丁苯橡胶的概况

丁苯橡胶的概况

1.1 丁苯橡胶的基本概念

丁苯橡胶又称丁苯胶；

英文名：Emulsion-polymerized styrene butadiene rubber、Styrene Butadiene Rubber；

简称：SBR；

分子式：C12H14；

分子量：158.2426；

CAS号：9003-55-8；

结构式：

图1.1 丁苯橡胶分子结构式

丁苯橡胶（SBR) 是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶之一。它是1,3-丁二烯与苯乙烯的无规共聚物。

丁苯橡胶的综合性能好，是合成橡胶中产量最高、消耗量最大的品种，常与天然橡胶掺混或单独使用。

丁苯橡胶（SBR）按聚合体系可分为乳聚丁苯橡胶（ESBR）和溶聚丁苯橡胶（SSBR）两类。

乳聚丁苯橡胶根据聚合温度的不同，分为高温乳聚丁苯橡胶和低温乳聚丁苯橡胶两大类。一般乳聚丁苯橡胶苯乙烯含量为23.5%，苯乙烯含量高于40%的称为高苯乙烯丁苯橡胶，结合苯乙烯达到70%～90%者则称为高苯乙烯树脂。此外，还有充油乳聚丁苯橡胶和充油充炭黑乳聚丁苯橡胶。乳聚丁苯橡胶主要用于轮胎

胎面胶、胎侧胶，也广泛用于胶带、胶管、胶辊、胶布、鞋底、医疗用品及其他工业制品，并少量用于电线、电缆等非橡胶制品中。

溶聚丁苯橡胶是丁二烯和苯乙烯在烃类溶剂中采用有机锂引发阴离子聚合而制得的共聚物。溶聚丁苯橡胶具有耐磨、耐寒、生热低、回弹性高、收缩性低、色泽好、灰分少、纯度高以及硫化速度快等优点，近年来在发达国家发展较快。溶聚丁苯橡胶有纯溶聚丁苯和充油溶聚丁苯两类。溶聚丁苯橡胶主要用于制造轮胎，制造皮带、刮水板、窗框密封及散热器软管等工业用零部件，制造胶鞋、雨衣、毡布、手套、风衣及气垫床等日用品，应用相当广泛。

溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种。其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比，具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点，是今后的发展方向。

1.2 丁苯橡胶的特性

丁苯橡胶与其它通用橡胶一样，是一种不饱和的烃类高聚物，能溶于大部分溶解度参数相近的烃类溶剂中，而硫化胶仅能溶胀。丁苯橡胶能进行许多聚烯烃型反应，如氧化、臭氧破坏、卤化和氢卤化等。在光、热、氧和臭氧结合作用下，将发生物理化学变化，但其被氧化的作用比天然橡胶缓慢，即使在较高温度下老化反应的速度也较缓慢。光对丁苯橡胶的老化作用不明显，但丁苯橡胶对臭氧的作用比天然橡胶敏感，耐臭氧性比天然橡胶差。丁苯橡胶的低温性能稍差，脆性温度约为-45℃。与其它通用橡胶相似，影响丁苯橡胶电性能的主要因素是配合剂。丁苯橡胶的物理性能列于表1.1。

导热性，W/(m·K)

与一般通用橡胶相比，丁苯橡胶具有如下优缺点。

缺点有：

（1）丁苯橡胶纯胶强度低，需加入高活性补强剂后方可使用。丁苯橡胶加配合剂的难度比天然橡胶大，配合剂在橡胶中分散性差。

（2）反式结构多，侧基上带有苯环，因而滞后损失大，生热高，弹性低，耐寒性也稍差。但充油后能降低生热。

（3）收缩大，生胶强度低，粘着性差。

（4）硫化速度慢。

（5）耐屈挠龟裂性比天然橡胶好，但裂纹扩展速度快，热撕裂性能差。

优点有：

（1）硫化曲线平坦，胶料不易焦烧和过硫。

（2）耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。高温耐磨性

好，适用于乘用胎。

（3）加工中分子量降到一定程度后不再降低，因而不易过炼，可塑度均匀。硫化胶硬度变化小。

（4）提高分子量可达到高填充。充油丁苯橡胶的加工性能好。

（5）丁苯橡胶很容易与其它高不饱和通用橡胶并用，尤其是与天然橡胶或顺丁橡胶并用，经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。

