نوشته هایsalar

لاستیک نیتریل یا NBR به چه ماده ای گفته میشود و چه خواصی دارد؟

لاستیک نیتریل یا NBR که با نامهای Buna-N و لاستیک اکریلونیتریل بوتادین نیز شناخته میشود، نوهی هم بسپار ترکیبی لاستیکی از آکریلونیتریل و بوتادین است. نامهای تجاری این ماده عبارتند از: Perbunan, Nipol, Krynacو Europrene.

لاستیک نیتریل بوتادین یا NBR یکی از اعضای خانواده ی هم بسپارهای 2-پروپن نیتریل و انواعی از مونومرهای بوتادین است (1,2-butadiene و 1,3-butadiene). اگرچه خواص فیزیکی و شیمیایی این ماده وابسته بر ترکیبات نیتریل هستند. در موارد کمی مقاومت ماده یاد شده در برابر روغن، بنزین و سایر مواد شیمیایی زیاد است و در واقع هر چقدر مقدار نیتریل موجود در لاستیک نیتریل یا NBR بیشتر باشد، این مقاومت هم افزایش خواهد یافت ولی به همان اندازه انعطاف پذیری این لاستیک کاهش خواهد یافت.

از لاستیک نیتریل یا NBR در صنایع خودروسازی و هوانوردی و به منظور تولید شیلنگ های جابجایی بنزین و روغن، درزگیرها، تانکرهای بنزین و لایی استفاده می شود زیرا در تمام مصارف یاد شده امکان به کار گیری لاستیک وجود ندارد. در صنعت هسته ای هم این ماده در تولید دستکش های حفاظتی نقش دارد. همچنین ماده یاد شده قادر به تحمل گستره بزرگی از دماها از منفی 40 تا 180 درجه سانتی گراد (منفی 40 تا 226 درجه فارنهایت) میباشد و به دلیل برخورداری از این خواص در صنعت هوانوردی به کاربرده میشود. از لاستیکهای نیتریل برای تولید محصولات قالب گیری شده، کفش و پوشش های مربوطه، مواد چسبنده، درزگیرها، فوم های گسترش یافته و موکتها و اسفنج بهره برداری می شود.

حالت ارتجاعی لاستیک نیتریل یا NBR، آن را به گزینه ای ایده آل برای آزمایشگاه ها، نظافت و بررسی دستکش ها تبدیل کرده است. لاستیک نیتریل مقاومت بیشتری به نسبت لاستیکهای طبیعی در برابر روغن و اسیدها دارد و همچنین از استحکام بهتری برخوردار است. بنابراین دستکش های ساخته شده از نیتریل در برابر سوراخی مقاوم تر از لاستیکهای طبیعی میباشند به خصوص اگر لاستیکهای طبیعی با قرارگیری در معرض مواد شیمیایی و یا اوزون کیفیت و خواص خود را از دست داده باشند. همچنین لاستیکهای نیتریل در مقایسه با لاستیکهای طبیعی به احتمال کمتری واکنش های حساسیتی یا الرژیک را برای فرد ایجاد میکنند.

لاستیک نیتریل یا NBR به طور کلی در برابر هیدروکربنهای آلیفاتیک مقاوم میباشد. نیتریل هم همانند لاستیکهای طبیعی میتواند توسط اوزون، كتون ها، استرها و آلدهید ها مورد حمله قرار گیرد.

لاستیک نیتریل همانند لاستیک استایرن بوتادین و سایر انواع لاستیکهای ترکیبی الاستومری یا پلیمر های ارتجاعی، در اثر تحقیقات شیمیدانان و در طی دو جنگ جهانی تولید شده است. گروهی از هم بسپارهای اکریلونیتریل، بوتادین که با نام Buna-N نیز شناخته میشوند، در سال 1934 و توسط شیمیدان های آلمانی با نام Erich Konrad وEduard Tschunkur ثبت شدند. این افراد در کمپانی IG Farben فعالیت می کردند. Buna-N نیز در طی جنگ جهانی دوم و در آمریکا تولید شد و عنوان لاستیک نیتریل دولتی به آن اختصاص داده شد. پس از آن نیز گروه الاستومرهای اکریلونیتریل- بوتادین با نام لاستیکهای نیتریل شناخته شدند.

لاستیک نیتریل یا NBR چگونه تولید میشود؟

بسپارش این لاستیک به کمک صابونها، پروپن نیتریل 2، انواعی از مونومرهای بوتادین (1,2-butadiene و 1,3-butadiene)، عملگرهای مولد رادیکالی انجام می گیرد و در نهایت لاستیک هایی با درجه حرارت بالا تولید می شوند .در ظرف واکنشی نیز از آب به عنوان میانجی استفاده میشود. مخزن هایی در حوزه دمایی  30تا 40 درجه سانتی گراد حرارت دیده تا واکنش بسپارشی با سهولت بیشتری صورت گیرد و شاخه های پلیمری بیشتری شکل گیرند. از آنجایی که مونومر های متفاوتی در تولید لاستیک نیتریل نقش دارند که قابلیت انتشار واکنشی را دارند، ترکیبات تشکیل دهنده پلیمری میتواند متفاوت باشد (با توجه به غلظت مونومر های افزوده شده به مخزن بسپارشی و شرایط حاکم بر این مخازن). ممکن است هیچ واحد تکراری در ساختار پلیمری دیده نشود و به همین دلیل این ماده هیچ نام مشخصی در سیستم IUPAC ندارد. واکنش یکی از بخش های ممکن این پلیمر در این بخش نشان داده شده است:

1,3-butadiene + 1,3-butadiene + 2-propenenitrile + 1,3-butadiene + 1,2-butadiene → nitrile butadiene rubber

این امکان برای مونومرها وجود دارد که در بازه زمانی  5تا 12ساعت واکنش دهند. بسپارش نیز میتواند تا  70درصد تغییرات را متحمل شود قبل از آنکه عامل متوقف کننده ی سرعتی (مانند دی متیل دی تیو کاربامات و دی اتیل هیدروکسی لامین) به منظور واکنش با سایر رادیکال های آزاد باقیمانده به محتویات اضافه شوند.

