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通用合成橡胶: 丁腈橡胶NBR
发布时间:2020-12-17 19:54
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丁腈橡胶(NBR)是由丁二烯和丙烯腈两种单体经乳液或溶液聚合而制得的一种高分子弹性体。工业上所使用的丁腈橡胶大都是由乳液法制得的普通丁腈橡胶,其分子结构是无规的,化学结构式可为: 
其中,丁二烯链节以反式-1,4结构为主,还有顺式聚合制得的含28%结合丙烯腈的橡胶,其微观结构为丁反式-1,4结构含量为77.6%;l,2结构含量为10%。l,4结构和1,2结构,如在28℃下丁二烯顺式-1,4结构含量为12.4%;
一、结构特点 
①分子结构不规整,是非结晶性橡胶。
②由于分子链上引入了强极性的氰基团,而成为极性橡胶。丙烯腈含量越高,极性越强,分子间力越大,分子链柔性也越差。
③因分子链上存在双键是不饱和橡胶。但双键数目随丙烯腈含量的提高而减少,即不饱和程度随丙烯腈含量的提高而下降。
④相对分子质量分布较窄。如中高丙烯腈含量的丁腈橡胶相对分子质量分布指数为4.1。
二、性质、性能与应用
丁腈橡胶为浅黄至棕褐色、略带腋臭味的弹性体,密度随丙烯腈含量的增加而由0.945~0.999g/cm3不等,能溶于苯、甲苯、酯类、氯仿等芳香烃和极性溶剂。
现将丁腈橡胶的优缺点简述如下:
①丁腈橡胶的耐油性仅次于聚硫橡胶和氟橡胶,而优于氯丁橡胶。由于氰基有较高的极性,因此丁腈橡胶对非极性和弱极性油类基本不溶胀,但对芳香烃和氯代烃油类的抵抗能力差。
②丁腈橡胶因含有丙烯腈结构,不仅降低了分子的不饱和程度,而且由于氰基的较强吸电子能力,使烯丙基位置上的氢比较稳定,故耐热性优于天然、丁苯等通用橡胶,见图l-11所示。选择适当配方,最高使用温度可达130℃,在热油中可耐150℃高温。
③丁腈橡胶的极性,增大了分子间力,从而使耐磨性提高,其耐磨性比天然橡胶高30%~45%。
④丁腈橡胶的极性以及反式-1,4结构,使其结构紧密,透气率较低,它和丁基橡胶同属于气密性良好的橡胶。
⑤丁睛橡胶因丙烯腈的引入而提高了结构的稳定性,因此耐化学腐蚀性优于天然橡胶,但对强氧化性酸的抵抗能力较差。
⑥丁腈橡胶是非结晶性橡胶,无自补强性,纯胶硫化胶的拉伸强度只有3.0~4.5MPa。因此,必须经补强后才有使用价值,炭黑补强硫化胶的拉伸强度可达25~30MPa,而优于丁苯橡胶。
⑦丁腈橡胶由于分子链柔性差和非结晶性所致,使硫化胶的弹性、耐寒性、耐屈挠性、抗撕裂性差,变形生热大。了腈橡胶的耐寒性比一般通用橡胶都差,脆性温度为-10~-20℃。
⑧丁腈橡胶的极性导致其成为半导胶,不易作电绝缘材料使用,其体积电阻只有108~l09Ω•m,介电系数为7~12,为电绝缘性最差的。
⑨丁腈橡胶因具不饱和性而易受到臭氧的破坏,加之分子链柔性差,使臭氧龟裂扩展速度较快。尤其制品在使用中与油接触时,配合时加入的抗臭氧剂易被油抽出,造成防护臭氧破坏的能力下降。
⑩丁腈橡胶因相对分子质量分布较窄,极性大,分子链柔性差,以及本身特定的化学结构,使之加工性能较差。表现为塑炼效果低,混炼操作较困难,塑混炼加工中生热高,压延、压出的收缩率和膨胀率大,成型时自黏性较差,硫化速度较慢等。
(11)丁腈橡胶属于高价格橡胶之一,因此生产成本高于氯丁橡胶。
