丁基橡膠的性能和應(yīng)用

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在合成橡膠分類(lèi)中，有一種通用橡膠，它是由異丁烯和少量異戊二烯合成的非常漂亮的無(wú)臭無(wú)味的白色彈性體。我們?nèi)粘？诶锝赖目谙闾牵�還和它有關(guān)哩。它有一個(gè)鮮為人知的英文名，叫butyi。rubber，而在橡膠專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)中叫IIR，是IsopreneRubber的縮寫(xiě)。它的發(fā)展始于對(duì)聚異丁烯的合成研究，距今己有一百四十多年歷史。而正式投入工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)間，則是在筆者剛上小學(xué)一年級(jí)的上世紀(jì)四十年代，也就是二戰(zhàn)抗日戰(zhàn)爭(zhēng)轉(zhuǎn)入反攻階段的1943年。Exxon公司BatonRouge率先實(shí)現(xiàn)了丁基橡膠規(guī)模化生產(chǎn)。投發(fā)市場(chǎng)。之后，德國(guó)，加拿大，法國(guó)，意大利等國(guó)家都相繼采用＂淤漿法＂也就是以氯甲烷為稀釋劑，再以H20－A1C13為引發(fā)體系，在低溫負(fù)100攝氏度下，將異丁烯與少量異戊二烯通過(guò)陽(yáng)離子共聚合制得丁基橡膠。而唯有前蘇聯(lián)［今俄羅斯］是釆用溶液法，也就是以烷基氯化鋁與水的絡(luò)合物為引發(fā)劑，在異戊烷中，于負(fù)90至負(fù)70攝氏度下，異丁烯和少量異戊二烯共聚而得丁基橡膠。溶液法生產(chǎn)的丁基橡膠，不足之處是分子鏈存在支化，與淤漿法工藝生產(chǎn)的丁基橡膠，綜的性能還是有一定差距，但價(jià)格相対便宜一些。丁基橡膠合成工藝，看起來(lái)簡(jiǎn)單，但干起來(lái)卻不將么簡(jiǎn)單，能生產(chǎn)的國(guó)家不多，迄今為止，龍頭老大仍然是Exxon公司，幾乎占世界產(chǎn)量一半，且性能好，品種齊全。我國(guó)也于上世紀(jì)六十年代，開(kāi)始以溶劑法研發(fā)丁基橡膠，并于八十年代以淤漿法研發(fā)丁基橡膠聚合工藝。現(xiàn)我國(guó)己有燕山石化公司生產(chǎn)丁基橡膠。

　　丁基橡膠的性能，是由聚異丁烯主鏈結(jié)構(gòu)及其不飽和度極低所決定。［僅為0.5％－0.33％］丁基橡膠分子鏈中側(cè)甲基排列密集，限制了分子的熱運(yùn)動(dòng)因此賦于眾所周知的各種優(yōu)良特點(diǎn)。如：透氣率低，氣密性好；熱穩(wěn)定性；；耐低溫性；耐臭氧和耐老化性；耐水性；電絕緣性；抗輻射性和優(yōu)良的阻尼性能。［筆者正是運(yùn)用丁基橡膠后兩種特殊性能，在上世紀(jì)承擔(dān)研發(fā)成功由國(guó)防科工委和九院及903廠(chǎng)共同下達(dá)的重大核工業(yè)防護(hù)科研項(xiàng)目＂軍工氚防護(hù)長(zhǎng)臂手套產(chǎn)品＂，填補(bǔ)了我國(guó)在此領(lǐng)域的空白，為核工業(yè)安全防護(hù)提供保障，并達(dá)到了同類(lèi)產(chǎn)品的國(guó)際水平。還有最近研發(fā)成功的裝配在高端壓縮機(jī)上的高阻尼吸能阻尼制品，其在高頻，中頻，低頻三區(qū)域效果，均達(dá)到和超過(guò)國(guó)外進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品水平。］

　　眾所周知，隨著人們對(duì)丁基橡膠發(fā)展和應(yīng)用的需要，對(duì)其性能在不斷改善和研發(fā)，丁基橡膠家族品種不斷增多，丁基橡膠現(xiàn)己開(kāi)發(fā)擁有衍生丁基橡膠，改性丁基橡膠，，熱塑性丁基彈性體，如以溶液氯化或干膠混煉氯化等法制得的氯化丁基橡膠；以溶液法和干混煉法制得的溴化丁基橡膠；以丁基橡膠經(jīng)磺化制得的磺化丁基橡膠；以丁基橡膠接枝馬來(lái)酸酐制得的改性丁基橡膠；以異丁烯，異戊二烯和二乙烯基苯三元共聚交聯(lián)丁基橡膠；由埃克森公司開(kāi)發(fā)的低粘度級(jí)［SBB40］和高粘度級(jí)［SBB50］星型支化丁基橡膠；以及星型支化溴化丁基橡膠；分子量在35000－45000的低分子量丁基橡膠；以溴化羥甲基苯酚甲醛樹(shù)酯使丁基橡膠與低密度聚乙烯或高密度聚乙烯相接枝的丁基熱塑彈性體；以及丁基膠系熱塑性硫化膠，還有我國(guó)自行研發(fā)的長(zhǎng)鏈支化輕度交聯(lián)的丁基橡膠［LCB］具有不冷流，生膠強(qiáng)度高，加工性能好，硫化膠回彈率高等特點(diǎn)，適合加工模壓制品。丁基橡膠正如本文上述的優(yōu)良的阻尼性能，氣密性，耐熱性，耐酸堿，耐臭氧，耐溶劑，電絕緣，減震吸能，低吸水，使得其廣泛應(yīng)用于內(nèi)胎，水胎，氣密性產(chǎn)品，防水建材，減震材料，防腐鉵制品，瓶塞，橋梁支承墊，碼頭的船護(hù)舷，橡膠水壩，防毒面具，食品口香糖基料，特種橡膠手套和防護(hù)氣衣等方面。

