丁腈橡胶(NBR)概述

article/2025/8/3 23:29:55

丁腈橡胶(NBR),是由丙烯腈与丁二烯单体聚合而成的共聚物,主要采用低温乳液聚合法生产,耐油性极好,耐磨性较高,耐热性较好,粘接力强。其缺点是耐低温性差、耐臭氧性差,绝缘性能低劣,弹性稍低。

丁腈橡胶是浅褐色的弹性体,分子量为70万左右,由于强极性CN基团,所以对脂肪烃油类和汽油具有极好的稳定性。并且根据ACN含觉不同划分:极高丁腈橡胶:

ACN含量43%以上高丁腈橡胶:

ACN含量36%-42%中高丁腈橡胶:

ACN含量31%-35%中丁腈橡胶:

ACN含量25%-30%低丁腈橡胶:

ACN含量24%以下

丁腈橡胶一般性能丁腈橡胶耐热性较好,它的耐热性比天然橡胶和丁苯橡胶好,长期使用温度可达100摄氏度,120℃可以用40天。

①耐臭氧能力比CR差,比NR好。

②通过补强赋予橡胶较好的物理力学性能和耐磨性。

③当丁腈橡胶丙烯腈含量为39%时,气密性同IIR橡胶相当,气密性较好。

④低温柔性一般。

⑤抗静电性能优良。

⑥使用极性脂类增塑效果较好。

⑦与极性物质有较好的相容性,如PVC、醇酸树脂、尼龙。

8、自粘性较低,混炼过程生热量较大

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优点:

1、粘接力强;

2、耐油性极好;

3、耐磨性较高;

4、耐热性较好;

5、气密性较好;

6、抗静电性能优良。

缺点:

1、弹性稍低;

2、耐低温性差;

3、耐臭氧性差;

4、绝缘性能低劣;

5、低温柔性一般。

优异的耐油性丁腈橡胶是耐油性、物理机械性能和耐化学药品性等综合性能的优秀中,最具代表性的橡胶之一,有效利用这些特性可以使之满足各种用途。在通用胶中,NBR橡胶耐苯、石油基油类及非极性溶剂的性能远优于NR、SBR、IIR等非极性胶,也优于极性的CR,但丁腈橡胶的极性溶剂和耐极性油的性能不够好。

ACN含量对性能的影响随着ACN含量的增加NBR的极性增强,链柔顺性降低,链间相互作用力增大,分子链内双键含量降低,饱和程度增加,由此也造成了一系列性能的变化,其耐油性、气密性和耐磨耗性提高,而加工性和耐寒性下降。

牌号举例:

配方设计:

(1)丁腈橡胶丁腈橡胶密封胶选用的丁腈橡胶大多为丁腈40,40代表丙烯腈含量为40%,这种橡胶极性、弹性、粘接性等综合性能较好。其分子量大小通常以门尼黏度来表征,作为粘接密封材料的丁腈橡胶常选用门尼黏度70~80的产品。

(2)树脂与丁腈橡胶配伍的树脂主要是酚醛树脂和环氧树脂,在密封胶中则主要是酚醛树脂。树脂在胶中的作用主要是改善胶的耐热性、粘接力、刚度和交联基团。而丁腈橡胶则主要提供胶的弹性、耐油性、耐介质和疲劳性能,两者相辅相成,使丁腈密封胶的性能更加完美。在丁腈密封胶中常用的对叔丁酚甲醛树脂(2402酚醛)是一种油溶性酚醛,溶于苯类、乙酸乙酯、环己烷、汽油和植物油,有良好的耐热、耐老化性,它与丁腈橡胶互溶性好,可以任意比例混合。它虽然自身不能硫化丁腈橡胶,但在硫化剂、促进剂存在时可以与丁腈橡胶有硫化作用。

(3)填料和补强剂为了减少固化收缩降低成本,可加入各种无机填料,例如轻质碳酸钙、陶土、硅酸钙等,补强剂则主要用炭黑和白炭黑。

(4)溶剂丁腈橡胶常用溶剂有丁酮、甲基异丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、卤代烃等。

(5)其他助剂包括防老剂(4010NA、RD等)、增强剂、增稠剂等。

塑炼特性:

门尼粘度在65以下的软丁腈橡胶一般不需要塑炼,而门尼粘度在90-120的硬丁腈橡胶可塑性低,加工工艺性能差,加工前应进行充分塑炼,总体来说,由于丁腈橡胶韧性大、收缩剧烈、生热大、塑炼较为困难。丁腈橡胶的塑炼宜用开炼机进行薄通,并尽能降低辊温(最好在30-40℃)、减小辊距(0.5到1.0mm)、减少容量(约为天然胶的1/2-1/3)。采用加强冷却效果(如冷风循环装置)和分段塑炼提高塑炼效果。高ACN丁腈橡胶一般的塑炼即可满足加工要求,而低ACN含量和ACN含量丁腈橡胶需要采用分段塑炼才能达到效果,分段塑炼的工艺条件(以XK360开炼机为例)一般是辊距0.5-1.0mm,辊温40-50℃,容量10-15kg,分段塑炼,每段时间为25min,中间停放3-4小时,三段塑炼后,可塑度达到0.3威氏。粉状配合剂有利于丁腈像胶的塑炼,粒子越粗效果越大(如粗粒子碳酸钟等)。因此,对一般要求的胶料,塑炼几次后,胶片表面并不平滑时也可加入粉料,使胶料可塑性提高。邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等酯类增塑剂,在塑炼时加入,也可显著提高可塑度。塑解剂对丁腈橡胶的塑炼效果也起促进作用,常用的有促进剂M等。丁腈橡胶在高温塑炼时,会生成凝胶,因此不能使用密炼机进行塑炼。 丁腈橡胶的混炼特性:

