Nitrilbutadiēnkaučuks: īpašības, ražošana, pielietojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Nitrilbutadiēna gumija (NBR) ir galvenā izejviela dažādu veidu gumijas ražošanai ar optimālu izturību. Tas ir sintētisks polimēru materiāls, ko iegūst, kopolimerizējot butadiēnu ar akrilnitrilu (NAC). To var saukt par nitrila, divinilnitrila, butadiēna-akrilnitrila gumiju vai butakrilu. Starptautiskajā apzīmējumā šis materiāls ir apzīmēts ar NBR (nitrilbutadierubber), vietējā apzīmējumā - SKN (nitrila sintētiskā gumija).

Attiecīgā gadījumā

Šis gumijas veids visbiežāk tiek izmantots tajās nozarēs, kur svarīga ir gumijas izstrādājumu optimāla izturība pret ķīmiski agresīvu vidi. Liela nozīme ir tādām butadiēna-nitrilkaučuka īpašībām kā augsta elastība un neliela paliekoša deformācija. Šis materiāls ir plaši izplatītsizmanto gumijas elementu ražošanā, kuriem ir tiešs kontakts ar ķīmiski aktīviem materiāliem - tie var būt visa veida blīves, eļļas blīves, gumijas kompensatori, degvielas un eļļas šļūtenes, piedziņas siksnas, degvielas tvertnes automašīnām, aviācijas un naftas rūpniecībai, drukas ofsets šķīvji un citi izstrādājumi.

Izstrādājumi uz šīs gumijas bāzes neuzbriest eļļainos šķidrumos, antifrīzā un ūdenī. No dažiem šādu materiālu veidiem tiek izgatavots elektrisko vadu apvalks un gumijas cimdi, kuriem ir īpaša izturība un nodilumizturība. To izmanto dažādu līmju, hermētiķu un poliuretāna putu ražošanā. Gumija ir pamats līmju ražošanā.

Kad un no kurienes radās šī gumija?

Butadiēna-nitrilkaučuka iegūšana tika reģistrēta 1934. gadā Vācijā. Tajā laikā vācu zinātnieki radīja materiālu, kas ir unikāls pēc tā īpašībām un patentēja to ar nosaukumu Buna-N. Otrā pasaules kara laikā jaunais materiāls bija ļoti pieprasīts militārajā rūpniecībā.

Dabīgo izejvielu trūkuma dēļ ASV augstākā vadība uzsāka īpašu programmu, kas paredz aktīvu butadiēna-nitrila gumijas un citu gumijas izstrādājumu sintētisko izejvielu ražošanas attīstību. Šīs programmas ietvaros ražoto materiālu sauca par GR-N. Līdz šim BNR ir kļuvusi par vienu no visvairāk pieprasītajām speciālajām gumijām. Tas tiek ražots vairāk nekā 20 valstīs visā pasaulē.

NBR ražošana

Šis materiāla veids tiek iegūts konstruktīvas polimerizācijas rezultātā ūdens emulsijā. Process tiek veikts gan augstā, gan zemā temperatūrā. Galvenie monomēri to ražošanai ir butadiēns-1, 3 un akrilskābes nitrils (NAC), kas sajaukti noteiktā proporcijā. Šīs vielas nav atkarīgas no temperatūras. Ņemot vērā nejaušās kopolimerizācijas likumus, jāatzīmē, ka šim monomēru tandēmam vajadzētu būt azeotropa sastāva īpašībām, kas monomēru maisījumā satur apmēram 40% akrilnitrila.

Šā tipa gumijas ražošanā ir nepieciešama pilnīgāka attīrīšana polimerizācijai izmantoto emulgatoru koagulācijas laikā. Ražotajās gumijās ir pieļaujams neliels daudzums pelnu, minerālu un gaistošu piemaisījumu (ne vairāk kā 1%). Tajos var būt iekrāsoti vai nekrāsojami antioksidanti.

Kas ir BNK

Mūsu valstī tiek ražotas tāda veida gumijas kā nitrilkaučuks-18 (SKN-18), nitrilbutadiēnkaučuks-26 (SKN-26) un nitrilbutadiēnkaučuks-40 (SKN-40). Skaitliskais rādītājs pakāpēs parāda akrilnitrila vienību skaitu polimēros. Tie var saturēt attiecīgi 18%, 26% vai 40% akrilnitrila.

Mainot sastāvdaļu skaitu, varat iegūt dažādas iegūtā materiāla īpašības. Atkarībā no akrilnitrila procentuālā daudzuma, īpašībasgumijas var atšķirties pēc cietības, viskozitātes, eļļas un benzīna izturības. NAC procentuālais daudzums ietekmē struktūrvienību starpmolekulāro efektu. Tieši šis faktors ietekmē nitrilbutadiēnkaučuka izmantošanu atsevišķās tautsaimniecības jomās. Tomēr to izmanto kā izejvielu daudzu rūpniecisko gumijas izstrādājumu klāsta ražošanai.

