2.6　丁腈橡胶

2.6.1　NBR是什么

丁腈橡胶（nitrile rubber，NBR）是由丁二烯（butadiene）和丙烯腈（acrylonitrile）两种单体经乳液或溶液聚合而制得的一种高分子弹性体。目前，工业上所使用的NBR大都是由乳液法制得的普通NBR。图2-17为兰州石化产NBR3305。

20世纪60年代后期，出现了以溶液法聚合的交替共聚NBR，由于结构规整，能够拉伸结晶，使拉伸强度、抗裂口展开性能及抗蠕变撕裂性能等都得到了提高。

2.6.2　NBR的分类品种

乳聚NBR种类繁多，通常依据丙烯腈含量、门尼黏度、聚合温度等分为几十个品种。根据用途不同又可分为通用型和特种型两大类，其中特种型包括羧基丁腈橡胶（XNBR）、部分交联型丁腈橡胶、丁腈和聚氯乙烯共沉胶、液体丁腈橡胶以及氢化丁腈橡胶（HNBR）等。

通常，NBR依据丙烯腈含量可分成以下五种类型，见表2-12。

对每个等级的NBR，一般可根据门尼黏度值的高低分成若干牌号。门尼黏度值低的（45左右），加工性能良好，可不经塑炼直接混炼，但力学性能，如强度、回弹性、压缩永久变形等则比同等级门尼黏度值高的稍差；而门尼黏度值高的，则必须塑炼，方可混炼。

按聚合温度可将NBR分为：热聚NBR（聚合温度25～50℃）和冷聚NBR（聚合温度5～20℃）两种。热聚NBR的加工性能较差，表现为可塑性获得较难，吃粉也较慢。而冷聚NBR，由于聚合温度的降低，提高了反式-1，4结构的含量，凝胶含量和歧化程度得到降低，从而使加工性能得到改善，表现为加工时动力消耗较低，吃粉较快，压延、压出半成品表面光滑，尺寸较稳定，在溶剂中的溶解性能较好，并且还提高了力学性能。

国产NBR的牌号通常以四位数字表示，其中，前两位数字表示丙烯腈含量低限值，第三位数字表示聚合条件和污染性（见表2-13），第四位数字表示门尼黏度十位数低限值。如NBR 2626，表示丙烯量含量为26%～30%，是软丁腈橡胶，门尼黏度为65～80；NBR 3606，表示丙烯腈含量为36%～40%，是硬丁腈橡胶，有污染性，门尼黏度为65～79。

2.6.3　NBR的结构特点

乳液聚合法所制得的普通NBR分子结构为：

其中，丁二烯链节以反式-1，4结构为主，还有顺式-1，4结构和1，2结构，如在28℃下聚合制得的含28%结合丙烯腈的橡胶，其微观结构为：丁二烯顺式-1，4结构含量为12.4%，反式-1，4结构含量为77.6%，1，2结构含量为10%。

由于丁二烯和丙烯无规共聚，分子结构不规整，是非结晶型橡胶；由于分子链上引入了强极性的氰基团，而成为极性橡胶，且丙烯腈含量越高，极性越强，分子间作用力越大，分子链柔性也越差；因分子链上存在双键是不饱和橡胶，但双键数目随丙烯腈含量的提高而减少，即不饱和程度随丙烯腈含量的提高而下降。

2.6.4　NBR的性能

2.6.4.1　NBR的物理性质

NBR为浅黄至棕褐色、略带腋臭味的弹性体，图2-18为南帝（NANCAR）NBR 3345外观特点，其密度随丙烯腈含量的增加而由0.945～0.999g/cm³不等，能溶于苯、甲苯、酯类、氯仿等芳香烃和极性溶剂。

丙烯腈的含量会对NBR的性能产生较大的影响，其关系见表2-14。

2.6.4.2　NBR的使用性能

①NBR的耐油性仅次于聚硫橡胶（T）和氟橡胶（FPM），而优于CR。由于氰基有较高的极性，因此丁腈橡胶对非极性和弱极性油类基本不溶胀，但对芳香烃和氯代烃油类的抵抗能力差。

