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目录1丁腈橡胶的聚合工艺流程图………………………………………12丁腈橡胶的分类……………………………………………………23结构与硫化胶性能的关系…………………………………………33.1丁腈橡胶的结构……………………………………………33.2结合丙烯腈量与基本性能的关系………………………33.3基本性能与相对分子质量及其分布的关系………………43.4基本性能与橡胶交联度的关系…………………………53.5相对分子质量及其分布对加工性能的影响………………54兰州石化现有丁腈橡胶品种及国内现用NBR对照…………65兰州石化主要牌号丁腈橡胶的性能………………………………85.1耐油性能……………………………………………………75.2耐寒性能……………………………………………………85.3耐热老化性能………………………………………………85.4耐透气性……………………………………………………95.5耐磨性能……………………………………………………96兰州石化丁腈橡胶配合……………………………………………96.1标准配方下兰州石化丁腈橡胶的硫化曲线及应力-应变曲线………………………………………………………………106.2不同硫化体系对丁腈橡胶性能的影响……………………116.3丁腈橡胶的补强与填充……………………………………196.4增塑体系……………………………………………………296.5防老化体系…………………………………………………3427NBR的加工工艺……………………………………………………403丁腈橡胶（NBR）是目前消耗量最大的特种橡胶之一。由于其耐油性好，物理机械性能优异，已被广泛的应用于生产各种耐油制品，如O型圈、软皮管、垫圈、油罐衬里、印刷消耗品、印刷滚筒、绝缘面垫板、硬橡胶零件、耐油鞋底、织物涂层、泵的叶轮、油井刷布、管螺纹保护层、电线包覆层、粘合剂、橡胶手套、食品包装用薄膜等方面。目前，世界上有30多个国家生产NBR，品种、牌号多达300多个，生产能力为58万/年。我国使用NBR的制品企业有300多家，几乎所有的胶管厂和制品厂都数量不等的使用NBR。兰州石化目前有两套NBR生产装置，一套是公司于50年代末从原苏联引进、60年代初建成投产的NBR硬胶生产装置，原设计能力0.15万吨/年，历经改造，现生产能力已达0.4万吨/年，可生产NBR-1704、NBR-2707和NBR-3604三个牌号产品；另一套是1.5万吨/年NBR生产装置，它采用日本Zeon公司低温聚合生产装置，可生产N-21、N-31、N-32、N-41、DN-003、DN-214、DN-401、DN-631和N-34等九个牌号的NBR产品,目前生产能力已达到2万吨/年。11丁腈橡胶的聚合工艺流程图22丁腈橡胶的分类丁腈橡胶根据应用范围、组成、结合丙烯腈量、门尼粘度等进行分类。(1)根据应用范围可分为通用型和特种丁腈橡胶。通用型丁腈橡胶包括热聚丁腈橡胶、冷聚丁腈橡胶；特种丁腈橡胶包括羧基丁腈橡胶、部分交联丁腈橡胶、丁腈和聚氯乙烯共混胶、液体丁腈橡胶、粉末、充油等丁腈橡胶。(2)根据结合丙烯腈量分类丁腈橡胶中的结合丙烯腈量一般在15~50%的范围，按结合丙烯腈量分类可分为如下五种：极高丙烯腈丁腈橡胶丙烯腈43%以上高丙烯腈丁腈橡胶丙烯腈36~42%中高丙烯腈丁腈橡胶丙烯腈31~35%中丙烯腈丁腈橡胶丙烯腈25~31%低丙烯腈丁腈橡胶丙烯腈25%以下(3)根据分子量和门尼粘度分类丁腈橡胶的分子量一般可由1000（如液体丁腈橡胶）到几十万（如固体丁腈橡胶）。除液体橡胶外，丁腈橡胶的门尼粘度大致在20～140之间，其中45左右者称为低门尼粘度，60左右者称为中门尼粘度，80以上者称为高门尼粘度。(4)按物理形态分类有块状、片状、粉末状或颗粒状和液态等。(5)按加工、使用性能分类有通用型、易加工型、易溶解型、部分交联型、对金属不腐蚀型、助剂型、羧基丁腈型、聚氯乙烯改性型、与树脂并用型以及聚稳丁腈橡胶等品种。