聚丁二烯橡膠的應(yīng)用研究進(jìn)展

魯文平

（中國石化北京化工研究院燕山分院，橡塑新型材料合成國家工程研究中心，北京102500）

聚丁二烯橡膠（簡稱PBR，國內(nèi)常稱為順丁橡膠）在輪胎、抗沖擊改性聚苯乙烯（PS）和ABS樹脂、膠帶、膠管及膠鞋等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用[1]。PBR與其他橡膠并用，或與其它材料一起制備成復(fù)合材料，不僅可以改善PBR的現(xiàn)有性能，還可以降低成本，改善其不足，賦予其新的性能，進(jìn)而拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。本文從PBR與其他橡膠并用，以及在復(fù)合材料制備中的應(yīng)用兩個(gè)方面，概述了我國聚丁二烯橡膠的應(yīng)用研究進(jìn)展，對(duì)其今后的發(fā)展提出了建議。

1 與其他橡膠并用

牛志彬等[2]以氫化鈉為活性劑，馬來酸酐為改性劑，通過負(fù)離子反應(yīng)，對(duì)高乙烯基聚丁二烯橡膠(HVBR)進(jìn)行官能化改性，制備了官能化HVBR(FHVBR)。考察了FHVBR與丁腈橡膠(NBR)共混的質(zhì)量比，對(duì)FHVBR/NBR共混膠的硫化特性、力學(xué)性能、耐熱氧老化性能和電性能的影響。結(jié)果表明，隨著NBR用量的增加，F(xiàn)HVBR/NBR共混膠的硫化時(shí)間縮短，硫化效率提高，定伸應(yīng)力和硬度增大，耐老化性能得以改善。NBR用量的增加，使得FHVBR/NBR共混膠對(duì)不同頻率微波的吸收能力增強(qiáng)，共混膠的電阻率下降，導(dǎo)電性增強(qiáng)。但NBR的用量增加會(huì)導(dǎo)致共混膠的拉伸強(qiáng)度略有下降。

王賢彬等[3]研究了PBR/天然橡膠(NR)的并用比對(duì)并用膠性能的影響。結(jié)果表明，與NR膠料相比，PBR/NR并用膠的加工性能更優(yōu)，耐低溫性能更好，熱空氣老化性能基本不變，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度隨著PBR/NR并用比的增大而逐漸減小。NR與PBR并用，對(duì)隔震橡膠支座的力學(xué)性能不利，對(duì)溫度相關(guān)性有利。

王琎等[4]采用機(jī)械共混法制備了杜仲膠(EUG)/PBR并用膠，并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，硫化膠中存在一定的結(jié)晶，EUG/PBR并用膠的硬度、撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，隨著EUG用量的增加而不斷提高，拉斷伸長率則隨EUG用量的增加而降低。EUG的用量為20～40份時(shí)，硫化膠的耐磨性、屈撓疲勞等有所改善，其中EUG為40份時(shí)的性能最好。

胡海華等[5]研究了PBR與不同牌號(hào)的丁苯橡膠(SBR)并用后的硫化特性、物理機(jī)械性能、回彈性能、耐磨性能、抗?jié)窕阅芎蜕鸁嵝阅堋＝Y(jié)果表明，PBR與ESBR 1739E并用后，焦燒時(shí)間縮短，硫化速率加快，其他并用膠的焦燒時(shí)間均比PBR長，且硫化速率慢。PBR與不同牌號(hào)的SBR并用后，拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、撕裂強(qiáng)度和回彈率均有所增大，耐磨性能下降，抗?jié)窕阅芴岣?，滾動(dòng)阻力增大，生熱增加。

劉華僑等[6]研究了白炭黑和白炭黑/炭黑并用補(bǔ)強(qiáng)，單、雙末端基改性SSBR/PBR并用膠的性能。結(jié)果表明，SSBR末端基改性，尤其是雙末端基改性，能夠顯著提高SSBR與白炭黑的相容性，從而提高SSBR/PBR并用膠的綜合物理性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。SSBR的末端基改性效果在白炭黑/炭黑并用時(shí)不能有效發(fā)揮，白炭黑/炭黑并用補(bǔ)強(qiáng)末端基改性的SSBR/PBR并用膠，其綜合物理性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能均遜于白炭黑補(bǔ)強(qiáng)末端基改性的SSBR/PBR并用膠。

