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。

使用數位顯微鏡觀察、量測橡膠

天然橡膠與合成橡膠

天然橡膠

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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)

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。
連續氣泡
氣泡彼此相連的結構,允許水和空氣通過。用作過濾器、隔音材料等。
獨立氣泡
氣泡獨立的結構,不允許水和空氣通過。用作墊片和隔熱材料等。

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。

防水襯條的表面觀察
VHX-E20 50× 環狀照明

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。

橡膠軟管的3D形狀量測
ZS-20 50× 環狀照明
柔性製版(橡膠)的3D形狀量測
ZS-200 500× 環狀照明
白色橡膠滾筒的觀察
ZS-200 500× 同軸落射照明 2D影像

3D影像

透過形成3D影像,可將白色橡膠的表面凹凸可視化。

橡膠皮帶的磨損觀察
ZS-20 20× 環狀照明 光學陰影效果模式影像

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。

橡膠的老化試驗
ZS-20 20× 環狀照明

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。

橡膠的粒子觀察
VHX-E500 500× 環狀照明+HDR

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。

泡沫橡膠的截面觀察

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。