2.4　順丁橡膠

2.4.1　BR是什么

順丁橡膠（butadiene rubber，BR），是順式-1，4-聚丁二烯（cis-1，4-polybutadiene）橡膠的簡稱，它是由丁二烯（butadiene）單體在催化劑作用下通過溶液聚合制得的有規(guī)立構(gòu)橡膠。圖2-13為國產(chǎn)BR 9000。

2.4.2　BR的分類品種

丁二烯單體在聚合反應(yīng)中可能生成順式-1，4、反式-1，4以及1，2等三種結(jié)構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)的比例會(huì)因催化劑類型和反應(yīng)條件的不同而有所區(qū)別。表2-6概括了不同催化劑類型制得的有價(jià)值的典型聚丁二烯橡膠的結(jié)構(gòu)。

從表2-6可以看出，采用鈦型、鈷型、鎳型等定向催化劑時(shí)，聚合物的順式-1，4結(jié)構(gòu)含量一般可控制在90%以上，稱為有規(guī)立構(gòu)橡膠，有較優(yōu)異的性能。聚合物性能與順式-1，4結(jié)構(gòu)含量的關(guān)系歸納于表2-7中。

聚丁二烯橡膠按照順式-1，4結(jié)構(gòu)含量的不同，可分為高順式（順式含量96%～98%）、中順式（順式含量90%～95%）和低順式（順式含量40%以下）三種類型。

高順式聚丁二烯橡膠的力學(xué)性能接近于NR，某些性能還超過了NR。因此，目前各國都以生產(chǎn)高順式聚丁二烯橡膠為主；低順式聚丁二烯橡膠中含有較多的乙烯基（即1，2結(jié)構(gòu)），它具有較好的綜合平衡性能，并克服了高順式聚丁二烯橡膠的抗?jié)窕圆畹娜秉c(diǎn)，最適宜制造輪胎，目前正在發(fā)展中；中順式聚丁二烯橡膠，由于力學(xué)性能和加工性能都不及高順式聚丁二烯橡膠，故趨于淘汰。

2.4.3　BR的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

順丁橡膠（BR），即高順式聚丁二烯橡膠的結(jié)構(gòu)為：

BR有著與NR非常相似的分子構(gòu)型，只是在丁二烯鏈節(jié)中，雙鍵一端的碳原子上少了甲基取代基。因此，BR的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，可結(jié)晶，同時(shí)無極性，分子間作用力小，分子鏈非常柔順；每個(gè)鏈節(jié)中存在一個(gè)雙鍵，是高不飽和橡膠，無側(cè)甲基的推電子作用，雙鍵活性低于NR；除此之外，BR平均分子量較低，分子量分布較窄。

2.4.4　BR的性能

2.4.4.1　BR的物理性質(zhì)

BR是無色或淺色彈性體，密度為0.910g/cm³，如圖2-14所示。

2.4.4.2　BR的使用性能

①由于BR分子鏈非常柔順，分子量分布較窄，因此具有比NR還要高的回彈性，其彈性是通用橡膠中最好的，同時(shí)，滯后損失小，動(dòng)態(tài)生熱低；此外，還具有極好的耐寒性（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-105℃），是通用橡膠中耐低溫性能最好的膠種。

②由于BR分子間作用力小，分子鏈非常柔順，分子鏈段的運(yùn)動(dòng)性強(qiáng)，所以BR雖屬結(jié)晶型橡膠，但在室溫下僅稍有結(jié)晶性，只有拉伸到300%～400%的狀態(tài)下或冷卻到-30℃以下，結(jié)晶才顯著增加。因此，在通常的使用條件下，BR無自補(bǔ)強(qiáng)性，其純膠硫化膠的拉伸強(qiáng)度低，僅有1～10MPa。通常需經(jīng)炭黑補(bǔ)強(qiáng)后才有使用價(jià)值（炭黑補(bǔ)強(qiáng)硫化膠的拉伸強(qiáng)度可達(dá)17～25MPa）。此外，BR的撕裂強(qiáng)度也較低，特別在使用過程中，膠料會(huì)因老化而變硬脆，彈性和伸長率下降，導(dǎo)致其出現(xiàn)裂口后的抗裂口展開性尤差。

③由于BR分子的結(jié)構(gòu)規(guī)整性好、無側(cè)基、摩擦系數(shù)小，所以耐磨性突出，優(yōu)于NR和SBR，但也導(dǎo)致抗?jié)窕圆睢?/p>

④由于BR分子鏈非常柔順，因而耐屈撓性能優(yōu)異，表現(xiàn)為制品的耐動(dòng)態(tài)裂口生成速度較慢。

⑤由于BR是非極性橡膠，同時(shí)因分子鏈柔性好使分子間空隙較多，因此BR的耐油、耐溶劑性差。

⑥由于BR是高不飽和橡膠，易發(fā)生老化，因其雙鍵的化學(xué)活性比NR稍低，故耐熱氧老化性能比NR稍好。

除上述之外，BR還具有易燃、絕緣性好的一些特性。

2.4.4.3　BR的加工性能

①由于BR分子鏈非常柔順，在機(jī)械力作用下膠料的內(nèi)應(yīng)力易于重新分配，以柔克剛，且分子量分布較窄，分子間作用力較小，因此加工性能較差。表現(xiàn)為：開煉機(jī)加工時(shí)，塑性不易獲得，輥溫稍高就會(huì)產(chǎn)生脫輥現(xiàn)象（這是由于BR的拉伸結(jié)晶熔點(diǎn)為65℃左右，超過其熔點(diǎn)溫度，結(jié)晶消失，片膠會(huì)因缺乏強(qiáng)韌性而脫輥）；成型貼合時(shí)，自黏性差。

②由于BR分子鏈柔性好，濕潤能力強(qiáng)，因此可比SBR和NR填充更多的補(bǔ)強(qiáng)填料和操作油，即柔軟多炭，從而有利于降低膠料成本。

③由于BR是非極性橡膠，分子間作用力較小，且由于分子量較低，分子量分布較窄，缺少分子量非常大的級分，分子鏈間的物理纏結(jié)點(diǎn)少，故膠料儲(chǔ)存時(shí)具有冷流性，但硫化時(shí)的流動(dòng)性好，特別適于注射成型。

④由于BR是高不飽和橡膠，易使用硫黃硫化，硫化反應(yīng)速率較NR慢，介于NR和丁苯橡膠之間。

2.4.5　BR的應(yīng)用

利用BR上述性能的優(yōu)點(diǎn)，特別是優(yōu)異的彈性、耐磨性、耐寒性以及生熱低，廣泛地用于輪胎制造。所制出的輪胎胎面，在苛刻的行駛條件下，如高速、路面差、氣溫很低時(shí)，可以顯著地改善耐磨耗性能，提高輪胎使用壽命。BR還可以用來制造其他耐磨制品，如膠鞋、膠管、膠帶、膠輥等，以及各種耐寒性要求較高的制品。

BR性能上的缺點(diǎn)，諸如抗?jié)窕圆睢⑺毫褟?qiáng)度低、抗裂口展開性差、加工困難、冷流性大等，可以通過與其他橡膠并用以及通過配方和工藝的改進(jìn)而得到改善。

由于制造BR的原料來源豐富，價(jià)格低廉，以及BR的優(yōu)異性能，致使BR的產(chǎn)量和耗量上僅次于SBR，為第二大合成橡膠。