乳聚丁苯橡胶具有良好的综合性能，其加工性能、物理机械性能和制得的橡胶产品的使用性能均接近于天然橡胶，且耐老化、耐热性和耐磨性均优于天然橡胶，可与天然橡胶、聚丁二烯橡胶并用而改善加工性能和物理性能。但其弹性比天然橡胶低，滞后损失大，硫化胶生热高，收缩变形大，表面不光滑，黏性和自黏性差。

溶聚丁苯橡胶具有优良的耐磨性、耐沟纹龟裂性，且对湿路面抓着力、耐热性及在高温下长时间暴露后的耐屈挠性良好，加之在密炼机混炼时生热低、压出膨胀率小、填充量高等特点，主要应用于轮胎方面，约占溶聚丁苯胶总产量的80%，如制造轿车轮胎、大型轮胎胎面、雪地轮胎胎体等。从耐磨性、拉伸强度、硫化平坦性、耐屈挠性和耐热性等考虑，特别适于制造耐热运输带。由于耐低温性、防震性与金属粘合性好，适用于制造皮带、刮水板、窗框密封及散热器软管等工业用零部件。另外，由于溶聚丁苯橡胶具有触感好，耐候性、回弹性好以及永久变形小等优点，可用于制作雨衣、毡布、风衣及气垫床等，还可制作发泡均匀、结构致密的海绵材料。溶聚丁苯橡胶由于其良好的辊筒操作性、压延性、耐磨性以及高填充性，还广泛地用于制鞋业，用它制作的鞋，具有色泽鲜艳、触感良好、表面光滑、花纹清晰、不易走形、硬度适中等优点。

随着轮胎子午化的普及，尤其是新型节能子午线轮胎的发展，对轮胎用胶提出了更高的要求，不仅要求胶料强度高，抗湿滑性好，还要求滚动阻力低（车辆的燃料中10～20%是用来克服轮胎的滚动阻力的）。传统的乳聚丁苯橡胶抗湿滑性好，但滚动阻力大；天然橡胶和顺丁橡胶滚动阻力小，但抗湿滑性又差；而溶聚丁苯橡胶则兼具了抗湿滑性好和滚动阻力低的综合性能。据报道，采用新型溶聚丁苯橡胶制造的轮胎与采用乳聚丁苯橡胶制造的轮胎相比，滚动阻力减少

30%，抗湿滑性提高3%，耐磨性提高11%，燃料消耗降低5～6%。因此近几年随着新型节能轮胎的发展，溶聚丁苯橡胶在发达国家中发展较快。在美国，目前80%以上的轿车轮胎胎面中使用了溶聚丁苯橡胶，日本及西欧地区的轮胎生产商也在轿车轮胎胎面中较大比例地使用溶聚丁苯橡胶。

1.3 丁苯橡胶的分类及品种

丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的不同，丁苯橡胶简分为下列几类。

图1.2 丁苯橡胶分类示意图

①按聚合方法和条件分类

可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶开发历史悠久，生产和加工工艺成熟，应用广泛，其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种，其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比，具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点，是今后的发展方向。

乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰。

在生产工艺上，乳液聚合丁苯橡胶更加成熟。

溶液聚丁苯橡胶(SSBR)是60年代初由美国Firestone和Phillips率先实现工业化生产的。

溶液聚丁苯橡胶具有多种结构，能制取各种类型的橡胶制品。按丁二烯苯乙烯两种单体共聚结合的方式，它可分为无规共聚型及嵌段共聚型，前一类为通用型合成橡胶，用于轮胎、鞋类和工业橡胶制品。后一类为热塑性弹性体，是一种节约燃油型轮胎用胶，且具有一定的抗湿滑性，还用于鞋类及其他工业制品。溶液丁苯和乳液丁苯一样，也可充油或充炭黑得到相应的充油或充炭黑的溶液丁苯橡胶。

溶聚丁苯胶因具有低滚动阻力和高抗湿滑和耐磨耗等优异性性能而成为80年代以来合成橡胶发展的热点之一。