Nitriilbutadieenkummi: omadused, tootmine, rakendus

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Nitriilbutadieenkummi (NBR) on peamine tooraine erinevate optimaalse vastupidavusega kummitüüpide tootmisel. See on sünteetiline polümeermaterjal, mis saadakse butadieeni ja akrüülnitriili (NAC) kopolümerisatsioonil. Seda võib nimetada nitriiliks, divinüülnitriil-, butadieen-akrüülnitriilkummiks või butakrüüliks. Rahvusvahelises tähises on see materjal märgistatud NBR (nitriilbutadieerkumm), kodumaises tähises - SKN (sünteetiline nitriilkummi).

Vajadusel

Seda tüüpi kummi kasutatakse kõige sagedamini neis tööstusharudes, kus on oluline kummitoodete optimaalne vastupidavus keemiliselt agressiivsele keskkonnale. Suur tähtsus on sellistel butadieennitriilkummi omadustel nagu kõrge elastsus ja väike jäävdeformatsioon. See materjal on lai alt levinudkasutatakse keemiliselt aktiivsete materjalidega otseses kokkupuutes olevate kummielementide tootmisel – need võivad olla igasugused tihendid, õlitihendid, kummikompensaatorid, kütuse- ja õlivoolikud, veorihmad, autode kütusepaagid, lennundus- ja naftatööstus, ofsettrükk taldrikud ja muud tooted.

Sellel kummil põhinevad tooted ei paisu õlistes vedelikes, antifriisis ega vees. Teatud tüüpi sellistest materjalidest valmistatakse elektrijuhtmestiku ümbris ja kummikindad, millel on eriline tugevus ja kulumiskindlus. Seda kasutatakse erinevate liimide, hermeetikute ja polüuretaanvahu tootmisel. Kumm on liimide tootmise aluseks.

Millal ja kust see kumm tuli?

Butadieennitriilkummi saamine registreeriti 1934. aastal Saksamaal. Sel ajal lõid Saksa teadlased oma omaduste poolest ainulaadse materjali ja patenteerisid selle nimetuse Buna-N all. Teise maailmasõja ajal oli uue materjali järele sõjatööstuses suur nõudlus.

Loodusliku tooraine puudumise tõttu käivitas USA tippjuhtkond eriprogrammi, mis hõlmab butadieennitriilkummi ja muud tüüpi kummitoodete sünteetiliste toorainete tootmise aktiivset arendamist. Selle programmi raames toodetud materjal kandis nime GR-N. Tänaseks on BNR-ist saanud üks ihaldatumaid eriotstarbelisi kummikume. Seda tehakse enam kui 20 riigis üle maailma.

NBR tootmine

Seda tüüpi materjal saadakse konstruktiivse polümerisatsiooni teel vesiemulsioonis. Protsess viiakse läbi nii kõrgel kui ka madalal temperatuuril. Peamised monomeerid nende valmistamiseks on butadieen-1, 3 ja akrüülhappe nitriil (NAC), mis on segatud teatud vahekorras. Need ained ei sõltu temperatuurist. Võttes arvesse juhusliku kopolümerisatsiooni seadusi, tuleb märkida, et sellel monomeeride tandemil peaksid olema aseotroopse koostise omadused, mis sisaldavad monomeeride segus umbes 40% akrüülnitriili.

Seda tüüpi kummi tootmisel on vaja polümerisatsiooniks kasutatavate emulgaatorite koagulatsiooni ajal täielikumat puhastamist. Valmistatud kummides on lubatud vähesel määral tuhka, mineraalseid ja lenduvaid lisandeid (mitte üle 1%). Neid saab laadida värvitavate või mittemäärduvate antioksüdantidega.

Mis on BNK

Meie riigis toodetakse selliseid kummitüüpe nagu nitriilkummi-18 (SKN-18), nitriilbutadieenkummi-26 (SKN-26) ja nitriilbutadieenkummi-40 (SKN-40). Arvnäitaja klassides näitab akrüülnitriili ühikute arvu polümeerides. Need võivad sisaldada vastav alt 18%, 26% või 40% akrüülnitriili.

Koostisosade arvu muutmisega saate saavutada saadud materjali erinevaid omadusi. Olenev alt akrüülnitriili protsendist, omadusedkummid võivad erineda kõvaduse, viskoossuse, õli- ja bensiinikindluse poolest. NAC protsent mõjutab struktuuriüksuste molekulidevahelist toimet. Just see tegur mõjutab nitriilbutadieenkummi kasutamist teatud rahvamajanduse valdkondades. Sellest hoolimata kasutatakse seda toorainena suure hulga tööstuslike kummitoodete valmistamisel.

