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我国特种橡胶的现状、前景和未来

发布日期:2021-12-10 作者: 点击:

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提起橡胶你可能想起什么?轮胎.鞋底还是你平时打扫卫生带的乳胶手套?没错,这些都是橡胶制品,但橡胶被应用的领域远远不止于此。随着工业革命的发展,作为工业原料的橡胶在国民需求比重中占据着越来越重要的地位,同时也对其功能性提出了越来越高的要求。

全世界的橡胶分为两大类,天然橡胶和合成橡胶。其中合成橡胶在根据其应用领域要求的特点分为通用合成橡胶和特种合成橡胶。

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天然橡胶主要成分是顺式聚异戊二烯(分子式C5H8)n(顺-1,4-聚异戊二烯)含量在90%以上,具有弹性大、定伸强度高、抗撕裂性和耐磨性良好、易于与其它材料粘合等特点,广泛用于轮胎、胶带等橡胶制品的生产。一般为片状固体,相对密度0.94,折射率1.522,弹性模量2~4MPa,130~140℃时软化,150~160℃粘软,200℃时开始降解。常温下有较高弹性,略有塑性,低温时结晶硬化。有较好的耐碱性,但不耐强酸。不溶于水、低级酮和醇类,在非极性溶剂如三氯甲烷、四氯化碳等中能溶胀。

通常我们所说的天然橡胶,是指从巴西橡胶树上采集的天然胶乳,经过凝固、干燥等加工工序而制成的弹性固状物。由于天然橡胶具有一系列物理化学特性,尤其是其优良的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性等特性,并且,经过适当处理后还具有耐油、耐酸、耐碱、耐热、耐寒、耐压、耐磨等宝贵性质,所以,具有广泛用途。在天然橡胶的各类化学反应中,Z重要的是氧化裂解反应和结构化反应。前者是生胶进行塑炼加工的理论基础,叶酸橡胶老化的原因所在;后者则是生胶进行硫化加工制得硫化的理论依据。而天然橡胶的氯化、环化、氢化等反应,则可应用于天然橡胶的改性方面。随着工业发展市场需求,橡胶需求量太大,单纯依靠橡胶树根本无法满足实际生产需要(exp:汽车数量的大量增加用于制造轮胎的橡胶的需求量也变成大)。面对如此严峻的形势,各国竞相研制合成橡胶。

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合成橡胶广义上指用化学方法合成制得的橡胶,用以区别从橡胶树生产出的天然橡胶,是由人工合成的高弹性聚合物,是三大合成材料之一。其产量仅低于合成树脂、合成纤维。合成橡胶发展历史悠久,有着广阔的研究前景。在20世纪初开始生产,从40年代起得到了迅速的发展。合成橡胶一般在性能上不如天然橡胶全面,但它具有高弹性、绝缘性、气密性、耐油、耐高温或低温等性能,因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。近几年,我国合成橡胶产能快速提高,但未能从根本上满足国内的巨大需求,每年进口量依然很大。细分市场方面,顺丁橡胶和丁苯橡胶用途Z广,需求Z多。

工业合成橡胶材料主要目的是节约成本、提高天然橡胶制品的特性。是很多企业生产中低档型的产品的首选。合成橡胶材料具有优良的耐热性、耐寒性、防腐蚀性且受环境因素影响小,合成橡胶材料极限环境(-60℃-250℃)可以正常使用。但主要缺点存在于它的拉伸效果差,抗撕裂强度以及机械性能差。其性能因单体不同而异,少数品种的性能与天然橡胶相似。某些合成橡胶具有较天然橡胶优良的耐温、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。合成橡胶是由不同单体在引发剂作用下,经聚合而成的品种多样的高分子化合物,单体有丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、异丁烯、氯丁二烯等多种。聚合工艺有乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合、本体聚合四种。

合成橡胶的分类方法很多。按使用特性分为通用型橡胶和特种橡胶两大类。通用型橡胶指可以部分或全部代替天然橡胶使用的橡胶,如丁苯橡胶、异戊橡胶、顺丁橡胶等,主要用于制造各种轮胎及一般工业橡胶制品。通用橡胶的需求量大,是合成橡胶的主要品种。而特种橡胶是指具有耐高温、耐油、耐臭氧、耐老化和高气密性等特点的合成橡胶,常用的有硅橡胶、各种氟橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、丁腈橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶和丁基橡胶等,主要用于要求某种特性的特殊场合

合成橡胶的生产工艺大致可分为三部分

(1)单体的合成和精制、

(2)聚合过程

(3)橡胶后处理

(1)单体生产

合成橡胶的基本原料是单体,精制常用的方法有精馏、洗涤、干燥等。

(2)聚合过程

聚合过程是单体在引发剂和催化剂作用下进行聚合反应生成聚合物的过程。有时用一个聚合设备,有时多个串联使用。合成橡胶的聚合工艺主要应用乳液聚合法和溶液聚合法两种。时下,采用乳液聚合的有丁苯橡胶、异戊橡胶、丁丙橡胶、丁基橡胶等。

(3)后处理

后处理是使聚合反应后的物料(胶乳或胶液),经脱除未反应单体、凝聚、脱水、干燥和包装等步骤,Z后制得成品橡胶的过程。乳液聚合的凝聚工艺主要采用加电解质或高分子凝聚剂,破坏乳液使胶粒析出。溶液聚合的凝聚工艺以热水凝析为主。凝聚后析出的胶粒,含有大量的水,需脱水、干燥。

