摘要：氫化丁腈橡膠是一種新型橡膠材料，是丁腈橡膠發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文介紹了氫化丁腈橡膠的分子結(jié)構(gòu)、性能，分析了氫化丁腈橡膠的市場(chǎng)前景與我國(guó)的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

丁腈橡膠(NBR)分子結(jié)構(gòu)中含有極性的腈基(-CN)，具有良好的耐油性，將其長(zhǎng)期浸泡在油介質(zhì)中仍能保持優(yōu)異的性能，因此被廣泛應(yīng)用于油田開采。但是NBR分子鏈中還含有不飽和的雙鍵，耐高溫高壓性能差，不適用于高溫高壓等惡劣環(huán)境中，人們急切需要一種同時(shí)具有良好的耐油性、耐熱性和耐候性的橡膠，氫化丁腈橡膠應(yīng)運(yùn)而生。

氫化丁腈橡膠的分子結(jié)構(gòu)與性能

氫化丁腈橡膠(HNBR)是通過對(duì)NBR主鏈所含的丁二烯單元進(jìn)行特殊加氫處理而制成的一種性能優(yōu)異的高飽和丁腈橡膠，反應(yīng)式見圖1。

圖1 NBR制備HNBR的反應(yīng)式

(資料來源：中國(guó)知網(wǎng))

從NBR加氫合成HNBR的反應(yīng)式中可以看出，HNBR分子中包含以下幾種結(jié)構(gòu)單元：

表1 HNBR中的結(jié)構(gòu)單元及功能

(資料來源：中國(guó)知網(wǎng))

NBR氫化過程中，大分子結(jié)構(gòu)由非飽和結(jié)構(gòu)變成了飽和結(jié)構(gòu)，保留了少量不飽和鍵，可參與硫化交聯(lián)反應(yīng);保留了腈基，因此HNBR仍具有NBR的耐油性，同時(shí)還具有明顯的高強(qiáng)度、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐候性、耐臭氧、抗壓縮永久變形等性能，綜合性能極為出色。商品化的氫化丁腈橡膠根據(jù)其丙烯腈含量和氫化率分類，使用時(shí)根據(jù)耐油性要求選擇丙烯腈含量，根據(jù)對(duì)耐候性、耐高溫性、耐化學(xué)腐蝕性的要求選擇氫化率。

氫化丁腈橡膠的應(yīng)用和市場(chǎng)前景

氫化丁腈橡膠可長(zhǎng)時(shí)間存放，使用起來安全性好，在苛刻的環(huán)境有著良好的表現(xiàn)，在航空航天系統(tǒng)可用作密封件、減震材料等。

1. HNBR在石油工業(yè)中的應(yīng)用

近年來，隨著油氣井的深度越來越大，溫度和環(huán)境條件也越來越惡劣，對(duì)所使用的橡膠材料標(biāo)準(zhǔn)要求也越來越高，氟橡膠密封件在這種條件下容易損壞。高溫和高壓環(huán)境下，硫化氫、二氧化碳、柴油、甲烷、蒸汽和酸類介質(zhì)都會(huì)影響橡膠性能，要求橡膠制品必須具有耐高溫高壓、耐化學(xué)腐蝕等性能。HNBR相對(duì)于NBR、氟橡膠是比較合適的橡膠材料，被廣泛用于石油開采過程中的橡膠制品，如油氣井用防暴器、閥門密封圈、栓塞、動(dòng)力電纜護(hù)套、泵類活塞、旋轉(zhuǎn)膠管、鉆井護(hù)罩等。

2. HNBR在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

HNBR具有較好的耐臭氧性、耐熱性，比NBR和氯丁橡膠更適合用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸與曲軸聯(lián)動(dòng)的同步齒帶;此外HNBR動(dòng)態(tài)彈性隨溫度變化小，在較大溫度范圍內(nèi)可持動(dòng)力的準(zhǔn)確傳遞，是最理想的可用于同步齒帶的橡膠材料。歐美、日本的汽車企業(yè)的同步齒帶均采用HNBR材料。HNBR還具有優(yōu)良的耐腐蝕性，可用于汽車用燃料膠管。高級(jí)潤(rùn)滑油中含有防老劑、擠壓劑、防老劑、清潔分散劑等加速橡膠衰老的添加劑，HNBR對(duì)添加劑的抵抗性能優(yōu)越，因此適用于機(jī)油冷卻器供油軟管。

HNBR市場(chǎng)前景廣闊，我國(guó)消費(fèi)嚴(yán)重依賴進(jìn)口

近年來，由于全球汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，尤其是中國(guó)和印度的汽車生產(chǎn)商對(duì)HNBR的強(qiáng)勁需求，全球HNBR市場(chǎng)保持穩(wěn)健增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。截至2017年，全球HNBR市場(chǎng)需求量為5928噸，全球HNBR的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3.10億美元(見圖2)。

圖2 2015-2017年全球HNBR需求量及市場(chǎng)規(guī)模

（資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)）

在我國(guó)，由于汽車工業(yè)和其他制藥業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)HNBR的需求量越來越大。預(yù)計(jì)2025年，我國(guó)氫化丁腈橡膠市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.60億美元。

HNBR的生產(chǎn)技術(shù)難度高，設(shè)備要求高，生產(chǎn)過程使用的催化劑較為昂貴，價(jià)格也較為昂貴，在一定程度上限制了其自身的應(yīng)用和發(fā)展。目前主要為日本的瑞翁化工和德國(guó)的拜耳集團(tuán)所壟斷，生產(chǎn)基地分布在美國(guó)、日本和歐盟地區(qū)，行業(yè)集中度較高。

我國(guó)的氫化丁腈橡膠產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，技術(shù)距離國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距，生產(chǎn)企業(yè)較少，早期只有蘭州石化在實(shí)驗(yàn)裝置上開展小批量生產(chǎn)，后又因裝置問題和其他因素停工，目前國(guó)內(nèi)的HNBR生產(chǎn)企業(yè)有浙江贊昇新材料有限公司和山東道恩特種彈性體有限公司。2017年，我國(guó)HNBR市場(chǎng)需求在1550噸左右，產(chǎn)能為1000噸，同期國(guó)內(nèi)產(chǎn)量?jī)H有60噸，產(chǎn)能利用率極低(見圖3)，市場(chǎng)需求嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

圖3 2015-2017年中國(guó)HNBR產(chǎn)能、產(chǎn)量及需求

(資料來源：中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng))

結(jié)語

NBR通過加氫反應(yīng)制得HNBR，可以保持原有的耐油性，同時(shí)還具有耐化學(xué)腐蝕、耐候性、耐高溫等優(yōu)良性能，在汽車工業(yè)和石油工業(yè)可以廣泛替代NBR、氯丁橡膠等其他材料;HNBR行業(yè)目前為德國(guó)拜耳和日本瑞翁化工所壟斷，我國(guó)技術(shù)、產(chǎn)能、產(chǎn)量等方面極度落后，市場(chǎng)需求嚴(yán)重依賴進(jìn)口。