Cao su nitril
Cao su nitril là những copolymer của butadien và acrylonitril, được sản xuất bởi quá trình trùng hợp nhũ tương, các loại được trùng hợp theo kiểu ‘nóng’ và ‘lạnh’ đều có trên thị trường...| Nitrile rubbers (NBR/HNBR) Repeat unit General Nitrile rubber are copolymers of butadiene and acrylonitrile which are produced by emulsion polymerisation, ‘hot’ and ‘cold’ polymerised types are available. The ‘hot’ polymerised types generally have higher green strength are slightly harder to process than ‘cold’ copolymers. |
Cao su nitril (NBR/HNBR) Đơn vị lặp lại Tổng quan Cao su nitril là những copolymer của butadien và acrylonitril, được sản xuất bởi quá trình trùng hợp nhũ tương, các loại được trùng hợp theo kiểu ‘nóng’ và ‘lạnh’ đều có trên thị trường. Các loại ‘nóng’ nhìn chung có độ bền ướt cao hơn (cứng vững bán thành phẩm) và khó gia công hơn loại ‘lạnh’ một chút. |
| The introduction of acrylonitrile into the polymer backbone
imparts oil resistance and affects many other properties. Grades with
vary in acrylonitrile (ACN) content from 18 – 50% are comercially
available, the percentage of acrylonitrile present forming the basis of
the following grade descriptions: Low 18 – 24% ACN Medium low 26 – 28% ACN Medium 34% ACN Medium high 38 – 40% ACN High 50% ACN |
Việc gắn acrylonitril vào mạch polymer
làm tăng tính chịu dầu và ảnh hưởng nhiều tính chất vật lý khác. Thị
trường có sẵn nhiều loại với lượng acrylonitril từ 18 – 50%, phần trăm
của acrylonitril tạo thành các nhóm cơ bản sau: Thấp 18 – 24% ACN Hơi thấp 26 – 28% ACN Trung bình 34% ACN Hơi cao 38 – 40% ACN Cao 50% ACN |
| Many properties are influenced by the acrylonitrile content, e.g.: % Acrylonitrile content 18% → 50% Oil resistance improvement → Fuel resistance improvement → Tensile strength improvement → Hardness increase → Abrasion resistance improvement → Gas impermeability improvement → Heat resistance improvement→ Low temperature flexibility improvement ← Resilience improvement← Plasticiser compatibility → |
Nhiều tính chất bị ảnh hưởng bởi hàm lượng acrylonitril, ví dụ: % Hàm lượng acrylonitril 18% → 50% Cải thiện tính chịu dầu → Cải thiện tính chịu nhiên liệu → Cải thiện độ bền kéo → Tăng độ cứng → Cải thiện tính chịu mài mòn → Cải thiện tính không thấm khí → Cải thiện tính chịu nhiệt → Cải thiện tính uốn dẻo ở nhiệt độ thấp ← Cải thiện tính đàn hồi ← Tính tương thích với chất hóa dẻo → |
| A typical figure for the Tg of an 18% ACN copolymer is –38 °C, and that of a 50% ACN copolymer –2 °C. Carboxylated nitriles, hydrogenated nitrile, liquid nitriles and blends with PVC are also commercially available. The carboxylated types (XNBR) contain one, or more, acrylic type of acid as a terpolymer, the resultant chain being similar to nitrile except for the presence of carboxyl groups which occur about every 100 to 200 carbon atoms. This modification gives the polymer vastly improved abrasion resistance, higher hardness, higher tensile and tear strength, better low temperature brittleness, and better retention of physical properties after hot-oil and air ageing when compared to ordinary nitrile rubber. Low molecular weight liquid nitrile grades are available and these can be used as compatible plasticisers in the compounding of nitrile rubber. Such plasticisers can be partially crosslinked to the main chain during cure, and hence exhibit low extractability. PVC/NBR polymer blends can be produced as colloidal or mechanical blends, the former generally giving superior properties. Commercially available blends have PVC contents ranging from 30-55%. The blends have reduced elasticity, which gives improved extrudability, but they also exhibit superior ozone resistance, improved oil swell resistance, and tensile and tear strength; this, however, is achieved at the expense of low temperature flexibility and compression set. |
