【知识】丁基橡胶的性能和应用
丁基橡胶的性能和应用
在合成橡胶分类中，有一种通用橡胶，它是由异丁烯和少量异戊二烯合成的非常漂亮的无臭无味的白色弹性体。我们日常口里嚼的口香糖，还和它有关哩。它有一个鲜为人知的英文名，叫butyi。rubber，而在橡胶专业术语中叫IIR，是IsopreneRubber的缩写。它的发展始于对聚异丁烯的合成研究，距今己有一百四十多年历史。而正式投入工业化生产时间，则是在笔者刚上小学一年级的上世纪四十年代，也就是二战抗日战争转入反攻阶段的1943年。Exxon公司BatonRouge率先实现了丁基橡胶规模化生产。投发市场。之后，德国，加拿大，法国，意大利等国家都相继采用＂淤浆法＂也就是以氯甲烷为稀释剂，再以H20－A1C13为引发体系，在低温负100摄氏度下，将异丁烯与少量异戊二烯通过阳离子共聚合制得丁基橡胶。而唯有前苏联［今俄罗斯］是釆用溶液法，也就是以烷基氯化铝与水的络合物为引发剂，在异戊烷中，于负90至负70摄氏度下，异丁烯和少量异戊二烯共聚而得丁基橡胶。溶液法生产的丁基橡胶，不足之处是分子链存在支化，与淤浆法工艺生产的丁基橡胶，综的性能还是有一定差距，但价格相対便宜一些。丁基橡胶合成工艺，看起来简单，但干起来却不将么简单，能生产的国家不多，迄今为止，龙头老大仍然是Exxon公司，几乎占世界产量一半，且性能好，品种齐全。我国也于上世纪六十年代，开始以溶剂法研发丁基橡胶，并于八十年代以淤浆法研发丁基橡胶聚合工艺。现我国己有燕山石化公司生产丁基橡胶。
丁基橡胶的性能，是由聚异丁烯主链结构及其不饱和度极低所决定。［仅为0.5％－0.33％］丁基橡胶分子链中侧甲基排列密集，限制了分子的热运动因此赋于众所周知的各种优良特点。如：透气率低，气密性好；热稳定性；；耐低温性；耐臭氧和耐老化性；耐水性；电绝缘性；抗辐射性和优良的阻尼性能。［笔者正是运用丁基橡胶后两种特殊性能，在上世纪承担研发成功由国防科工委和九院及903厂共同下达的重大核工业防护科研项目＂军工氚防护长臂手套产品＂，填补了我国在此领域的空白，为核工业安全防护提供保障，并达到了同类产品的国际水平。还有最近研发成功的装配在高端压缩机上的高阻尼吸能阻尼制品，其在高频，中频，低频三区域效果，均达到和超过国外进口同类产品水平。］
众所周知，随着人们对丁基橡胶发展和应用的需要，对其性能在不断改善和研发，丁基橡胶家族品种不断增多，丁基橡胶现己开发拥有衍生丁基橡胶，改性丁基橡胶，，热塑性丁基弹性体，如以溶液氯化或干胶混炼氯化等法制得的氯化丁基橡胶；以溶液法和干混炼法制得的溴化丁基橡胶；以丁基橡胶经磺化制得的磺化丁基橡胶；以丁基橡胶接枝马来酸酐制得的改性丁基橡胶；以异丁烯，异戊二烯和二乙烯基苯三元共聚交联丁基橡胶；由埃克森公司开发的低粘度级［SBB40］和高粘度级［SBB50］星型支化丁基橡胶；以及星型支化溴化丁基橡胶；分子量在35000－45000的低分子量丁基橡胶；以溴化羟甲基苯酚甲醛树酯使丁基橡胶与低密度聚乙烯或高密度聚乙烯相接枝的丁基热塑弹性体；以及丁基胶系热塑性硫化胶，还有我国自行研发的长链支化轻度交联的丁基橡胶［LCB］具有不冷流，生胶強度高，加工性能好，硫化胶回弹率高等特点，适合加工模压制品。丁基橡胶正如本文上述的优良的阻尼性能，气密性，耐热性，耐酸碱，耐臭氧，耐溶剂，电绝缘，减震吸能，低吸水，使得其广泛应用于内胎，水胎，气密性产品，防水建材，减震材料，防腐鉵制品，瓶塞，桥梁支承垫，码头的船护舷，橡胶水坝，防毒面具，食品口香糖基料，特种橡胶手套和防护气衣等方面。