Materiāla nepilnības

Neskatoties uz to, ka gumijas izstrādājumiem, kas izgatavoti, pievienojot BNR, ir virkne izcilu veiktspēju (augsta stiepes izturība un elastība, relatīvais pagarinājums, izturība pret plīsumiem un nodilumizturība, lieliska eļļas un benzīna izturība), šim materiālam un dažiem trūkumi.

Stingrāki darbības apstākļi, kas saistīti ar mehānismu ātruma palielināšanos un dzesēšanas eļļas trūkumu, noved pie tā, ka gumijas elementi var darboties tikai temperatūrā līdz +150 grādiem. Kad darba temperatūra paaugstinās virs šīs vērtības, notiek strukturēšana un pēc tam uz NBR bāzes izveidotās gumijas iznīcināšana. Citiem vārdiem sakot, uzkarsēta gumija kļūst cieta un trausla.

Zemas temperatūras iedarbība negatīvi ietekmē arī gumijas izstrādājumus, kas tika izmantoti nitrilkaučuka ražošanā. Tiek uzskatīts, ka to optimālā darba temperatūra nav zemāka par -35˚С.

Mūsdienu gumijas modifikācijas

Lai izveidotu gumijas izstrādājumus arunikāls īpašību kopums, tiek izmantotas modernākas gumiju modifikācijas. Hidrogenētās nitrilbutadiēna gumijas tiek uzskatītas par vienu no daudzsološajiem modifikācijas virzieniem. Tiem ir lieliskas apstrādes īpašības dažāda veida gumijas ražošanā.

Gumija, kas izgatavota uz polivinilhlorīda modificētu gumiju bāzes, nodrošina stabilāku veiktspēju laikapstākļu nodilumizturībā (līdz -50 grādiem) un ekstremālā darba temperatūrā līdz +160 grādiem. Tas ir ievērojami pārāks par produktiem, kas izgatavoti uz nitrilkaučuku bāzes, ņemot vērā plīsumu un nodilumizturību. Piemīt lieliska izturība pret aktīvu ķīmiski agresīvas vides ietekmi. Tomēr šī gumija nav tik spēcīga un elastīga. Tāpēc, lai uzlabotu materiāla apstrādes īpašības, to visbiežāk izmanto kopā ar parastajiem nitrilkaučuku veidiem.

Vulkanizācija

Butadiēna-nitrilkaučuku vulkanizācijas process tiek veikts, izmantojot sēru, kā arī tiuramu, organiskos peroksīdus, alkilfenola-formaldehīda sveķus un hlororganiskos savienojumus. Temperatūra var svārstīties no 140˚ līdz 190˚ pēc Celsija. Šī procesa laikā tiek novērots liels vulkanizācijas plato. Palielināts NAC saturs veicina vulkanizācijas ātruma palielināšanos. Iegūto gumiju kvalitāti novērtē pēc vulkanizatoru raksturīgajām īpašībām.

Properties

BNC īpašības ir noteiktasakrilnitrila saturs. Šāda veida gumija labi šķīst ketonos, dažos ogļūdeņražu šķīdumos un esteros. Alifātiskie ogļūdeņraži un spirts praktiski neietekmē nitrilbutadiēna kaučuku šķīšanu. Materiāla akrilnitrila sastāva palielināšanās veicina starpmolekulāro darbību starp polimēru ķēdēm: jo vairāk NAA materiāla sastāvā, jo lielāks ir stiklojuma pārejas blīvuma un temperatūras pieaugums. Palielināts NAA saturs samazina dielektriskās īpašības, samazina šķīdības pakāpi aromātiskajos šķīdinātājos un palielina izturību pret uzbriest alifātiskajos ogļūdeņražos.

Atkarībā no gumijas polimerizācijas gaitas, to var ražot ar dažādām plastoelastīgajām īpašībām. Tie var būt:

• Ļoti cieta (Defoe cietība 21,5 - 27,5 N). Marķējot šādu gumiju, tās nosaukumam pievieno burtu “T”.
• Cieta (Defoe cietība 17,5–21,5 N).
• Mīksts (Defoe cietība 7,5–11,5 N). Marķējot šādu gumiju, tās nosaukumam pievieno burtu “M”.

NBR, kas ražoti, izmantojot alkilsulfonātus kā emulgatorus, marķējumam pievieno burtu "C". Piemēram, SKN-26MS ir mīksta gumija, kas satur 26% saistītā NAC, un preparātā tika izmantots bioloģiski noārdāms alkilsulfonāta emulgators.