2.6　丁腈橡膠

2.6.1　NBR是什么

丁腈橡膠（nitrile rubber，NBR）是由丁二烯（butadiene）和丙烯腈（acrylonitrile）兩種單體經乳液或溶液聚合而制得的一種高分子彈性體。目前，工業上所使用的NBR大都是由乳液法制得的普通NBR。圖2-17為蘭州石化產NBR3305。

20世紀60年代后期，出現了以溶液法聚合的交替共聚NBR，由于結構規整，能夠拉伸結晶，使拉伸強度、抗裂口展開性能及抗蠕變撕裂性能等都得到了提高。

2.6.2　NBR的分類品種

乳聚NBR種類繁多，通常依據丙烯腈含量、門尼黏度、聚合溫度等分為幾十個品種。根據用途不同又可分為通用型和特種型兩大類，其中特種型包括羧基丁腈橡膠（XNBR）、部分交聯型丁腈橡膠、丁腈和聚氯乙烯共沉膠、液體丁腈橡膠以及氫化丁腈橡膠（HNBR）等。

通常，NBR依據丙烯腈含量可分成以下五種類型，見表2-12。

對每個等級的NBR，一般可根據門尼黏度值的高低分成若干牌號。門尼黏度值低的（45左右），加工性能良好，可不經塑煉直接混煉，但力學性能，如強度、回彈性、壓縮永久變形等則比同等級門尼黏度值高的稍差；而門尼黏度值高的，則必須塑煉，方可混煉。

按聚合溫度可將NBR分為：熱聚NBR（聚合溫度25～50℃）和冷聚NBR（聚合溫度5～20℃）兩種。熱聚NBR的加工性能較差，表現為可塑性獲得較難，吃粉也較慢。而冷聚NBR，由于聚合溫度的降低，提高了反式-1，4結構的含量，凝膠含量和歧化程度得到降低，從而使加工性能得到改善，表現為加工時動力消耗較低，吃粉較快，壓延、壓出半成品表面光滑，尺寸較穩定，在溶劑中的溶解性能較好，并且還提高了力學性能。

國產NBR的牌號通常以四位數字表示，其中，前兩位數字表示丙烯腈含量低限值，第三位數字表示聚合條件和污染性（見表2-13），第四位數字表示門尼黏度十位數低限值。如NBR 2626，表示丙烯量含量為26%～30%，是軟丁腈橡膠，門尼黏度為65～80；NBR 3606，表示丙烯腈含量為36%～40%，是硬丁腈橡膠，有污染性，門尼黏度為65～79。

2.6.3　NBR的結構特點

乳液聚合法所制得的普通NBR分子結構為：

其中，丁二烯鏈節以反式-1，4結構為主，還有順式-1，4結構和1，2結構，如在28℃下聚合制得的含28%結合丙烯腈的橡膠，其微觀結構為：丁二烯順式-1，4結構含量為12.4%，反式-1，4結構含量為77.6%，1，2結構含量為10%。

由于丁二烯和丙烯無規共聚，分子結構不規整，是非結晶型橡膠；由于分子鏈上引入了強極性的氰基團，而成為極性橡膠，且丙烯腈含量越高，極性越強，分子間作用力越大，分子鏈柔性也越差；因分子鏈上存在雙鍵是不飽和橡膠，但雙鍵數目隨丙烯腈含量的提高而減少，即不飽和程度隨丙烯腈含量的提高而下降。

2.6.4　NBR的性能

2.6.4.1　NBR的物理性質

NBR為淺黃至棕褐色、略帶腋臭味的彈性體，圖2-18為南帝（NANCAR）NBR 3345外觀特點，其密度隨丙烯腈含量的增加而由0.945～0.999g/cm³不等，能溶于苯、甲苯、酯類、氯仿等芳香烴和極性溶劑。

丙烯腈的含量會對NBR的性能產生較大的影響，其關系見表2-14。

2.6.4.2　NBR的使用性能

①NBR的耐油性僅次于聚硫橡膠（T）和氟橡膠（FPM），而優于CR。由于氰基有較高的極性，因此丁腈橡膠對非極性和弱極性油類基本不溶脹，但對芳香烴和氯代烴油類的抵抗能力差。

