5．丁腈橡膠NBR

丁腈橡膠(NBR)是由丁二烯和丙烯腈兩種單體經(jīng)乳液或溶液聚合而制得的一種高分子彈性體。工業(yè)上所使用的丁腈橡膠大都是由乳液法制得的普通丁腈橡膠，其分子結(jié)構(gòu)是無規(guī)的，化學(xué)結(jié)構(gòu)式可為： 

其中，丁二烯鏈節(jié)以反式-1，4結(jié)構(gòu)為主，還有順式聚合制得的含28％結(jié)合丙烯腈的橡膠，其微觀結(jié)構(gòu)為丁反式-1，4結(jié)構(gòu)含量為77.6％；l，2結(jié)構(gòu)含量為10％。l，4結(jié)構(gòu)和1，2結(jié)構(gòu)，如在28℃下丁二烯順式-1，4結(jié)構(gòu)含量為12.4％；

(1)分類品種

乳聚丁腈橡膠種類繁多，通常依據(jù)丙烯腈含量、門尼黏度、聚合溫度等分為幾十個品種。而根據(jù)用途不同又可分為通用型和特種型兩大類。特種型中又包括羧基丁腈橡膠、部分交聯(lián)型丁腈橡膠、丁腈和聚氯乙烯共沉膠、液體丁腈橡膠以及氫化丁腈橡膠等。通常，丁腈橡膠依據(jù)丙烯腈含量可分成以下五種類型。

①極高丙烯腈丁腈橡膠  丙烯腈含量43％以上；

②高丙烯腈丁腈橡膠  丙烯腈含量36％～42％；

③中高丙烯腈丁腈橡膠  丙烯腈含量31％～35％；

④中丙烯腈丁腈橡膠  丙烯腈含量25％～30％；

⑤低丙烯腈了腈橡膠  丙烯腈含量24％以下。

國產(chǎn)丁腈橡膠的丙烯腈含量大致有三個等級，即相當(dāng)于上述的高、中、低丙烯腈含量等級。對每個等級的丁腈橡膠，一般可根據(jù)門尼黏度值的高低分成若干牌號。門尼黏度值低的(45左右)，加工性能良好，可不經(jīng)塑煉直接混煉，但物理機(jī)械性能，如強度、回彈性、壓縮長久變形等則比同等級黏度值高的稍差。而門尼黏度值高的,則必須塑煉，方可混煉。

按聚合溫度可將丁腈橡膠分為熱聚丁腈橡膠(聚合溫度25～50℃)和冷聚丁腈橡膠(聚合溫度5～20℃)兩種。熱聚丁腈橡膠的加工性能較差，表現(xiàn)為可塑性獲得較難，吃粉也較慢。而冷聚丁腈橡膠，由于聚合溫度的降低，提高了反式-1,4結(jié)構(gòu)的含量，凝膠含量和歧化程度得到降低，從而使加工性能得到改善，表現(xiàn)為加工時動力消耗較低，吃粉較快，壓延、壓出半成品表面光滑、尺寸較穩(wěn)定，在溶劑中的溶解性能較好，并且還提高于物理機(jī)械性能。

國產(chǎn)丁腈橡膠的牌號通常以四位數(shù)字表示。前兩位數(shù)字表示丙烯腈含量，第三位數(shù)表示聚合條件和污染性，第四位數(shù)字表示門尼黏度。如NBR－2626，表示丙烯量含量為26%～30％，是軟丁腈橡膠，門尼黏度為65～80；NBR3606，表示丙烯腈含量為36%~40％，是硬丁腈橡膠，有污染性，門尼黏度為65~79。

(2)結(jié)構(gòu)特點 

①分子結(jié)構(gòu)不規(guī)整，是非結(jié)晶性橡膠。

②由于分子鏈上引入了強極性的氰基團(tuán)，而成為極性橡膠。丙烯腈含量越高，極性越強，分子間力越大,分子鏈柔性也越差。

③因分子鏈上存在雙鍵是不飽和橡膠。但雙鍵數(shù)目隨丙烯腈含量的提高而減少，即不飽和程度隨丙烯腈含量的提高而下降。

④相對分子質(zhì)量分布較窄。如中高丙烯腈含量的丁腈橡膠相對分子質(zhì)量分布指數(shù)為4.1。

(3)性質(zhì)、性能與應(yīng)用

丁腈橡膠為淺黃至棕褐色、略帶腋臭味的彈性體，密度隨丙烯腈含量的增加而由0.945～0.999g/cm³不等，能溶于苯、甲苯、酯類、氯仿等芳香烴和極性溶劑。其性能和丙烯腈含量的關(guān)系如表1-12