笔者在半个多世纪的橡胶生涯中，在选用丁基橡胶加工制品中，初期，一般只是用于内胎，加工轮胎用气囊［水胎］药用瓶塞等，而在后期，则多用于军工，如防化兵用面具，66型手套，氚防护气衣和手套，空军代偿手套，而这一生产工艺就复杂了，因为它不是用丁基干橡胶能直接加工的。而是要把丁基橡胶，以特殊工艺转化为水性丁基乳液，制成为人造丁基胶乳，其工艺技术在上世纪五六十年代，只有一间中央国营的橡胶厂军工第六车间掌握，那时是绝密的。其人造丁基胶乳的生产工艺路线是把干的丁基橡胶溶于石油醚中先制成胶糊，再加上乳化剂使橡胶分子乳化于水中，再将溶剂蒸发回收，经浓缩，只剩下水溶性丁基胶乳。正是由于此套生产人造丁基胶乳工艺，使得笔者几项科研项目得以完成。
而在近来因市场所需高阻尼橡胶减震垫，丁基橡胶又作为首选胶种，特别是新近开发的高阻尼丁基橡胶HDIIR，它具有优良的阻尼减震性能，与氯化丁基橡胶并用，辅以特殊的阻尼配合剂和匹配的硫化体系，就能生产出高端阻尼橡胶制品，赶超国外同类产品己成现实，令人幸慰的是这一成果竟是在不起眼的小型民营橡胶企业完成的。
个人认为，常规丁基橡胶的基本配合和其它胶种基本差不多，大同小异。主要体系也不外乎是硫化体系，［含硫化和促进及活性剂］补強填充体系，增塑软化体系，防老体系，还可以根据需要加入着色剂，阻尼剂，防辐射剂等。但氯化丁基橡胶可以像氯丁橡胶那样以氧化锌作为硫化剂，辅以氧化镁，硬脂酸组成硫化体系。特别指出的是由于丁基橡胶不饱和度低，其硫化要较强的硫化体系，在硫化时间和温度上都要掌握好，否则会欠硫，产品不熟，性能达不到要求。丁基橡胶主要硫化方法有硫黄硫化；酚醛树酯硫化，二肟类硫化，对亚硝基化合物硫化，大部份各品种丁基橡胶不能用过氧化物硫化，因为过氧化物会促使丁基橡胶降解。但也有特殊，溴化丁基橡胶也可用过氧化物硫化。笔者实践经验认为：硫黄硫化体系若配合得当，其各项综合性能指标较好，酚醛树酯硫化的丁基橡胶在耐热方面占优势。
隨着汽车工业及工业领域的发展需求，丁基橡胶消费量在逐年增长，产品约有80％用于生产汽车无内胎轮胎，胶管及汽车配件，其它用于減震阻尼橡胶配件，胶粘剂，填缝胶，电器绝缘产品，人造丁基胶乳，口香糖，医疗制品，密封制品，和防水卷材等，目前我国生产的丁基橡胶，无论从生产规模，产品质量的稳定性以及品种的开发力度与先进国家还有一定差距，作为使用丁基橡胶的，橡胶人殷切希望中国制造出各类品种丁基橡胶，加快研发创新步伐，与时倶进，趕上先进水平，无愧于世界橡胶大国地位。从事橡胶产品设计和制造的技术人员，都要深刻去了解和学习丁基橡胶的性能，配合技巧，工艺特点和使用范围，使丁基橡胶能广泛地，更好地为建设美丽中国服务。
作者：武可迁
每日精彩内容，订阅吧！
橡胶技术网 - 专业的技术交流与服务平台！