毛啟明等[7]考察了ZnO的加料順序?qū)Π滋亢诘姆稚⑿Ч?，以及?duì)SSBR/PBR并用膠的硫化特性、力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)應(yīng)變、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和耐磨性的影響。結(jié)果表明，在二段密煉機(jī)混煉和三段開煉機(jī)混煉膠料時(shí)加入ZnO，可提高填料在膠料中的分散性，正硫化時(shí)間縮短，硬度、拉斷伸長率、Payne效應(yīng)和滾動(dòng)阻力均減小，拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、抗?jié)窕院湍湍バ跃岣摺?/p>

2 在復(fù)合材料制備中的應(yīng)用

周宗淘等[8]研究了馬來酸酐化液體聚丁二烯(MLPB)對(duì)芳綸短纖維(SAF)補(bǔ)強(qiáng)NR復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，SAF和炭黑對(duì)NR的補(bǔ)強(qiáng)有協(xié)同作用，加入相容劑MLPB可提高橡膠基體與纖維的界面粘合性能，復(fù)合材料的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能明顯提高。隨著MLPB的用量增大，復(fù)合材料的100%定伸應(yīng)力增大，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率和撕裂強(qiáng)度在MLPB用量為4.5份時(shí)達(dá)到最大值。

孫楠等[9]采用高比表面積的石墨烯納米片(GNP)對(duì)PBR進(jìn)行改性研究，考察了不同質(zhì)量份的GNP對(duì)PBR的影響，分析了GNP在基體中的分散情況以及與基體的相容性，測(cè)試了GNP填料對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，GNP與PBR具有良好的相容性，當(dāng)GNP用量為1質(zhì)量份(PBR用量為100質(zhì)量份，下同)時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能最優(yōu)，斷裂強(qiáng)度可達(dá)9.11 MPa，斷裂伸長率達(dá)到221%，撕裂強(qiáng)度為46 kN·m-1，與未添加GNP改性的復(fù)合材料相比，斷裂強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度分別提高了45%和24%。復(fù)合材料在不同頻率范圍內(nèi)的儲(chǔ)能模量均有明顯提高，但過量的GNP(GNP用量大于1質(zhì)量份)對(duì)PBR的增強(qiáng)效果不明顯。

胡次兵等[10]開發(fā)了一種PBR-氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法。將氧化石墨烯和脂肪酸超聲分散后加入硅酸酯進(jìn)行反應(yīng)，制得前驅(qū)體，再將前驅(qū)體和明膠分散液混合后噴霧干燥，制得明膠-前驅(qū)體復(fù)合微球。將明膠-前驅(qū)體復(fù)合微球炭化后，進(jìn)一步升溫進(jìn)行反應(yīng)，制得改性氧化石墨烯微球，隨后將其與PBR、煤焦油、硬脂酸、氧化鋅、抗氧劑和促進(jìn)劑加入密煉機(jī)中混煉，再加入開煉機(jī)中，并加入硫磺混煉后，轉(zhuǎn)入硫化機(jī)中硫化、冷卻、出料，即得順丁橡膠-氧化石墨烯復(fù)合材料。采用該方法制得的PBR-氧化石墨烯復(fù)合材料中，氧化石墨烯對(duì)PBR具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)效果。

汪傳生等[11]采用機(jī)械共混法制備了熱塑性聚氨酯(TPU)/PBR共混材料，并研究了TPU/PBR共混比對(duì)共混材料性能的影響。結(jié)果表明，TPU/PBR共混材料的硫化特性和物理性能，較PBR有顯著改善。TPU/PBR共混材料的流動(dòng)性能與TPU/PBR的共混比成反比，TPU/PBR共混材料的耐老化性能和熱穩(wěn)定性能較PBR有所下降。

3 結(jié)語

目前，我國PBR產(chǎn)能已經(jīng)出現(xiàn)過剩的發(fā)展態(tài)勢(shì)。與其他橡膠并用或者制備成復(fù)合材料，不僅可以改善或提高PBR的性能，還可以賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能、電性能、熱穩(wěn)定性能及耐老化性能等，是我國PBR應(yīng)用發(fā)展的重要方向。今后應(yīng)進(jìn)一步拓展并用橡膠的品種，改善加工條件，提高橡膠性能，延長使用周期。對(duì)于PBR應(yīng)用于復(fù)合材料的制備，今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)理論研究，不斷完善優(yōu)化相關(guān)工藝，降低生產(chǎn)成本，提高綜合性能，進(jìn)一步拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。