表1-12丙烯腈含量與丁腈橡膠性能的關(guān)系

現(xiàn)將丁腈橡膠的優(yōu)缺點簡述如下：

①丁腈橡膠的耐油性僅次于聚硫橡膠和氟橡膠，而優(yōu)于氯丁橡膠。由于氰基有較高的極性，因此丁腈橡膠對非極性和弱極性油類基本不溶脹，但對芳香烴和氯代烴油類的抵抗能力差。

②丁腈橡膠因含有丙烯腈結(jié)構(gòu)，不僅降低了分子的不飽和程度，而且由于氰基的較強吸電子能力，使烯丙基位置上的氫比較穩(wěn)定，故耐熱性優(yōu)于天然、丁苯等通用橡膠，見圖l-11所示。選擇適當(dāng)配方，*高使用溫度可達(dá)130℃，在熱油中可耐150℃高溫。

③丁腈橡膠的極性，增大了分子間力，從而使耐磨性提高，其耐磨性比天然橡膠高30％～45％。

④丁腈橡膠的極性以及反式-1，4結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)緊密，透氣率較低，它和丁基橡膠同屬于氣密性良好的橡膠。

⑤丁睛橡膠因丙烯腈的引入而提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)于天然橡膠，但對強氧化性酸的抵抗能力較差。

⑥丁腈橡膠是非結(jié)晶性橡膠，無自補強性，純膠硫化膠的拉伸強度只有3.0～4.5MPa。因此，必須經(jīng)補強后才有使用價值，炭黑補強硫化膠的拉伸強度可達(dá)25～30MPa，而優(yōu)于丁苯橡膠。

⑦丁腈橡膠由于分子鏈柔性差和非結(jié)晶性所致，使硫化膠的彈性、耐寒性、耐屈撓性、抗撕裂性差，變形生熱大。了腈橡膠的耐寒性比一般通用橡膠都差，脆性溫度為-10～-20℃。

⑧丁腈橡膠的極性導(dǎo)致其成為半導(dǎo)膠，不易作電絕緣材料使用，其體積電阻只有10⁸～l0⁹Ω·m，介電系數(shù)為7～12，為電絕緣性*差的。

⑨丁腈橡膠因具不飽和性而易受到臭氧的破壞，加之分子鏈柔性差，使臭氧龜裂擴(kuò)展速度較快。尤其制品在使用中與油接觸時，配合時加入的抗臭氧劑易被油抽出，造成防護(hù)臭氧破壞的能力下降。見圖1－4。

⑩丁腈橡膠因相對分子質(zhì)量分布較窄，極性大，分子鏈柔性差，以及本身特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使之加工性能較差。表現(xiàn)為塑煉效果低，混煉操作較困難，塑混煉加工中生熱高，壓延、壓出的收縮率和膨脹率大，成型時自黏性較差，硫化速度較慢等。

(11)丁腈橡膠屬于高價格橡膠之一，因此生產(chǎn)成本高于氯丁橡膠。

(12)氫化丁腈橡膠的性能特點  氫化丁腈硫化膠比氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯、丙烯酸酯橡膠具有更優(yōu)異的耐油性能，而耐熱性能介于氯磺化聚乙烯、氯醚橡膠和三元乙丙橡膠之間，優(yōu)于普通丁腈橡膠(約高40℃)，低溫性能優(yōu)于丙烯酸酯橡膠。耐胺性和耐蒸汽性優(yōu)于氟橡膠，與三元乙丙橡膠相似，壓縮長久變形性接近乙丙橡膠，壓出性能優(yōu)于氟橡膠。

氫化丁腈橡膠主要用于油氣井、汽車工業(yè)方面。近年來，油氣井深度越來越深，井下環(huán)境和溫度條件日益苛刻。在高溫和高壓下，丁腈橡膠和氟橡膠受硫化氫、二氧化碳、甲烷、柴油、蒸汽和酸等的作用很快破壞，而氫化丁腈橡膠在上述介質(zhì)中的綜合性能優(yōu)于丁腈橡膠和氟橡膠。

由于丁腈橡膠既有良好的耐油性，又保持有較好的橡膠特性，因此廣泛用于各種耐油制品。高丙烯腈含量的丁腈橡膠一般用于直接與油類接觸、耐油性要求比較高的制品，如油封、輸油膠管、化工容器襯里、墊圈等。中丙烯腈含量的丁腈橡膠—般用于普通耐油制品，如耐油膠管、油箱、印刷膠輥、耐油手套等。低丙烯腈含量的丁腈橡膠用于耐油性要求較低的制品，如低溫耐油制品和耐油減震制品等。

其次，由于丁腈橡膠具有半導(dǎo)性，因此可用于需要導(dǎo)出靜電，以免引起火災(zāi)的地方，如紡織皮輥、皮圈、阻燃運輸帶等。

  丁腈橡膠還可與其他橡膠或塑料并用以改善各方面的性能，*廣泛的是與聚氯乙烯并用，以進(jìn)一步提高它的耐油、耐臭氧老化性能。