(6)按防老剂分类有污染型、微污染型和非污染型。3结构与硫化胶性能的关系3.1丁腈橡胶的结构丁腈橡胶（NBR）是以丁二烯和丙烯腈为单体，采用乳液聚合方法，通过自由基反应历程制得的无规共聚物。其代表性结构为：—3.2结合丙烯腈量与基本性能的关系CN—CH2—CH＝CH—CH2—CH—CH2—目前市场上流通的NBR结合丙烯腈量大体可分为极高腈（42％～53%），高腈（35％～41%），中高腈（28％～34%），中腈（24％～27%）和低腈（16％～23%）5种。NBR中结合丙烯腈量增加时，其分子极性增加，玻璃化温度（Tg）和溶解度参数（Sp）提高，对NBR的性能也产生重大影响，如对溶剂的稳定性提高（见表3-1），耐磨性和气密性改善；耐寒性、回弹性及压缩永久变形性能下降（见表3-2、3-3、3-4）；另外，随着结合丙烯腈量的增加，丁腈橡胶的拉伸强度、弹性模量、抗撕裂强度和硬度均增大，而扯断伸长率下降；化学稳定性和耐热性提高；硫化速度加快，门尼焦烧时间变短；流动性和动态力学性能变差；与PVC的相容性变好。34表3-1溶剂稳定性与结合丙烯腈量的关系结合丙烯腈量，%28333855溶剂溶胀度，%异辛烷（20d,20℃）4.31.60.50.0异辛烷/甲苯＝70/30（20d,20℃）29.023.318.511.2异辛烷/甲苯＝70/30（20d,50℃）30.224.018.611.3异辛烷/甲苯＝50/50（20d,20℃）43.835.230.718.3异辛烷/甲苯＝50/50（20d,50℃）50.840.731.320.1表3-2耐寒性与结合丙烯腈量的关系结合丙烯腈量，%玻璃化温度Tg，℃脆性温度Tb，℃结合丙烯腈量，%玻璃化温度Tg，℃脆性温度Tb，℃0--8033-37～-39-3320-56-5537-34-26.522-52-49.539-26～-33-2326-52-4740-22-29-46-4652-16-16.530-41-38表3-3丁腈橡胶的回弹性与结合丙烯腈量的关系*结合丙烯腈量，%1928343949回弹性，%403424127*基本配方下进行试验表3-4压缩永久变形与结合丙烯腈量的关系*结合丙烯腈量，%283339压缩永久变形，%343642*基本配方下进行试验，125℃×72h3.3基本性能与相对分子质量及其分布的关系NBR的数均相对分子质量的数量级通常为105，与典型的乳聚丁苯橡胶相近。NBR的分子量增大时，拉伸强度、弹性模量和门尼5粘度均增加，可塑性降低，加工性能变差。相对分子质量较高的NBR在无模具硫化时尺寸稳定性较好，能充入较多的填料和增塑剂，且不易夹裹气泡。分子量较低的NBR则易于加工，混炼过程中生热小，易于压延和挤出。不同牌号的NBR的分子量分布差异较大。分布宽时，可塑性及加工性能改善,但过宽时，拉伸强度和弹性模量等性能下降。硫化胶的溶胀和低温性能实际上不受生胶相对分子质量的影响。兰州石化生产的两个牌号NBR的相对分子质量及其分布如表3-5所示。表3-5NBR的相对分子质量及其分布①牌号￣MW×10-4￣Mn×10-4￣MW/￣MnN3223.418.752.68N4146.227.256.37①用Waters150c型GPC测定，流动相溶剂用四氢呋喃，溶解温度为40℃3.4基本性能与橡胶交联度的关系在聚合体系中加入约1份交联剂，可制得部分交联的NBR。提高聚合单体的转化率也可使NBR产生交联。例如工业生产中，N32的单体转化率控制在71%，N41的单体转化率控制在86%，后者即有较高的凝胶量。部分交联的NBR与NBR并用，可使挤出、压延制品和在无模具硫化过程中的尺寸稳定性得到改善，这种并用胶压缩永久变形较小，耐溶胀性较好；但硫化胶的拉伸强度、撕裂强度，扯断伸长率及回弹性等性能受到不利影响，刚性和硬度增高。3.5相对分子质量及其分布对加工性能的影响6丁腈橡胶的分子量可由几千到几十万，前者为液体丁腈橡胶，后者为固体丁腈橡胶。