(12)氢化丁腈橡胶的性能特点  氢化丁腈硫化胶比氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯、丙烯酸酯橡胶具有更优异的耐油性能,而耐热性能介于氯磺化聚乙烯、氯醚橡胶和三元乙丙橡胶之间,优于普通丁腈橡胶(约高40℃),低温性能优于丙烯酸酯橡胶。耐胺性和耐蒸汽性优于氟橡胶,与三元乙丙橡胶相似,压缩永久变形性接近乙丙橡胶,压出性能优于氟橡胶。
氢化丁腈橡胶主要用于油气井、汽车工业方面。近年来,油气井深度越来越深,井下环境和温度条件日益苛刻。在高温和高压下,丁腈橡胶和氟橡胶受硫化氢、二氧化碳、甲烷、柴油、蒸汽和酸等的作用很快破坏,而氢化丁腈橡胶在上述介质中的综合性能优于丁腈橡胶和氟橡胶。
由于丁腈橡胶既有良好的耐油性,又保持有较好的橡胶特性,因此广泛用于各种耐油制品。高丙烯腈含量的丁腈橡胶一般用于直接与油类接触、耐油性要求比较高的制品,如油封、输油胶管、化工容器衬里、垫圈等。中丙烯腈含量的丁腈橡胶—般用于普通耐油制品,如耐油胶管、油箱、印刷胶辊、耐油手套等。低丙烯腈含量的丁腈橡胶用于耐油性要求较低的制品,如低温耐油制品和耐油减震制品等。
其次,由于丁腈橡胶具有半导性,因此可用于需要导出静电,以免引起火灾的地方,如纺织皮辊、皮圈、阻燃运输带等。
丁腈橡胶还可与其他橡胶或塑料并用以改善各方面的性能,最广泛的是与聚氯乙烯并用,以进一步提高它的耐油、耐臭氧老化性能。
三、分类品种
乳聚丁腈橡胶种类繁多,通常依据丙烯腈含量、门尼黏度、聚合温度等分为几十个品种。而根据用途不同又可分为通用型和特种型两大类。特种型中又包括羧基丁腈橡胶、部分交联型丁腈橡胶、丁腈和聚氯乙烯共沉胶、液体丁腈橡胶以及氢化丁腈橡胶等。通常,丁腈橡胶依据丙烯腈含量可分成以下五种类型。
①极高丙烯腈丁腈橡胶  丙烯腈含量43%以上;
②高丙烯腈丁腈橡胶  丙烯腈含量36%~42%;
③中高丙烯腈丁腈橡胶  丙烯腈含量31%~35%;
④中丙烯腈丁腈橡胶  丙烯腈含量25%~30%;
⑤低丙烯腈了腈橡胶  丙烯腈含量24%以下。
国产丁腈橡胶的丙烯腈含量大致有三个等级,即相当于上述的高、中、低丙烯腈含量等级。对每个等级的丁腈橡胶,一般可根据门尼黏度值的高低分成若干牌号。门尼黏度值低的(45左右),加工性能良好,可不经塑炼直接混炼,但物理机械性能,如强度、回弹性、压缩永久变形等则比同等级黏度值高的稍差。而门尼黏度值高的,则必须塑炼,方可混炼。
按聚合温度可将丁腈橡胶分为热聚丁腈橡胶(聚合温度25~50℃)和冷聚丁腈橡胶(聚合温度5~20℃)两种。热聚丁腈橡胶的加工性能较差,表现为可塑性获得较难,吃粉也较慢。而冷聚丁腈橡胶,由于聚合温度的降低,提高了反式-1,4结构的含量,凝胶含量和歧化程度得到降低,从而使加工性能得到改善,表现为加工时动力消耗较低,吃粉较快,压延、压出半成品表面光滑、尺寸较稳定,在溶剂中的溶解性能较好,并且还提高于物理机械性能。
国产丁腈橡胶的牌号通常以四位数字表示。前两位数字表示丙烯腈含量,第三位数表示聚合条件和污染性,第四位数字表示门尼黏度。如NBR-2626,表示丙烯量含量为26%~30%,是软丁腈橡胶,门尼黏度为65~80;NBR3606,表示丙烯腈含量为36%~40%,是硬丁腈橡胶,有污染性,门尼黏度为65~79。

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