丁基橡膠的性能和應用

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在合成橡膠分類中，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臭無味的白色彈性體。我們日�？诶锝赖目谙闾�，還和它有關哩。它有一個鮮為人知的英文名，叫butyi。rubber，而在橡膠專業術語中叫IIR，是IsopreneRubber的縮寫。它的發展始于對聚異丁烯的合成研究，距今己有一百四十多年歷史。而正式投入工業化生產時間，則是在筆者剛上小學一年級的上世紀四十年代，也就是二戰抗日戰爭轉入反攻階段的1943年。Exxon公司BatonRouge率先實現了丁基橡膠規�；�生產。投發市場。之后，德國，加拿大，法國，意大利等國家都相繼采用＂淤漿法＂也就是以氯甲烷為稀釋劑，再以H20－A1C13為引發體系，在低溫負100攝氏度下，將異丁烯與少量異戊二烯通過陽離子共聚合制得丁基橡膠。而唯有前蘇聯［今俄羅斯］是釆用溶液法，也就是以烷基氯化鋁與水的絡合物為引發劑，在異戊烷中，于負90至負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，與淤漿法工藝生產的丁基橡膠，綜的性能還是有一定差距，但價格相対便宜一些。丁基橡膠合成工藝，看起來簡單，但干起來卻不將么簡單，能生產的國家不多，迄今為止，龍頭老大仍然是Exxon公司，幾乎占世界產量一半，且性能好，品種齊全。我國也于上世紀六十年代，開始以溶劑法研發丁基橡膠，并于八十年代以淤漿法研發丁基橡膠聚合工藝�，F我國己有燕山石化公司生產丁基橡膠。

　　丁基橡膠的性能，是由聚異丁烯主鏈結構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甲基排列密集，限制了分子的熱運動因此賦于眾所周知的各種優良特點。如：透氣率低，氣密性好；熱穩定性；；耐低溫性；耐臭氧和耐老化性；耐水性；電絕緣性；抗輻射性和優良的阻尼性能。［筆者正是運用丁基橡膠后兩種特殊性能，在上世紀承擔研發成功由國防科工委和九院及903廠共同下達的重大核工業防護科研項目＂軍工氚防護長臂手套產品＂，填補了我國在此領域的空白，為核工業安全防護提供保障，并達到了同類產品的國際水平。還有最近研發成功的裝配在高端壓縮機上的高阻尼吸能阻尼制品，其在高頻，中頻，低頻三區域效果，均達到和超過國外進口同類產品水平。］

　　眾所周知，隨著人們對丁基橡膠發展和應用的需要，對其性能在不斷改善和研發，丁基橡膠家族品種不斷增多，丁基橡膠現己開發擁有衍生丁基橡膠，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；以丁基橡膠經磺化制得的磺化丁基橡膠；以丁基橡膠接枝馬來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丁基橡膠；由埃克森公司開發的低粘度級［SBB40］和高粘度級［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，還有我國自行研發的長鏈支化輕度交聯的丁基橡膠［LCB］具有不冷流，生膠強度高，加工性能好，硫化膠回彈率高等特點，適合加工模壓制品。丁基橡膠正如本文上述的優良的阻尼性能，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，使得其廣泛應用于內胎，水胎，氣密性產品，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氣衣等方面。

　　筆者在半個多世紀的橡膠生涯中，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，氚防護氣衣和手套，空軍代償手套，而這一生產工藝就復雜了，因為它不是用丁基干橡膠能直接加工的。而是要把丁基橡膠，以特殊工藝轉化為水性丁基乳液，制成為人造丁基膠乳，其工藝技術在上世紀五六十年代，只有一間中央國營的橡膠廠軍工第六車間掌握，那時是絕密的。其人造丁基膠乳的生產工藝路線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，再將溶劑蒸發回收，經濃縮，只剩下水溶性丁基膠乳。正是由于此套生產人造丁基膠乳工藝，使得筆者幾項科研項目得以完成。

　　而在近來因市場所需高阻尼橡膠減震墊，丁基橡膠又作為首選膠種，特別是新近開發的高阻尼丁基橡膠HDIIR，它具有優良的阻尼減震性能，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，就能生產出高端阻尼橡膠制品，趕超國外同類產品己成現實，令人幸慰的是這一成果竟是在不起眼的小型民營橡膠企業完成的。

　　個人認為，常規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，［含硫化和促進及活性劑］補強填充體系，增塑軟化體系，防老體系，還可以根據需要加入著色劑，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，其硫化要較強的硫化體系，在硫化時間和溫度上都要掌握好，否則會欠硫，產品不熟，性能達不到要求。丁基橡膠主要硫化方法有硫黃硫化；酚醛樹酯硫化，二肟類硫化，對亞硝基化合物硫化，大部份各品種丁基橡膠不能用過氧化物硫化，因為過氧化物會促使丁基橡膠降解。但也有特殊，溴化丁基橡膠也可用過氧化物硫化。筆者實踐經驗認為：硫黃硫化體系若配合得當，其各項綜合性能指標較好，酚醛樹酯硫化的丁基橡膠在耐熱方面占優勢。

　　隨著汽車工業及工業領域的發展需求，丁基橡膠消費量在逐年增長，產品約有80％用于生產汽車無內胎輪胎，膠管及汽車配件，其它用于減震阻尼橡膠配件，膠粘劑，填縫膠，電器絕緣產品，人造丁基膠乳，口香糖，醫療制品，密封制品，和防水卷材等，目前我國生產的丁基橡膠，無論從生產規模，產品質量的穩定性以及品種的開發力度與先進國家還有一定差距，作為使用丁基橡膠的，橡膠人殷切希望中國制造出各類品種丁基橡膠，加快研發創新步伐，與時倶進，趕上先進水平，無愧于世界橡膠大國地位。從事橡膠產品設計和制造的技術人員，都要深刻去了解和學習丁基橡膠的性能，配合技巧，工藝特點和使用范圍，使丁基橡膠能廣泛地，更好地為建設美麗中國服務。

作者：武可遷