Số liệu cụ thể về Tg (nhiệt độ thủy tinh hóa) của copolymer 18% ACN là -38oC, còn của copolymer 50% ACN là -2oC. Nitril được carboxylat hóa, hoặc được hydro hóa, nitril lỏng và các hỗn hợp với PVC đều có trên thị trường. Các loại được carboxylat hóa (XNBR) chứa một, hoặc nhiều, axit loại acrylic như dạng terpolymer, mạch tạo thành tương tự như cao su nitril ngoại trừ việc xuất hiện của những nhóm carboxyl ở mỗi đoạn mạch từ 100 đến 200 nguyên tử carbon. Sự thay đổi này làm cho polymer cải thiện rất nhiều tính chịu mài mòn, độ cứng cao hơn, độ bền kéo và xé cao hơn, độ giòn ở nhiệt độ thấp tốt hơn, và duy trì tốt hơn những tính chất vật lý sau khi lão hóa bằng không khí và dầu nóng khi so với cao su nitril ban đầu. Các loại nitril lỏng có khối lượng phân tử thấp có sẵn và những loại này có thể được dùng như những chất hóa dẻo tương thích trong quá trình phối trộn với cao su nitril. Những chất hóa dẻo như thế có thể bị liên kết ngang một phần vào mạch chính trong quá trình lưu hóa, và vì thế thể hiện tính chiết tách thấp. Các hỗn hợp polymer PVC/NBR có thể được sản xuất dưới dạng keo hoặc trộn cơ học, dạng keo nhìn chung có những tính chất nổi bật hơn. Các hỗn hợp này trên thị trường có hàm lượng PVC từ 30 – 55%. Hỗn hợp giảm tính đàn hồi, điều này cải thiện tính ép đùn, nó cũng thể hiện tính kháng ozone cao, cải thiện tính chống trương nở trong dầu, cường lực và độ bền kéo xé nổi bật; tuy nhiên để đạt được điều này lại phải mất đi tính uốn dẻo ở nhiệt độ thấp và tính chịu ép nén. |
| The ozone
resistance of such blends is, however, only improved if the PVC is
adequately distributed and fluxed. This is harder to achieve in
mechanical blends, but if it is not achieved failure due to ozone attack
can occur. Another method by which the ozone resistance of nitrile rubber can be improved is the removal of the double bonds in the main chain of the copolymer by hydrogenation. |
Tính chịu ozone của những hỗn hợp này chỉ được
cải thiện khi PVC được phân tán và chảy thích hợp. Điều này rất khó đạt
được trong các hỗn hợp trộn cơ học, nếu nó không đạt được điều này hư
hại do sự tấn công của ozone có thể xảy ra. Một cách khác mà nhờ đó tính chịu ozone của cao su nitril có thể được cải thiện đó là làm mất đi những liên kết đôi trong mạch chính của copolymer bằng quá trình hydro hóa. |
| Hydrogenated nitrile rubbers (HNBR) also exhibit much greater resistance to oxidation, and extend the useful service temperature range of nitriles up to ca. 150 °C. Commercially available grades offer different degrees of hydrogenation with residual double bonds ranging from ca. 0.8%-6%. Nitriles have good resistance to oil, aliphatic and aromatic hydrocarbons and vegetable oils, but are swollen by polar solvents such as ketones. The unsaturated main chain means that protection against oxygen, ozone and UV light is required. In compounding, choice of the correct grade is required if the required balance of oil resistance and low temperature flexibility is to be achieved. |
