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丁基橡膠

?丁基橡膠,一種重要的彈性材料,是一種聚合物材料,具有優(yōu)異的彈性和耐磨性能。它由丁二烯單體聚合而成,因此也稱為聚丁二烯橡膠。作為一種重要的工程材料,丁基橡膠廣泛應(yīng)用于汽車制造、建筑工程、電氣設(shè)備等領(lǐng)域。?丁基橡膠(簡(jiǎn)稱ⅡR)是世界上第四大合成橡膠(SR)膠種,是異丁烯和異戊二烯在Friedel-Craft催化劑作用下進(jìn)行陽(yáng)離子聚合反應(yīng)的產(chǎn)物,外觀為白色或淡黃色晶體,無(wú)臭無(wú)味,玻璃化溫度很低,不溶于乙醇和丙。由于丁基橡膠具有優(yōu)良的氣密性和良好的耐熱、耐老化、耐酸堿、耐臭氧、耐溶劑、電絕緣、減震及低吸水等性能,使得其廣泛應(yīng)用于內(nèi)胎、水胎、硫化膠囊、氣密層、胎側(cè)、電線電纜、防水建材、減震材料、藥用瓶塞、食品(口香糖基料)、橡膠水壩、防毒用具、粘合劑、內(nèi)胎氣門芯、防腐蝕制品、碼頭船護(hù)旋、橋梁支承墊以及耐熱運(yùn)輸帶等方面。

目錄

基本介紹 編輯本段

丁基橡膠是一種合成橡膠,由異丁烯和少量異戊二烯合成。一般用于制作汽車輪胎和汽車隔音制品。在建筑防水領(lǐng)域,丁基橡膠以環(huán)保的名義被廣泛用于替代瀝青

丁基橡膠是一種合成橡膠,由異丁烯和少量異戊二烯合成。成品不容易漏,一般用來(lái)造車、飛機(jī)輪子的內(nèi)胎。丁基橡膠是異丁烯和異戊二烯的共聚物,1943年投入工業(yè)生產(chǎn)。

丁基橡膠

丁基橡膠,縮寫(xiě)為IIR,是ISO丁烯 異戊二烯 橡膠的縮寫(xiě)。具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,特別是氣密性和水密性。它的透氣性只有天然橡膠的1/7,1丁苯橡膠/5,而對(duì)蒸汽的滲透性是天然橡膠的1/200,1丁苯橡膠/140。因此主要用于制造各種內(nèi)胎、蒸汽管、水胎、各種橡膠制品,如壩底和墊片。

發(fā)展歷史 編輯本段

1943年,美國(guó)埃索化學(xué)公司首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。此后,加拿大、法國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)也相繼實(shí)現(xiàn)了丁基橡膠的工業(yè)化生產(chǎn)。80年代初,世界丁基橡膠的產(chǎn)能約為65萬(wàn)噸,約占5%

自從丁基橡膠實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái),原料路線、生產(chǎn)工藝和聚合釜結(jié)構(gòu)變化不大一般以氯甲烷為稀釋劑,三氯化鋁為催化劑,通過(guò)控制它們的用量可以調(diào)節(jié)單體的轉(zhuǎn)化率。根據(jù)產(chǎn)品不飽和度的等級(jí)要求,異戊二烯的量一般為異丁烯量的1.5%~4.5%,轉(zhuǎn)化率為60%~90%聚合溫度維持在-100℃(乙烯和丙烯用作冷卻劑)丁基橡膠的聚合是通過(guò)正離子反應(yīng)進(jìn)行的,反應(yīng)溫度低,速度快,放熱集中,聚合物分子量隨溫度升高急劇下降。因此,快速排出聚合熱以控制反應(yīng)在恒定的低溫下是生產(chǎn)中的主要問(wèn)題。聚合釜(見(jiàn)圖)采用具有大傳熱面積和中心導(dǎo)管的管式反應(yīng)器。運(yùn)行時(shí),下攪拌器高速旋轉(zhuǎn),增加內(nèi)循環(huán),從而保證釜內(nèi)各點(diǎn)溫度均勻。