丁腈橡胶的加工特性在很大程度上取决于ACN的含量,氰基基团使分子间作用力加强,分子链柔顺性下降,使大分子容易产生网状结构或支链,这些结构特性影响混炼。丁腈橡胶混炼能耗较高,配合剂在胶料中分散困难,这可能是与分子间作用力较大有关。丁腈橡胶粘度比一般橡胶高,丙烯腈含量26-40%的胶料门尼粘度为90-120。橡胶加工能耗与生胶的粘度成正比。丁腈橡胶混炼生热大,这与异戊橡胶和丁苯橡胶不同,该种橡胶在高温度和高机械应力作用下混炼,往往产生结构化作用,因此在升温和延长混炼时间的条件下,会导致黏度增加,橡胶粘度升高,并形成凝胶,加工困难。低速混炼,胶料生热较低,所以宜采用转速为10-20r/min的密炼机进行混炼,且宜用小辅距、低速比和分批加料等工艺条件和操作方法。丁腈橡胶常采用特有的降低胶料温度的工艺措施:在密炼机中同时加入炭黑和软化剂,这样可以减慢结构化,并延长焦烧时间,但配合剂分散度稍有降低,当炭黑用量高于80份时,应分三次加入,可降低结构化程度,改善胶料性能。硫横在丁腈橡胶中分散困难,最好初期在密炼机中加入,这样分散度可以提高10%,促进剂最后在开炼机中加入。(1)开炼丁腈橡胶开炼时具有以下特点:

1)生胶不易包辊,包辊后加粉料,易第二次脱辊。

2)由于生胶内聚能大,粉料不易混入。

3)混料时间较长,比天然胶长1倍左右。

4)生热量大,胶温易升高。

根据这些特点,丁腈橡胶混炼应保持40-45℃的辊温,装胶容量低,应为普通合成胶的70%-80%。辊距以3mm-4mm为宜,粉料分批加入,一般要先加硫磺、氧化锌、固体软化剂和增塑剂,待胶料软化后,再加入防老剂和活性剂等。炭黑和液体软化剂最好分批加入,最后加促进剂,为避免焦烧,应加完粉料后稍加翻勾即取下冷却,最后再薄通塑炼。

(2)密炼采用密炼机混炼丁腈橡胶,可以提高生产效率,改善操作条件,混炼效果良好,丁腈橡胶的密炼须严格控制混炼温度,充分冷却,排胶温度不应超过130℃。

1.塑炼可塑度又称可塑性,是表示未硫化胶(生胶、混炼胶)流变性质的一种习惯用语。可塑度是指橡胶受外力作用产生变形,当外力去除后,保存其形变的性质。生胶的可塑度常用威廉氏法表示,其数值范围在0-1之间,数值愈大表示可塑度愈高。

2.混炼丁腈橡胶混炼时由于分子内摩擦和生热较大,混炼同塑炼一样,宜采用小辊距和低辊温,硫黄在丁腈橡胶中分散困难,应在混炼初期加入,但促进剂仍在最后加入。丁腈橡胶混炼工艺如下:辊温40-45℃,辊筒速比1 : 1.1-1.2,辊距3-4mm,装胶容量为普通合成胶70%-80%,加料顺序为:生胶→硫黄→氧化锌、硬脂酸→1/2炭黑→1/2增塑剂→1/2炭黑→1/2增塑剂→促进剂→构胶混匀→出片。

3.压出丁腈橡胶压出时易产生焦烧,若压出物表面粗糙或硫化后呈层状剥离时,多是由焦烧引起的。丁腈橡胶的压出工艺:机筒、螺杆温度40-60℃,机头温度90-100℃。为防止焦烧和保证压出物表面光滑,挤出机螺杆应通水冷却。

4.硫化丁腈橡胶硫化曲线平坦,硫化速度比天然橡胶慢,工业上丁腈橡胶制品的硫化温度一般为149-171℃,但有时为了提高产量,缩短硫化周期,也可采用204℃以上的硫化温度。丁腈橡胶采用80-10℃的低温硫化时,硫化胶的强力可达2MPa,但硫化胶耐水性能和耐热性能不好,如果发生欠硫,则压缩变形严重,耐油性能低劣,这一硫化工艺一般不采用。

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