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1.4 饱和碳链合成橡胶

这类橡胶主要包括乙丙橡胶、丁基橡胶及卤化丁基橡胶和氢化丁腈橡胶等。

1.4.1 乙丙橡胶(EPR)

乙烯与适量的丙烯采用钒-铝引发体系进行配位聚合,可形成弹性体,称作乙丙橡胶。二元乙丙橡胶是指仅由乙烯和丙烯共聚而成的橡胶,其结构如下:

EPR主链上没有双键,具有优异的耐老化性能,但是不能像常见的二烯烃类橡胶采用硫黄来硫化,只能用过氧化物来交联,硫化较为困难。

为了提高二元乙丙橡胶的硫化性能,可以在体系中共聚少量的第三单体,常用的第三单体为非共轭二烯,通常是桥环结构,而且环中至少有一双键,如乙叉降冰片烯、亚甲基降冰片烯、双环戊二烯、己 -1,4 二烯和环辛二烯等,结构分别如下所示:

得到的乙丙橡胶称为三元乙丙橡胶(EPDM),其分子链上存在少量不饱和双键,可以采用硫黄进行交联。根据第三单体的不同,市面上最常见的三元乙丙橡胶有E型(第三单体为乙叉降冰片烯)、D型(第三单体为双环戊二烯)和H型(第三单体为己 -1,4 -二烯),结构式分别如下所示:

乙丙橡胶中,乙烯和丙烯的含量对共聚物的性能具有较大的影响,一般含有60%~70%(摩尔百分比)乙烯的共聚物是较好的弹性体,例如,含70%乙烯的乙丙橡胶的玻璃化温度约为-58℃,有良好的弹性。随着乙烯含量的增加,生胶强度增大,弹性降低,结晶倾向增加。

三元乙丙橡胶中,第三单体约占单体总量的3%,有些特种胶可以含11.4%甚至更多。工业上对三元乙丙橡胶的不饱和度主要以碘值来表示,碘值范围为6~30 g I 2 /g的三元乙丙橡胶才能保证一定的硫化速度。

虽然乙丙橡胶硫化速度慢、粘结性能较差,但具有耐老化、耐臭氧、耐化学品、比重小(0.86~0.87 g/cm 3 )、电绝缘性能好等优点,广泛应用于需要耐老化、耐水、耐腐蚀和电气绝缘的领域,如防腐衬里、密封垫圈、电线、电缆及家用电器配件等。

1.4.2 丁基橡胶(IIR)

将异丁烯与少量异戊二烯在-100℃下的AlCl 3 -CHCl 3 体系中进行共聚,生成了不溶于CHCl 3 的丁基橡胶,并以细粉状沉析出来。丁基橡胶呈线形结构,两单元头尾连接,无规分布,异戊二烯以反式1,4 结构为主,结构式为:

其中,异戊二烯单元残留的双键可供交联使用,因此习惯把异戊二烯单元含量称作不饱和度,一般在0.6%~3.0%。

丁基橡胶的特点是气密性优异,是通用橡胶中气密性最好的橡胶,耐热老化,耐臭氧,适宜于制作内胎、胎侧、内衬、胶囊、气密层及胶管、密封胶等。但是硫化不能采用过氧化物体系,会导致分子链断链,而采用硫黄体系则硫化速度慢,与其他橡胶的相容性较差,自粘性和互粘性都不好,得到的硫化胶的弹性和强度都较差。

为了提高丁基橡胶的硫化速度,提高与其他橡胶的相容性,特别是与不饱和橡胶的相容性,改善自粘性和互粘性,工业界中对丁基橡胶进行卤化取代处理,包括氯化和溴化,分别得到氯化丁基橡胶(CIIR)和溴化丁基橡胶(BIIR)。其中,氯化的含氯量一般在1.1%~1.3%,溴化的含溴量在2%左右,卤化取代主要反应在异戊二烯链节双键的α位上,结构如下:

异丁烯与其他二烯烃的共聚物也称丁基橡胶,还可以制成三元胶,添加环戊二烯作第三单体进行共聚,可提高丁基橡胶的耐臭氧性能。

1.4.3 氢化丁腈橡胶(HNBR)

氢化丁腈橡胶是将乳液聚合得到的丁腈橡胶溶解在溶剂中,在一定的温度、压力和催化剂作用下,进行“选择性氢化”生成高度饱和的丁腈橡胶。一般氢化丁腈橡胶中氢化程度在85%~88%,腈基含量在17%~50%,门尼粘度在50~100。目前商品化的HNBR主要有日本Zeon公司的Zetpol和拜耳公司Therban系列,其结构式如下所示:

HNBR具有极好的应力-应变性能、耐磨性、低温性能和液体阻隔性能,其主要用于汽车工业中的同步调速带,也可以用于汽车的动力方向盘、空气调节系统和燃油系统、航空、油田及食品包装等领域。

1.4.4 聚丙烯酸酯橡胶(ACM)

聚丙烯酸酯橡胶是由丙烯酸酯、丙烯腈和少量第三单体共聚得到的一类饱和碳链极性橡胶,常用的丙烯酸酯单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸甲氧基乙基酯,结构如下:

聚丙烯酸酯橡胶由于含有极性的丙烯酸酯基团和腈基,因此具有优异的耐油性能,特别是耐含氯、硫、磷化合物为主的极压剂,耐热性次于硅橡胶和氟橡胶,可耐175~200℃的高温;缺点是强度和耐水性差,耐低温性能差。常用于自动传送、发动机垫片、动力转向装置。

乙烯-丙烯酸酯类橡胶(AEM)是由乙烯、甲基丙烯酸甲酯以及少量可供在聚合中作为硫化点的第三种羧基单体组成的三元共聚物,具有耐热性、耐油性和耐低温性能等优点,其结构式如下:

延伸阅读 :AEM的产品牌号及其用途,请扫本章末尾的二维码浏览(P23)。

1.4.5 氟橡胶

氟橡胶是指一组分子链侧基含氟的弹性体,有10种,其中普遍使用的是偏氟乙烯与全氟丙烯或再加上四氟乙烯的共聚物。我国称这类胶为26型氟橡胶,杜邦公司称其为Viton型氟橡胶,结构如下:

氟橡胶的耐高温性能在现有的橡胶材料中是最高的,可在250℃下长期工作,320℃下短期工作;其耐油性也是现有的橡胶材料中最好的;并具备最好的耐化学药品性及腐蚀介质性,可耐王水的腐蚀;具备离火自熄,有着良好的阻燃性;具备耐真空性(真空度可达1.33×10 -7 ~1.33×10 -8 Pa)。但是,氟橡胶的弹性较差,耐低温性及耐水等极性物质性能不好。近年来杜邦公司开发的全氟醚橡胶改善了耐低温性能,Viton G型橡胶改善了耐水性并适合在含醇的燃料中工作。

26型氟橡胶一般用亲核试剂交联,例如N,N'双亚肉桂基 1,6 -己二胺,即3#硫化剂,结构如下:

配合剂中一般要用吸酸剂(常用氧化镁),填料常用中粒子热裂法炭黑(MT)、煤粉和无机填料等。加工过程需要二段硫化,目的在于除去低分子物质,进一步完善交联,提高抗压缩永久变形性能等。 1lL6/ZyFy85caS8kbLfn5uQVizJPlYfiTydztCcJggImpBSqG7/CtNJCCacFhaHF

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