為了改善丁基橡膠的共混性差,從1960年開(kāi)始出現(xiàn)了鹵化丁基橡膠。這種橡膠是將丁基橡膠溶解在烷烴或環(huán)烷烴中,在攪拌下進(jìn)行鹵化反應(yīng)而制成的。它含溴約2%或含氯1.1%~1.3%,分別稱為溴化丁基橡膠和氯化丁基橡膠。鹵化后丁基橡膠的硫化速度大大提高,與其他橡膠的共混硫化性能提高,粘合性也明顯提高。鹵化丁基橡膠不僅用作普通丁基橡膠,也適用于制作無(wú)內(nèi)胎輪胎的內(nèi)密封層、子午線輪胎的胎側(cè)和粘合劑等。

丁基橡膠的制備方法多樣,常見(jiàn)的方法是通過(guò)聚合反應(yīng)合成。具體而言,首先需要將丁二烯單體與催化劑進(jìn)行反應(yīng),使其發(fā)生聚合反應(yīng)形成長(zhǎng)鏈聚合物。而在聚合反應(yīng)過(guò)程中,可以通過(guò)控制反應(yīng)條件來(lái)調(diào)節(jié)丁基橡膠的分子結(jié)構(gòu)和性能。制備出的丁基橡膠可以通過(guò)不同的加工方法進(jìn)行成型,如擠出、壓延或注塑等,以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

材料特性 編輯本段

丁基橡膠具有許多顯著的特性,其中最重要的是其優(yōu)異的彈性和耐磨性。它能夠在各種溫度下保持出色的彈性,因此廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)。汽車輪胎的制造中,丁基橡膠被用作胎面和胎側(cè)的重要原材料,以增加輪胎的抓地力和耐磨性。丁基橡膠還具有良好的耐油性和耐化學(xué)腐蝕性,因此在船舶、管道等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。

除了汽車制造業(yè)之外,丁基橡膠在建筑工程領(lǐng)域也扮演著重要角色。由于其耐候性和耐腐蝕性能,丁基橡膠常被用作屋頂材料、地坪涂料和建筑密封材料,以提供有效的防水、隔音和保溫效果。丁基橡膠還可用于制作電氣設(shè)備的絕緣材料,以防止電流泄漏和電氣故障。

盡管丁基橡膠具有許多優(yōu)點(diǎn),但它也存在一些局限性。丁基橡膠的耐熱性相對(duì)較差,不能長(zhǎng)時(shí)間暴露于高溫環(huán)境中,否則會(huì)引起材料的老化和劣化。丁基橡膠的價(jià)格相對(duì)較高,限制了其在某些領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

生產(chǎn)方法 編輯本段

淤漿法:淤漿法是以氯甲烷為稀釋劑,以H2O-AlCl3為引發(fā)體系,在低溫(-100℃左右)下將異丁烯與少量異戊二烯通過(guò)陽(yáng)離子聚合制得的。
溶液法:傳統(tǒng)的淤漿法合成丁基橡膠生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟,但由于聚合反應(yīng)溫度低,制冷設(shè)備龐大,聚合釜連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期短,能耗高(1kg膠能量消耗約35~55MJ)。為了能提高反應(yīng)溫度,對(duì)用溶液法合成丁基橡膠進(jìn)行了大量的研究。