Materiaalsed puudused

Hoolimata asjaolust, et BNR-i lisamisega valmistatud kummitoodetel on terve rida suurepäraseid omadusi (kõrge tõmbetugevus ja elastsus, suhteline pikenemine, rebenemis- ja kulumiskindlus, suurepärane õli- ja bensiinikindlus), on sellel materjalil ja mõnel vead.

Mehhanismide kiiruse suurenemise ja jahutusõli puudumisega seotud karmimad töötingimused toovad kaasa asjaolu, et kummielemendid võivad töötada ainult temperatuuril kuni +150 kraadi. Kui töötemperatuur tõuseb üle selle väärtuse, toimub struktureerimine ja seejärel NBR-i alusel loodud kummide hävitamine. Teisisõnu muutub kuumutatud kumm kõvaks ja rabedaks.

Madala temperatuuriga kokkupuude avaldab negatiivset mõju ka kummitoodetele, mida kasutati nitriilkummi tootmisel. Nende optimaalseks töötemperatuuriks loetakse mitte madalamat kui -35˚С.

Moodsad kummist modifikatsioonid

Kummitoodete loomiseksainulaadne omaduste komplekt, kasutatakse kummide kaasaegsemaid modifikatsioone. Hüdrogeenitud nitriilbutadieenkummi peetakse üheks paljulubavamaks modifikatsiooni arenguks. Neil on suurepärased töötlemisomadused erinevat tüüpi kummitootmisel.

Polüvinüülkloriidiga modifitseeritud kummide baasil valmistatud kumm annab stabiilsema jõudluse ilmastiku kulumiskindluses (kuni -50 kraadi) ja ekstreemsetes töötemperatuurides kuni +160 kraadi. Rebenemis- ja kulumiskindluse poolest ületab see oluliselt nitriilkummi baasil valmistatud tooteid. Tal on suurepärane vastupidavus keemiliselt agressiivse keskkonna aktiivsele mõjule. Kuid see kumm ei ole nii tugev ja elastne. Seetõttu kasutatakse materjali töötlemisomaduste parandamiseks seda kõige sagedamini koos tavapärast tüüpi nitriilkummidega.

Vulkaniseerimine

Butadieen-nitriilkummi vulkaniseerimisel kasutatakse väävlit, aga ka tiuraami, orgaanilisi peroksiide, alküülfenoolformaldehüüdvaikusid ja kloororgaanilisi ühendeid. Temperatuur võib varieeruda vahemikus 140˚ kuni 190˚C. Selle protsessi käigus täheldatakse suurt vulkaniseerumise platood. Suurenenud NAC sisaldus aitab kaasa vulkaniseerimise kiiruse suurenemisele. Saadud kummide kvaliteeti hinnatakse vulkanisaatoritele omaste omaduste järgi.

Atribuudid

BNC omadused määratakseakrüülnitriili sisaldus. Seda tüüpi kautšuk lahustub hästi ketoonides, mõnedes süsivesinike lahustes ja estrites. Alifaatsed süsivesinikud ja alkohol praktiliselt ei mõjuta nitriilbutadieenkummi lahustumist. Materjali akrüülnitriili koostise suurenemine aitab kaasa polümeeriahelate vahelisele molekulidevahelisele toimele: mida rohkem NAA-d on materjali koostises, seda suurem on klaasistumisprotsessi tihedus ja temperatuur. Suurenenud NAA sisaldus vähendab dielektrilisi omadusi, vähendab lahustuvust aromaatsetes lahustites ja suurendab vastupidavust alifaatsete süsivesinike pundumisele.

Sõltuv alt kummi polümerisatsiooni käigust saab seda toota erinevate plastoelastsete omadustega. Need võivad olla:

• Väga kõva (Defoe kõvadus 21,5–27,5 N). Sellise kummi märgistamisel lisatakse selle nimele täht “T”.
• Tahke (Defoe kõvadus 17,5–21,5 N).
• Pehme (Defoe kõvadus 7,5–11,5 N). Sellise kummi märgistamisel lisatakse selle nimele täht “M”.

Alküülsulfonaatide kui emulgaatoritega toodetud NBR-de puhul lisatakse märgistusele täht "C". Näiteks SKN-26MS on pehme kumm, mis sisaldab 26% seotud NAC-d ja valmistamisel kasutati biolagunevat alküülsulfonaati emulgaatorit.