行业前景

目前亚洲已占全球合成橡胶生产的半壁江山,各大合成橡胶企业争相投资亚洲各国,而且装置规模越来越大,加上欧美合成橡胶产能明显向亚洲转移,今后亚洲丁基橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶等多种合成橡胶的生产将逐渐占据全球主导地位。我国合成橡胶产能、产量已位居世界第一。年随着全球经济不确定因素增加,我国轮胎出口贸易摩擦加剧、国内产能过剩等问题尤其让人担忧,未来,我国合成橡胶产业将面临更大的挑战。

特种橡胶special-purposed synthetic rubber具有特殊性能和特殊用途能适应苛刻条件下使用的合成橡胶。如耐300℃高温,耐强侵蚀,耐臭氧、光、天候、辐射和耐油的氟橡胶;耐-100℃低温和260℃高温,对温度依赖性小、具有低黏流活化能和生理惰性的硅橡胶;耐热、耐溶剂、耐油,电绝缘性好的丙烯酸酯橡胶。其他还有聚氨酯橡胶、聚醚橡胶、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、环氧丙烷橡胶、聚硫橡胶等,它们亦各具优异的独特性能,可以满足一般通用橡胶所不能胜任的特定要求,在国防、工业、尖端科学技术、医疗卫生等领域有着重要作用。

特种橡胶分类

1.丁腈橡胶

丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的,丁腈橡胶主要采用低温乳液聚合法生产,耐油性极好,耐磨性较高,耐热性较好,粘接力强。其缺点是耐低温性差、耐臭氧性差,电性能低劣,弹性稍低。丁腈橡胶主要用于制造耐油橡胶制品。

2.丁基橡胶

丁基橡胶是由异丁烯和少量异戊二烯共聚而成的,主要采用淤浆法生产。透气率低,气密性优异,耐热、耐臭氧、耐老化性能良好,其化学稳定性、电绝缘性也很好。丁基橡胶的缺点是硫化速度慢, 弹性、强度、粘着性较差。丁基橡胶的主要用途是制造各种车辆内胎, 用于制造电线和电缆包皮、耐热传送带、蒸汽胶管等。

3.氟橡胶

氟橡胶是含有氟原子的合成橡胶,具有优异的耐热性、耐氧化性、耐油性和耐药品性,它主要用于航空、化工、石油、汽车等工业部门,作为密封材料、耐介质材料以及绝缘材料。

4.硅橡胶

硅橡胶由硅、氧原子形成主链,侧链为含碳基团,用量Z大的是侧链为乙烯基的硅橡胶。既耐热,又耐寒,使用温度在-100~300℃之间,它具有优异的耐气候性和耐臭氧性以及良好的绝缘性。缺点是强度低,抗撕裂性能差,耐磨性能也差。硅橡胶主要用于航空工业、电气工业、食品工业及医疗工业等方面。

5.聚氨酯橡胶

聚氨酯橡胶是由聚酯(或聚醚)与二异睛酸酯类化合物聚合而成的。耐磨性能好、其次是弹性好、硬度高、耐油、耐溶剂。缺点是耐热老化性能差。聚氨酯橡胶在汽车、制鞋、机械工业中的应用Z多。

6.氯磺化聚乙烯橡胶

氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)是聚乙烯经氯化和氯磺化处理后制成的一种特种橡胶CSM以优越的耐臭氧性及日光下色泽稳定性好而著称,其对氧化、风化、腐蚀、油和热也具有良好有抗耐性,因而广泛应用于涂料、电线电缆护套、各种橡胶制品及屋面防水卷材等领域。

7.氯醇橡胶(CHC)

氯醇橡胶(CHC)又称氯醚橡胶、表氯醇橡胶, 是以环氧化合物为单体,在催化剂作用下开环聚合而制成高饱和性高分子弹性体。由于CHC主键含有醚键一。一,侧链含有极性氯甲基一CH,Cl,因此具有极好的耐油性、耐高低温性和优异的化学稳定性,且气透性小。

8.丙烯酸酯橡胶(ACM)

ACM是以丙烯酸酯(如丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯)为主要成分,与少量带有活性基团的单体共聚而成的功能性高分子材料,其分子结构中主链为饱和结构,同时侧链上带有多个极性酯基,所以它具有优异的耐高温、耐油、耐候性能,制作高温条件下使用的耐油橡胶制品有特殊优势,现已成为“价格/性能”Z适宜的高温耐油特种橡胶,特别适用于汽车曲轴、阀杆、汽缸垫、液压输油管等,有“汽车胶”的美称。ACM的生产方法主要有悬浮聚合法和乳液聚合法2种。

现状和发展

经过多年的发展,我国特种合成橡胶从整体上看仍存在一些问题:

(1)发展缓慢,规模小,产量小,产品质量不稳定,产品没有形成系列化;

(2)特种橡胶专用配合剂,如硫化剂、促进剂、防老剂及操作助剂等的开发和生产得不到重视;

(3)对特种橡胶的加工和应用研究不够,加工工艺和设备比较落后,等等。

鉴于我国特种橡胶的现状及国情发展我国特种橡胶工业需从合成与加工应用两方面着手。在合成方面,应积极借鉴或引进国外先进技术,扩大生产规模,进行装置的技术改造,提高现有装置的生产技术水平,改进工艺,增加品种,提高生产效率,降低能耗,改变品种少、产量小、质量差的局面,以满足我国对特种橡胶的要求。在加工方面,应需加强特种橡胶的应用开发,注重开发和使用专用配合剂以提高产品性能,深人研究加工工艺,引进和开发先进的加工设备,同时加强特种橡胶之间、特种胶与通用胶的并用研究,扩大和推广我国特种橡胶的应用,使我国特种橡胶的生产进入一个系统化的发展阶段。可以预测特种橡胶及其制品在我国未来经济众多领域将有一个飞跃性发展。


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