工业生产中常用门尼粘度来表示分子量的大小，通用型丁腈橡胶的门尼粘度（ML（1+4）100℃）一般在30～130之间。分子量和分子量分布对橡胶性能有一定的影响。当丁腈橡胶分子量大时，由于分子间的作用力增加，大分子链不易移动，拉伸强度和弹性等物理机械性能较好，可塑性降低，加工性变差；当分子量分布较宽时，由于低分子量组分的存在，使分子间的作用力相对减弱，分子链易于移动，故改进了可塑性，加工性较好。但分子量分布过宽时，低分子量组分数目必然较多，游离的末端数目也就很多，由于分子末端对橡胶弹性没有贡献，而使拉伸强度和弹性等物理机械性能受损害。因此，聚合时必须控制适当的分子量和分子量分布。4兰州石化现有丁腈橡胶品种表4-1兰州石化现有丁腈橡胶品种及特征牌号等级结合丙烯腈量，%门尼粘度（ML（1+4）100℃）特征及应用N41优等品一等品合格品28.0～30.028.0～30.027.0～31.072～82高门尼粘度，中低结合丙烯腈量，回弹性和压缩永久形变优异。适用于汽车、火车、油田及其他工业机械的耐油部件和胶辊。N41L优等品一等品合格品28.0～30.028.0～30.027.0～31.062～72易加工型N41。N32优等品一等品合格品32.5～34.532.5～34.531.0～34.546～56具有良好的混炼、压延和挤出性能，胶料收缩率低，物理机械性能优异。适用于胶管、油封、胶辊等耐油制品、改性PVC等。DN401优等品一等品合格品17.0～19.017.0～19.016.0～20.072～8272～8267～87低温性能优异，硫化速度快。适用于寒冷地区机械工业上的耐油橡胶件。N21优等品一等品合格品39.5～41.539.5～41.539.0～42.077.5～87.5高门尼粘度，易加工，具有较好的物理机械性能及耐油性、耐水性和气密性。适用于石油钻探、7燃料油管、油封、胶辊、汽车部件等。N21L优等品一等品合格品39.5～41.539.5～41.539.0～42.050～6050～6048～62易加工型N21。N32H优等品一等品合格品32.5～34.532.5～34.532.5～35.548～56易加工型N32。DN21432.0～35.070～80交联型中高丙烯腈橡胶，胶料收缩性小。可作为ABS和PVC树脂改性剂。DN63132.0～35.045～55含羟基型NBR，极性强，耐磨耗性能优异。适用于高强度耐磨制品及树脂改性和粘合剂。N3432.0～35.070～85含羟基型NBR，极性强，耐磨耗性能优异。适用于高强度耐磨制品及树脂改性和粘合剂。NBR/PVC共沉胶23.0～27.060～70NBR/PVC为70/30，耐臭氧、耐磨耗性能优异。适用于电线电缆、油管、耐油输送带、鞋底及发泡制品。5兰州石化主要牌号丁腈橡胶的性能5.1耐油性能NBR因结合丙烯腈而具有极性，因此对非极性和弱极性油类与溶剂具有优异的抗耐性，结合丙烯腈量越高，耐油性越好。表5-1兰州石化NBR耐油性能*（体积变化率，%）N21N32N41DN401ASTM1#油+28+41+53+82ASTM3#油+49+76+96+141*试验条件：150℃×8h因此，兰州石化NBR产品的耐油性从优到一般依次为：N21、N32、N41、DN401。5.2耐寒性能丁腈橡胶的耐寒性比天然橡胶等通用橡胶差，随着结合丙烯腈量增加，其耐寒性随之变差。表5-2兰州石化NBR的玻璃化温度、脆性温度NBR玻璃化温度，℃脆性温度，℃DN401-52-49.5N41-46-46N32-37~-39-33N21-26~-33-235.3耐热老化性能丁腈橡胶因含有结合丙烯腈，其腈基吸电子性较强，使烯丙基位置上的氢比较稳定，故耐热性较天然橡胶等通用橡胶要好。烯丙基含量增加，有助于改进耐热性，结合丙烯腈量31%以上的丁腈橡胶，若选用适当的配方，制品可在120℃下使用，甚至在90℃的热油中浸泡70小时，仍保持较好的屈挠性。表5-3兰州石化NBR的老化性能*硬度变化，