Cao su nitril được hydro hóa (HNBR) cũng thể hiện khả năng chống lại quá trình oxy hóa tốt hơn rất nhiều, và kéo dài khoảng nhiệt độ sử dụng thực tế của nitril lên đến 150oC. Các loại trên thị trường thường có các mức độ hydro hóa khác nhau với số lượng những liên kết đôi còn lại từ 0.8% - 6%. Nitril có tính chịu dầu, các hydrocarbon béo và thơm, các loại dầu thực vật tốt, nhưng bị trương nở bởi các dung môi phân cực như keton. Mạch chính chưa bão hòa có ý rằng cần có các biện pháp bảo vệ chống lại oxy, ozone và tia cực tím. Trong quá trình phối trộn, yêu cầu phải lựa chọn đúng loại để sự cân bằng giữa tính chịu dầu và tính uốn dẻo ở nhiệt độ thấp cần đạt được. |
| Nitrile rubber can be cured by sulphur, sulphur donor systems and peroxides. However, the solubility of sulphur in nitrile rubber is much lower than in NR, and a magnesium carbonate coated grade (sulphur MC) is normally used; this is added as early in the mixing cycle as possible. | Cao su nitril có thể được kết mạng bằng lưu huỳnh, các hệ chất cho lưu huỳnh hoặc peroxide. Tuy nhiên, độ hòa tan của lưu huỳnh trong cao su nitril thì thấp hơn nhiều so với cao su thiên nhiên, và các loại lưu huỳnh được bọc bởi magie carbonat (lưu huỳnh MC) thường được dùng; nó được thêm vào trong quá trình cán luyện sớm nhất có thể. |
| Less
sulphur and more accelerator than is commonly used for curing natural
rubber is required. A cadmium oxide/magnesium oxide cure system gives
improved heat resistance, but the use of cadmium, a heavy metal, will
increasingly be restricted. The hydrogenated nitrile (HNBR) grades which contain the lowest level of residual double bonds can only be crosslinked by the use of peroxides and radiation, whilst those with a level of residual double bonds greater than about 3.5% can be cured by sulphur. |
Cần dùng ít lưu huỳnh và nhiều chất xúc tiến so
với lượng dùng thông thường trong quá trình kết mạng của cao su thiên
nhiên. Hệ lưu hóa cadimi oxit/ magie oxit làm cải thiện tính chịu
nhiệt, nhưng việc dùng cadimi, một kim loại nặng, ngày càng bị hạn chế. Các loại nitril được hydro hóa (HNBR) có mức độ các liên kết đôi còn lại thấp nhất chỉ có thể được lưu hóa bằng cách dùng peroxide và bức xạ nhiệt, trong khi các loại có số lượng các liên kết đôi còn lại nhiều hơn, khoảng 3.5%, có thể được lưu hóa bằng lưu huỳnh. |
| In addition to the normal sulphur cure systems, metal oxides can be used to cure the carboxylated nitriles. The low temperature properties of nitriles can be improved by the use of suitable plasticisers, e.g., ester plasticisers. |
Bên cạnh các hệ lưu hóa dùng lưu huỳnh bình
thường, các oxit kim loại có thể được dùng để kết mạng cao su nitril
được carboxylat hóa. Những tính chất ở nhiệt độ thấp của cao su nitril có thể được cải thiện bằng cách dùng những chất hóa dẻo thích hợp, ví dụ như, các chất hóa dẻo loại este. |
| Uses Nitrile rubber, due to its oil resistance, is widely used in sealing applications, hose liners, roll coverings, conveyor belts, shoe soles and plant linings. Nitrile rubber is also available as a latex. |
Ứng dụng Cao su nitril, do tính chịu dầu tốt của nó, được sử dụng rộng rãi trong những ứng dụng làm kín, lớp lót trong các đường ống, bọc trục, băng chuyền, đế giày và các lớp lót thiết bị. Cao su nitril cũng có trên thị trường ở dạng latex. |
Nguồn tài liệu: Rubber Basics
Tác giả: Richard B. Simpson
NXB: Rapra Technology Limited
Cung cấp: Tuan Van Doan (Ph.D candidate),
Yonsei University, South Korea.
Người dịch đề nghị: Võ thành Phước, vLAB
Hỗ trợ: Trần Minh Khải, Cty CP Cao Su Thái Dương
Bài được trích từ trang web Cty TNHH Cao su Việt và Diễn đàn cao su www.caosu.org
http://www.caosuviet.vn/NewsDetail/cao%20su%20chiu%20dau%201110180600.aspx
