高性能合成橡膠材料的特點及應用領域



通用合成橡膠的高端牌號和功能化品種主要指應用于高性能輪胎胎面、胎側和氣密層，可以顯著提高輪胎性能的官能化溶聚丁苯橡膠、釹系順丁橡膠、星型鹵化丁基橡膠；以及用于苛刻條件下密封防水、膠黏劑、聚合物改性、光纜電纜等領域的極性化丁苯熱塑性彈性體（SBS）、苯乙烯–異戊二烯嵌段共聚物（SIS）、氫化苯乙烯–丁二烯嵌段共聚物（SEBS）、氫化苯乙烯異戊二烯共聚物（SEPS）熱塑性彈性體、長鏈支化乙丙橡膠、官能化高抗沖丁苯樹脂等。特種合成橡膠材料是指不同于通用橡膠材料而具有耐高低溫、耐老化、抗燒蝕、耐化學介質等特殊性能的橡膠材料，主要包括氫化丁腈橡膠（HNBR）、熱塑性硫化橡膠（TPV）、硅橡膠、氟橡膠等。特種合成橡膠材料具有的特殊性能使其成為航空航天、國防軍工、電子信息、能源、環境、海洋等國家重大戰略和新興領域發展所必需的關鍵材料 。



當前和今后一段時期，國防和國民經濟發展急需的先進通用橡膠和特種橡膠材料主要有以下幾種。



溶聚丁苯橡膠（SSBR），不同于傳統乳聚丁苯橡膠，它是通過鋰系陰離子溶液聚合制備的丁二烯、苯乙烯共聚橡膠，由于其結構可設計、性能可調控，是制造輪胎胎面膠的理想膠種。作為高性能合成橡膠膠種，溶聚丁苯橡膠比乳聚丁苯橡膠有更優異的滾動阻力和抗濕滑性能，被公認為綠色輪胎的橡膠復合體系中所必須采用的橡膠組分。



氫化丁腈橡膠是以改善丁腈橡膠（NBR）的耐熱和耐老化性能為目的，將丁腈橡膠鏈鍛上的丁二烯單元進行選擇性加氫制得的一種高飽和度橡膠材料，其最主要的特點是能在 150℃下長期使用，并且在高溫下仍能保持較高的物理機械性能，能夠很好地滿足汽車、宇航、油田等領域對材料耐高溫耐化學品的特殊要求，應用越來越廣泛，比如用作汽車油封、燃油系統部件、汽車傳動帶、鉆井保持箱和泥漿用活塞、印刷和紡織用膠輥、航空航天用密封件、減震材料等。



IIR/HIIR 是由異丁烯與少量異戊二烯通過低溫陽離子聚合反應合成的線型高分子材料。丁基橡膠是氣密性最好的橡膠，在輪胎內胎、硫化膠囊、醫用膠塞和膠管膠帶等領域有著廣泛的應用。鹵化丁基橡膠包括溴化丁基橡膠和氯化丁基橡膠，是丁基橡膠經過鹵化改性的產品。鹵化丁基橡膠在保持丁基橡膠原有性能的基礎上，提高了產品硫化寬容度，并且可與其他種類通用橡膠共硫化，可生產無內胎輪胎，且具有更好的耐熱性。



氫化苯乙烯類熱塑性彈性體（HSBCs）是熱塑性彈性體 SBS 和 SIS 經氫化后將絕大多數不飽和雙鍵變成飽和鍵，不僅保留了本身優秀的彈性，而且耐熱、耐光和耐熱氧等性能得到大幅度提高。氫化 SBS（SEBS）可廣泛用于生產高檔彈性體、樹脂改性、膠黏劑、潤滑油增黏劑、電線電纜的填充料和護套料等。隨著共享單車的興起，SEBS 用于生產不充氣輪胎成為熱門領域。氫化 SIS（SEPS）主要用于潤滑油增黏、透明彈性體和膜制品制造，以及用在潤滑油脂、光纜密封油膏、化妝品和涂覆革等領域 。



異戊橡膠由異戊二烯合成，與天然橡膠結構最為相近，是天然橡膠的最佳替代品，可用于輪胎等行業。



熱塑性硫化橡膠，又稱動態硫化熱塑性彈性體，是通過在塑料相（如聚丙烯）和橡膠相（如 EPDM）熔融共混過程中，將橡膠相進行硫化，得到粒狀硫化橡膠相以微區相態穩定存在于塑料相中所制得的熱塑性彈性體材料，兼具傳統橡膠的高彈性能和塑料材料的熱塑性加工性能，具有密度低、可回收、易加工、能耗低、長效耐老化性等優良的特點。



硅橡膠是由線性聚硅氧烷混入補強填料以及功能填料和助劑，在加熱、加壓條件下硫化后成為網狀結構的彈性體的一類特殊合成橡膠。具有優異的耐高低溫、耐候、耐臭氧、抗電弧、電氣絕緣性、防潮、高透氣性以及生理惰性等。在現代工業、電子電氣、汽車、建筑、醫療、個人護理等領域具有廣泛應用，成為航空航天、國防軍工、智能制造等領域不可或缺的先進高性能材料。



氟橡膠是指主鏈或側鏈的碳原子上含有氟原子的一種含氟橡膠材料，其特殊性能由氟原子的結構特點所決定。氟橡膠可長時間在 250℃下使用，極限使用溫度可達 300℃，而傳統三元乙丙橡膠、丁基橡膠的極限使用溫度只有 150℃。氟橡膠除了耐高溫還具有優異的耐油、耐化學介質、耐酸堿性能，在所有橡膠彈性體材料中其綜合性能最好，主要用于火箭、導彈、飛機、船舶、汽車等運載工具的耐油密封和耐油管路等特種用途領域，是國民經濟和國防軍工不可或缺的關鍵材料。