　　筆者在半個(gè)多世紀(jì)的橡膠生涯中，在選用丁基橡膠加工制品中，初期，一般只是用于內(nèi)胎，加工輪胎用氣囊［水胎］藥用瓶塞等，而在后期，則多用于軍工，如防化兵用面具，66型手套，氚防護(hù)氣衣和手套，空軍代償手套，而這一生產(chǎn)工藝就復(fù)雜了，因?yàn)樗�不是用丁基干橡膠能直接加工的。而是要把丁基橡膠，以特殊工藝轉(zhuǎn)化為水性丁基乳液，制成為人造丁基膠乳，其工藝技術(shù)在上世紀(jì)五六十年代，只有一間中央國(guó)營(yíng)的橡膠廠(chǎng)軍工第六車(chē)間掌握，那時(shí)是絕密的。其人造丁基膠乳的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)是把干的丁基橡膠溶于石油醚中先制成膠糊，再加上乳化劑使橡膠分子乳化于水中，再將溶劑蒸發(fā)回收，經(jīng)濃縮，只剩下水溶性丁基膠乳。正是由于此套生產(chǎn)人造丁基膠乳工藝，使得筆者幾項(xiàng)科研項(xiàng)目得以完成。

　　而在近來(lái)因市場(chǎng)所需高阻尼橡膠減震墊，丁基橡膠又作為首選膠種，特別是新近開(kāi)發(fā)的高阻尼丁基橡膠HDIIR，它具有優(yōu)良的阻尼減震性能，與氯化丁基橡膠并用，輔以特殊的阻尼配合劑和匹配的硫化體系，就能生產(chǎn)出高端阻尼橡膠制品，趕超國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品己成現(xiàn)實(shí)，令人幸慰的是這一成果竟是在不起眼的小型民營(yíng)橡膠企業(yè)完成的。

　　個(gè)人認(rèn)為，常規(guī)丁基橡膠的基本配合和其它膠種基本差不多，大同小異。主要體系也不外乎是硫化體系，［含硫化和促進(jìn)及活性劑］補(bǔ)強(qiáng)填充體系，增塑軟化體系，防老體系，還可以根據(jù)需要加入著色劑，阻尼劑，防輻射劑等。但氯化丁基橡膠可以像氯丁橡膠那樣以氧化鋅作為硫化劑，輔以氧化鎂，硬脂酸組成硫化體系。特別指出的是由于丁基橡膠不飽和度低，其硫化要較強(qiáng)的硫化體系，在硫化時(shí)間和溫度上都要掌握好，否則會(huì)欠硫，產(chǎn)品不熟，性能達(dá)不到要求。丁基橡膠主要硫化方法有硫黃硫化；酚醛樹(shù)酯硫化，二肟類(lèi)硫化，對(duì)亞硝基化合物硫化，大部份各品種丁基橡膠不能用過(guò)氧化物硫化，因?yàn)檫^(guò)氧化物會(huì)促使丁基橡膠降解。但也有特殊，溴化丁基橡膠也可用過(guò)氧化物硫化。筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：硫黃硫化體系若配合得當(dāng)，其各項(xiàng)綜合性能指標(biāo)較好，酚醛樹(shù)酯硫化的丁基橡膠在耐熱方面占優(yōu)勢(shì)。

　　隨著汽車(chē)工業(yè)及工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展需求，丁基橡膠消費(fèi)量在逐年增長(zhǎng)，產(chǎn)品約有80％用于生產(chǎn)汽車(chē)無(wú)內(nèi)胎輪胎，膠管及汽車(chē)配件，其它用于減震阻尼橡膠配件，膠粘劑，填縫膠，電器絕緣產(chǎn)品，人造丁基膠乳，口香糖，醫(yī)療制品，密封制品，和防水卷材等，目前我國(guó)生產(chǎn)的丁基橡膠，無(wú)論從生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性以及品種的開(kāi)發(fā)力度與先進(jìn)國(guó)家還有一定差距，作為使用丁基橡膠的，橡膠人殷切希望中國(guó)制造出各類(lèi)品種丁基橡膠，加快研發(fā)創(chuàng)新步伐，與時(shí)倶進(jìn)，趕上先進(jìn)水平，無(wú)愧于世界橡膠大國(guó)地位。從事橡膠產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)人員，都要深刻去了解和學(xué)習(xí)丁基橡膠的性能，配合技巧，工藝特點(diǎn)和使用范圍，使丁基橡膠能廣泛地，更好地為建設(shè)美麗中國(guó)服務(wù)。

作者：武可遷