配方設(shè)計(jì) 編輯本段

丁基橡膠因其聚合物所具有的獨(dú)特性能,所以被廣泛用于制造內(nèi)胎、防振橡膠、工業(yè)膠板、醫(yī)用橡膠等許多方面。本文主要就配合劑對(duì)丁基橡膠物性的影響進(jìn)行敘述。
炭黑
炭墨對(duì)普通丁基橡膠物性的影響與對(duì)鹵化丁基橡膠基本相同。各種炭黑對(duì)物性的影響如下:
(1)SAF(超耐磨爐黑)、ISAF(中超耐磨爐黑)、HAF(高耐磨爐黑)、MPC(可混槽黑)等粒徑小的炭黑,其硫化膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度較大;
(2)FT(細(xì)粒子熱裂炭黑)、MT(中粒子熱裂炭黑)等粒徑較大的炭黑,其硫化膠的伸長(zhǎng)率大;
(3)無(wú)論是哪一種炭黑,隨著其用量增加,硫化膠的定伸應(yīng)力和硬度增大,而伸長(zhǎng)率減小;
(4)SRF(半補(bǔ)強(qiáng)爐黑)硫化膠的壓縮永久變形比其它炭黑都優(yōu)異;
(5)爐法炭黑的壓出加工性能優(yōu)于槽法炭黑和熱裂炭黑等。
軟化劑
丁基橡膠大都用石油類油如石蠟油、石蠟增塑劑作為軟化劑,其中石油類油和酯類增塑劑對(duì)丁基橡膠物性的影響如下:
(1)因油的添加,拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、硬度降低,伸長(zhǎng)率增加;
(2)因油的添加,門尼粘度降低,門尼焦燒時(shí)間增長(zhǎng);
(3)因油的添加,壓出性能得到一定的改善;
(4)因油的添加,耐臭氧、耐壓縮永久變形、耐熱性降低;
(5)因酯類增塑劑的添加,低溫性能得到改善,但效果依油的型號(hào)而異;
(6)因酯類增塑劑的添加,耐壓縮永久變形、耐熱性降低。
白色填充劑
白色填充劑與炭黑一樣,也是粒徑小的補(bǔ)強(qiáng)效果好,拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度、硬度等較大;粒徑大的有損于抗撕裂、耐屈撓和耐磨耗性等。各種白色填充劑對(duì)丁基橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果如下:
(1)白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果在白色填充劑中最大,適用于要求強(qiáng)度和耐磨耗性高的橡膠制品;
(2)滑石粉的形狀有各種各樣,其中棒狀、粒狀的補(bǔ)強(qiáng)性能差,片狀的可顯著改善拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力;
(3)碳酸鈣高填充時(shí)可減少伸長(zhǎng)率和彈性的損失,并可用于降低產(chǎn)品成本;
(4)陶土的補(bǔ)強(qiáng)效果大于碳酸鈣,可顯著改善拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力,但因pH值的關(guān)系有遲延硫化傾向,因此最好是添加少量二甘醇(DEG)等。
硫化體系
丁基橡膠除一般性硫黃硫化外還有各種硫化體系,可根據(jù)不同用途進(jìn)行選擇,特別對(duì)于鹵化丁基橡膠,與二烯類橡膠一樣通過(guò)雙鍵用硫黃、和樹(shù)脂進(jìn)行硫化,此外通過(guò)鹵基還可用金屬氧化物、二硫代氨基甲酸金屬鹽硫脲等進(jìn)行硫化,對(duì)于溴化丁基橡膠可用過(guò)氧化物硫化。
國(guó)內(nèi)有很多從事再生丁基橡膠生產(chǎn)的企業(yè),丁基再生膠指的是利用已經(jīng)經(jīng)過(guò)硫化使用后的丁基廢舊橡膠通過(guò)再生工藝使其重新具有一定的使用價(jià)值的橡膠。丁基橡膠與丁基復(fù)原橡膠其生產(chǎn)用的原料不同,丁基橡膠是由異丁烯與少量的異戊二烯合成而得,丁基復(fù)原橡膠(丁基再生膠)則是廢舊橡膠加工而成。丁基橡膠是純生膠,丁基復(fù)原橡膠是含有多種助劑的混合物。所以如果想要降低丁基橡膠生產(chǎn)成本,我們可以選擇使用再生膠的做法,通過(guò)混合來(lái)降低其成本。

主要用途 編輯本段

制作各種輪胎的內(nèi)胎、無(wú)內(nèi)胎輪胎的氣密層、各種密封墊圈,在化學(xué)工業(yè)中作盛放腐蝕性液體容器的襯里、管道和輸送帶,農(nóng)業(yè)上用作防水材料。
2005年,中國(guó)丁基橡膠消費(fèi)量近15萬(wàn)噸,國(guó)產(chǎn)丁基橡膠不足3萬(wàn)噸,80%依靠進(jìn)口,從1999年至2004年,進(jìn)口量年均增長(zhǎng)率達(dá)26.9%。由于,國(guó)際石油市場(chǎng)價(jià)格不斷上升,丁基橡膠價(jià)格也不斷攀升。近幾年來(lái)丁基橡膠的價(jià)格由15000元/T左右,上升呈現(xiàn)在的32000元/T以上。而丁基橡膠制品的價(jià)格雖然有所上升,但整體算價(jià)格上升幅度不超過(guò)30%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上丁基橡膠價(jià)格成倍的上升。所以很多使用丁基橡膠的企業(yè)把目光轉(zhuǎn)向了丁基橡膠的最佳替代產(chǎn)品――丁基再生橡膠

詞條總結(jié) 編輯本段

丁基橡膠是一種重要的彈性材料,具有優(yōu)異的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,我們相信丁基橡膠在未來(lái)會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景,并且將繼續(xù)為各行各業(yè)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

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