特種橡膠是合成橡膠中成長性最好、技術難度最高的細分領域



合成橡膠根據用途可分為通用橡膠和特種橡膠兩大類。其中，通用橡膠是人工合成橡膠的主要品種，其技術含量相對較低，目前國內已經實現絕大多數通用橡膠品種的量產，并應用于輪胎和工業橡膠制品，主要包括丁苯橡膠（SBR）、聚丁二烯橡膠（BR）、丁基/鹵化丁基橡膠（IIR/HIIR）、乙丙橡膠（EPDM）、丁腈橡膠（NBR）、異戊橡膠（IR）、氯丁橡膠（CR）和苯乙烯類嵌段共聚物（SBCs）；特種橡膠是指具有特殊性能和特殊用途且能適應苛刻條件下使用的合成橡膠，主要包括硅橡膠、氟橡膠、丁腈橡膠和聚氨酯橡膠等種類，特種橡膠可以看作是通用橡膠的高端品種，是新時代發展所必需的關鍵化工基礎材料。目前我國的特種橡膠產業在技術水平上仍然存在著很大的差距。



除此之外，結構分布上也存在著一定的不合理性。產能大量剩余，而產能分布卻十分分散，大量的低端產品，由于其附加值低的特性，造成了即使降低銷售價格也難以擴大市場需求的尷尬局面。從而使橡膠行業出現了結構性產能過剩問題。



近年來，政府給予特種橡膠產業鏈各個環節的支持措施越來越多，市場監管等重要環節的宏觀政策環境也日趨完善。全國多省市在“十四五”規劃中明確指出發展重點：突破特種橡膠生產關鍵技術，擴大溴化丁基橡膠、丁腈膠乳、氫化丁腈橡膠等特種橡膠規模。同時，隨著一批明星企業的迅速崛起以及國內在特種橡膠領域的投資，國內特種橡膠技術專利的數量也在持續增長。



技術支持下，特種橡膠的重要應用領域如電子電器、電線電纜、汽車、醫療、日化等下游行業的需求將持續旺盛，這給我國合成橡膠行業帶來高速發展的機遇。現階段，我國能夠生產的特種橡膠種類雖然不多，行業整體研發能力、生產工藝、產品綜合性能與國外先進企業相比仍存在一定差距，但隨著科技不斷發展、技術不斷進步，我國特種橡膠市場規模不斷擴大，推動我國特種橡膠行業不斷升級產業結構，向高端化方向發展。

綠色環保是大勢所趨，合成橡膠產業結構升級順應時代



合成橡膠在生產過程中會產生大量的揮發性有機物(VOCs)，對環境污染較大。近年來，在節能減排和“雙碳”背景下，國家對綠色經濟發展尤為重視，我國合成橡膠行業積極響應，加快構建綠色產業鏈供應鏈。具體到合成橡膠產業上下游，大致可以分為合成橡膠生產綠色化、助劑生產綠色化、輪胎及制品生產綠色化和輪胎及制品使用場景綠色化。



從合成橡膠生產來看，當前已經有許多合成橡膠企業逐步改建生產設備和研發環保節能型產品。例如：海南橡膠金水橡膠加工分公司在2020年就已經投入了近700萬元更新加工廠的環保設備，除了加裝除氨塔，該公司還升級改造了廢水處理系統。



從合成橡膠助劑來看，我國橡膠助劑行業在高端化、綠色化和智能化研究開發方面起步較晚，2001年中國橡膠工業協會在成立之初將“發展綠色化工，突破關鍵技術，打造世界橡膠助劑工業強國”作為行業重要方針，國家“十四五”規劃也提出深入實施智能制造和綠色制造工程，發展服務型制造新模式，推動制造業高端化智能化綠色化，推動制造業優化升級。當前，環保型橡膠助劑已經開始陸續應用到國內各類橡膠制品中去，其中促進劑TBzTD、促進劑ZBEC、硫化劑DTDC、促進劑ZBOP、塑解劑DBD等已被國家2016年《國家鼓勵的有毒有害原料(產品)替代品目錄(2016年版) 》明確鼓勵和推廣。



合成橡膠下游應用極其廣泛，兩大主流膠種丁苯和順丁橡膠的主要應用領域都是輪胎生產。綠色輪胎已成為輪胎發展的主流趨勢之一。早在2015年，由中國橡膠工業協會舉辦的國內首屆中國綠色輪胎安全周中，國內外主要輪胎生產企業、原材料生產企業就發起了《中國綠色輪胎安全周活動發起倡議書》。在全社會普及綠色輪胎理念和輪胎安全知識，倡導汽車制造廠配套和消費者使用綠色輪胎，從而在消費層面推動中國綠色輪胎發展；推進中國輪胎標簽制度實施進程，以期今后達到設立綠色輪胎門檻。同時，吸引政府相關部門關注中國綠色輪胎發展，推進中國輪胎產業升級。近年來，眾多企業積極踐行綠色理念，實施綠色制造，構建以“綠色工廠、綠色產品、綠色供應鏈”為核心的綠色制造體系。



綜合來看，未來環保型合成橡膠品種將是合成橡膠行業發展的必然趨勢，我國合成橡膠產業實現轉型升級是順應時代的需要，也是實現高品質升級的需要。



文章來源： 中國工程院院刊，觀研天下，橡膠技術網

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