②丁腈橡胶因含有丙烯腈结构，不仅降低了分子的不饱和程度，而且由于氰基的较强吸电子能力，使烯丙基位置上的氢比较稳定，故耐热性优于NR/IR、BR以及SBR等通用橡胶，如图2-19所示。若选择适当配方，NBR最高使用温度可达130℃，在热油中可耐150℃高温。

③NBR的极性，增大了分子间作用力，从而使耐磨性提高，其耐磨性比NR高30%～45%。

④NBR的极性以及反式-1，4结构，使其结构紧密，透气率较低，它和IIR同属于气密性良好的橡胶。

⑤NBR因丙烯腈的引入而提高了结构的稳定性，因此耐化学腐蚀性优于NR，但对强氧化性酸的抵抗能力较差。

⑥NBR是非结晶型橡胶，无自补强性，纯胶硫化胶的拉伸强度只有3.0～4.5MPa。因此，必须经补强后才有使用价值，炭黑补强硫化胶的拉伸强度（可达30MPa）优于SBR。

⑦NBR由于分子链柔性差，致使其硫化胶的弹性和耐寒性差（脆性温度为-10～-20℃），变形生热大；加之它的非结晶性，使其耐屈挠性、抗撕裂性较差。

⑧NBR的极性导致其成为半导胶，不易作电绝缘材料使用，其体积电阻率只有10⁸～l0⁹Ω·m，介电系数为7～12，为电绝缘性最差者。

⑨NBR因具不饱和性而易受到臭氧的破坏，加之分子链柔性差，使臭氧龟裂扩展速度较快。尤其制品在使用中与油接触时，配合时加入的抗臭氧剂易被油抽出，造成防护臭氧破坏的能力下降，见图2-20。

2.6.4.3　NBR的加工性能

NBR因分子量分布较窄，极性大，分子链柔性差，以及本身特定的化学结构，使之加工性能较差。具体表现为塑炼效果低，混炼操作较困难，塑炼、混炼加工中生热高，压延、压出的收缩率和膨胀率大，成型时自黏性较差，硫化速率较NR和BR慢等。

2.6.5　NBR的应用

由于NBR具有良好的耐油性，因此广泛用于各种耐油制品。其中，高丙烯腈NBR一般用于直接与油类接触、耐油性要求比较高的制品，如油封、输油胶管、化工容器衬里、垫圈等；中丙烯腈NBR一般用于普通耐油制品，如耐油胶管、油箱、印刷胶辊、耐油手套等；低丙烯腈NBR用于耐油性要求较低的制品，如低温耐油制品和耐油减震制品等。

由于NBR具有半导性，因此可用于需要导出静电，以免引起火灾的地方，如纺织皮辊、皮圈、阻燃运输带等；NBR还可与其他橡胶或塑料并用以改善各方面的性能，最广泛的是与聚氯乙烯（PVC）并用，以进一步提高它的耐油、耐臭氧老化性能。

此外，许多特种NBR，依其特性不同，又各有其专门用途，如XNBR，由于引入了丙烯酸结构，可提高强力、耐磨及黏合性能；部分交联型丁腈橡胶，由于引入了二乙烯基苯，可改进加工性能，有利压延、压出操作，减少半成品的收缩率和膨胀率；HNBR在保持优异耐油性的基础上，提高了耐热性能，其耐热性介于氯磺化聚乙烯（CSM）、氯醚橡胶（ECO）和三元乙丙橡胶（EPDM）之间，优于普通NBR（约高40℃），低温性能优于丙烯酸酯橡胶（ACM），耐胺性和耐蒸气性优于氟橡胶，与三元乙丙橡胶（EPDM）相似，压缩永久变形性接近乙丙橡胶（EPR），压出性能优于氟橡胶（FPM）。