②丁腈橡膠因含有丙烯腈結構，不僅降低了分子的不飽和程度，而且由于氰基的較強吸電子能力，使烯丙基位置上的氫比較穩定，故耐熱性優于NR/IR、BR以及SBR等通用橡膠，如圖2-19所示。若選擇適當配方，NBR最高使用溫度可達130℃，在熱油中可耐150℃高溫。

③NBR的極性，增大了分子間作用力，從而使耐磨性提高，其耐磨性比NR高30%～45%。

④NBR的極性以及反式-1，4結構，使其結構緊密，透氣率較低，它和IIR同屬于氣密性良好的橡膠。

⑤NBR因丙烯腈的引入而提高了結構的穩定性，因此耐化學腐蝕性優于NR，但對強氧化性酸的抵抗能力較差。

⑥NBR是非結晶型橡膠，無自補強性，純膠硫化膠的拉伸強度只有3.0～4.5MPa。因此，必須經補強后才有使用價值，炭黑補強硫化膠的拉伸強度（可達30MPa）優于SBR。

⑦NBR由于分子鏈柔性差，致使其硫化膠的彈性和耐寒性差（脆性溫度為-10～-20℃），變形生熱大；加之它的非結晶性，使其耐屈撓性、抗撕裂性較差。

⑧NBR的極性導致其成為半導膠，不易作電絕緣材料使用，其體積電阻率只有10⁸～l0⁹Ω·m，介電系數為7～12，為電絕緣性最差者。

⑨NBR因具不飽和性而易受到臭氧的破壞，加之分子鏈柔性差，使臭氧龜裂擴展速度較快。尤其制品在使用中與油接觸時，配合時加入的抗臭氧劑易被油抽出，造成防護臭氧破壞的能力下降，見圖2-20。

2.6.4.3　NBR的加工性能

NBR因分子量分布較窄，極性大，分子鏈柔性差，以及本身特定的化學結構，使之加工性能較差。具體表現為塑煉效果低，混煉操作較困難，塑煉、混煉加工中生熱高，壓延、壓出的收縮率和膨脹率大，成型時自黏性較差，硫化速率較NR和BR慢等。

2.6.5　NBR的應用

由于NBR具有良好的耐油性，因此廣泛用于各種耐油制品。其中，高丙烯腈NBR一般用于直接與油類接觸、耐油性要求比較高的制品，如油封、輸油膠管、化工容器襯里、墊圈等；中丙烯腈NBR一般用于普通耐油制品，如耐油膠管、油箱、印刷膠輥、耐油手套等；低丙烯腈NBR用于耐油性要求較低的制品，如低溫耐油制品和耐油減震制品等。

由于NBR具有半導性，因此可用于需要導出靜電，以免引起火災的地方，如紡織皮輥、皮圈、阻燃運輸帶等；NBR還可與其他橡膠或塑料并用以改善各方面的性能，最廣泛的是與聚氯乙烯（PVC）并用，以進一步提高它的耐油、耐臭氧老化性能。

此外，許多特種NBR，依其特性不同，又各有其專門用途，如XNBR，由于引入了丙烯酸結構，可提高強力、耐磨及黏合性能；部分交聯型丁腈橡膠，由于引入了二乙烯基苯，可改進加工性能，有利壓延、壓出操作，減少半成品的收縮率和膨脹率；HNBR在保持優異耐油性的基礎上，提高了耐熱性能，其耐熱性介于氯磺化聚乙烯（CSM）、氯醚橡膠（ECO）和三元乙丙橡膠（EPDM）之間，優于普通NBR（約高40℃），低溫性能優于丙烯酸酯橡膠（ACM），耐胺性和耐蒸氣性優于氟橡膠，與三元乙丙橡膠（EPDM）相似，壓縮永久變形性接近乙丙橡膠（EPR），壓出性能優于氟橡膠（FPM）。