠(NR,Natural Rubber)。
- *加硫:
- 在生橡膠中加入硫磺並加熱,使之發生分子間鍵合,提高橡膠的彈性和強度。1839年,美國人查理斯·固特異偶然發現這一現象,之後開啟了橡膠產業化進程。
- 合成橡膠
- 利用石油化學合成的橡膠的總稱。根據使用的原料的不同,有100多個種類。合成橡膠的歷史尚短,其開發背景是第二次世界大戰。天然橡膠主要產於東南亞,但美國、德國等因天然橡膠獲取困難而進行了國產化,之後迅速普及。
天然橡膠與合成橡膠的特點
橡膠根據用途區分使用,其消耗量的大致比例為天然橡膠約40%,合成橡膠約60%。
天然橡膠
- 優點
- 橡膠彈性大,斷裂強度強,因此廣泛應用於卡車、巴士、工業用的大型輪胎。
- 缺點
- 耐候性、耐熱性、耐油性低,因此不耐光、熱、雨等環境。
合成橡膠
- 優點
- 與天然橡膠相比,雜質少、性能穩定。透過更改原材料的添加,可以製造出具有耐熱性、耐藥品性、耐磨損性等各種特性的橡膠。
- 缺點
- 與天然橡膠相比,在橡膠彈性和斷裂強度方面稍差。
代表性的合成橡膠種類及其特點和用途
合成橡膠大致可分為「通用橡膠」和「特種橡膠」。代表性的名稱、特點和用途如下所示。
通用橡膠
- 異戊二烯橡膠(IR)
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具有與天然橡膠幾乎相同的性質。著色性良好,氣味小,低溫下也不需要保溫。但另一方面,耐候性和耐熱性比天然橡膠差。
- 用途:
- 用於汽車和飛行器的輪胎、橡膠皮帶等。另外,還可以加上著色劑用於乒乓球拍等。
- 丁苯橡膠(SBR)
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通用橡膠中生產最多的種類,耐磨損性和耐老化性方面優於天然橡膠。耐油性較差,因此不適合用作O形環和墊片。
- 用途:
- 用於汽車輪胎、鞋底、地磚等。
- 丁二烯橡膠(BR)
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流通量僅次於丁苯橡膠的橡膠,彈性和耐磨損性優於天然橡膠。耐油性較差,因此不適合用作O形環和墊片。
- 用途:
- 用於汽車輪胎、橡膠皮帶、軟管等。同時還是塑膠ABS樹脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene的縮寫)的主原料。
特種橡膠
- 丁腈橡膠(NBR)
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耐油性、耐磨損性、耐老化性好。廣泛用作耐油性橡膠。
- 用途:
- 用於O形環、墊片、墊圈和密封材料。
- 氯丁二烯橡膠(CR)
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耐熱性、耐候性、耐臭氧性、難燃性等好。
- 用途:
- 用作汽車皮帶、軟管、電線和電纜的包覆材料。並且,由於黏著性也十分出色,因此也用作黏著劑和塗料。
- 丁基橡膠(IIR)
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耐熱性、耐震性、耐藥品性好。並且具有電氣絕緣性。
- 用途:
- 氣體透過性小,因此用於輪胎的內胎。另外,還用於音響設備的隔音材料和電線的包覆材料。
- 乙丙橡膠(EPM/EPDM)
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耐老化性、耐候性、耐臭氧性好,是一種在室外不易老化的橡膠。但另一方面,耐油性差。
- 用途:
- 用於汽車零件(散熱器軟管和皮帶等)、電線包覆層和建築材料等。
- 壓克力橡膠(ACM)
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耐熱性、耐候性、耐臭氧性好,高溫的耐油性尤其出色。但另一方面,耐寒性、耐藥品性差。
- 用途:
- 用於汽車的輸油軟管、墊圈、密封材料等。
- 矽膠(Q)
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耐寒性和耐熱性非常高,耐候性、耐臭氧性、電氣絕緣性也十分出色。但另一方面,拉伸等機械強度低。
- 用途:
- 對人體無害且具有耐熱性,因此用於食品容器和醫療產品等。
- 氟素橡膠(FKM)
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耐熱性和耐藥品性極高,但另一方面價格高昂。
- 用途:
- 用於食品和藥品的設備、零件。
- 聚氨酯橡膠(U)
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拉伸強度和耐受重量性好,耐油性和耐磨損性也十分出色。但另一方面,耐熱性和耐水性差。
- 用途:
- 用於輪胎、鞋底、滾筒等支撐重物的部分。
基於形狀的橡膠分類
- 片材
- 將橡膠加工成板狀的橡膠片。
加工成墊圈、墊片、密封材料等。 - 泡沫橡膠
- 在橡膠中添加發泡劑,將橡膠加工成多孔性狀態(海綿)。
代表性的泡沫橡膠有以下2種。
橡膠的硬度
橡膠的軟硬程度用硬度表示。其為0至100的數值,越接近0越柔軟,越接近100越硬。
- a:棉花糖
- b:橡皮糖
- c:輪胎
- d:硬球
- e:高爾夫球
使用數位顯微鏡觀察、量測橡膠的案例
以下介紹使用KEYENCE的4K數位顯微鏡「VHX系列」觀察、量測橡膠的最新案例。
光學陰影效果模式影像
使用光學陰影效果模式(Optical Shadow Effect Mode),
可將黑色橡膠的表面凹凸可視化。
3D影像
透過形成3D影像,可將白色橡膠的表面凹凸可視化。
光學陰影效果模式 色圖影像
使用色圖影像,可將皮帶的磨損狀態可視化。
ZS-20 30× 自動面積量測影像
使用自動面積量測功能,可以將橡膠的老化定量化。
自動面積量測影像
使用自動面積量測功能,可以將橡膠的粒子定量化。
ZS-200 200× 環狀照明+HDR
使用HDR功能可以詳細觀察泡沫橡膠截面。