زمانی که واکنش لاتکس های نهایی با سرعت زیادی پایان یابد، مونومرهای واکنش نداده زدوده میشوند. بازیابی این مونومرها نزدیک به  100درصد می باشد. پس از بازیابی نیز، لاتکس به به سمت مجموعه ای از فیلترها ارسال میشود تا مواد جامد اضافی زدوده شوند و در مرحله بعد هم به مخازن ترکیبی فرستاده میشود که در انها با یک انتی اکسیدان پایدار می شود. لاتکس پلیمری تولید شده نیز با استفاده از کلسیم نیترات، آلومینیوم سولفات و سایر عاملها در یک مخزن آلومینیومی لخته میشود. در نهایت ماده نهایی شسته شده و خشک میشود.

روند تولیدی انواع سرد و گرم لاستیک نیتریل یا NBR شباهت خیلی زیادی به هم دارند. مخزن های بسپارشی نیز در حوزه دمایی 5 تا  15درجه سانتی گراد به جای 30 تا  40درجه سانتی گراد قرار می گیرند. در صورتی که دمای موجود کمتر باشد، شاخه های پلیمری کمتری شکل می گیرند (تعداد این شاخه ها باعث تفکیک پذیری انواع سرد و گرم این لاستیک می شوند).

لاستیک نیتریل یا NBR چه خواصی دارند؟

لاستیک اکریلونیتریل بوتادین که با نام NBR نیز شناخته می‌شود و نام کوتاه شده ی آن نیز نیتریل است، نوعی الاستومر منحصربفرد است و میتوان آن را با استفاده از بسپارش امولسیونی رادیکال های آزاد بوتادین تولید کرد که  15تا  45درصد آن را آکریلونیتریل ها سرد و یا گرم تشکیل می دهند.

درجاتی از لاستیک یاد شده که دارای مقدار بیشتری آکریلونیتریل میباشند، مقاومت بهتری هم در برابر روغن و سایش دارند ولی انواعی که خاصیتی عکس دارند یعنی محتویات اکریلونیتریل آن‌ها پایین‌تر است، در دمای پایین انعطاف پذیری و خاصیت ارتجاعی بالاتری دارند.

به طو کلی لاستیکهای یاد شده خواص فیزیکی متعادلی دارند ولی مقاومت آنها در برابر حلالهای هیدروکربنی، روغنی و سایش خیلی خوب است.اگرچه نمیتوان از آن‌ها در برابر حلالهای قطبی استفاده نمود. گاز به سختی میتواند به این لاستیکها نفوذ نماید به‌خصوص انواعی که دارای محتویات بالای نیتریلی میباشند. این انواع مقاومت کمی در برابر اوزون و حرارت متوسط دارند. به منظور بهبود خواص فیزیکی، گاهی اوقات لاستیکهای نیتریل کربوکسیلی می‌شوند که باعث بهبود مقاومت دمایی آن‌ها خواهد شد.

با تغییر میزان اکریلونیتریل موجود در این لاستیکها می توان خواص این مواد را به مقدار بسیاری دگرگون کرد و به ویژگی‌های جدیدی دست یافت. هر چقدر آکریلونیتریل بیشتری در این لاستیکها موجود باشد، مقاومت آن‌ها در برابر هبدروکربنهای آروماتیک بیشتر خواهد شد و هر چقدر محتویات نیتریلی کمتر باشد، انعطاف ماده در دماهای پایین هم بیشتر خواهد بود

• در صورتی که مقدار نیتریل موجود در این نوع لاستیک بالای   45 درصد باشد، به آن مقدار زیاد می گویند.
• مقدار متوسط نیتریل هم بین 30 تا  45درصد است
• مقدار پایین نیتریل نیز کمتر از  30درصد خواهد بود.

مقدار مطلوب نیتریل برای استفاده در لاستیکهای یاد شده همان مقدار متوسط میباشد.

لاستیک نیتریل یا NBR برای تولید چه محصولاتی استفاده میشود؟

مصارف این لاستیک شامل دستکش های غیر لاتکسی یک بار مصرف، تسمه های انتقالی خودروها، شلنگ، حلقه های  Oشکل، درزگیرهای روغنی، تسمه های وی شکل، چرم های ترکیبی و تولید پوشش‌های محافظت کننده از کابل در برابر مواد شیمیایی، رطوبت و سایر موارد میشود. تولید چسبها و اتصال های پیگمنتی نیز در همین دسته قرار میگیرند.

برعکس انواعی از پلیمرها که در آن‌ها عدم تطابق در ترکیبات شیمیایی و یا ساختار شیمیایی میتواند بر محصول نهایی تولیدی اثر گذارد، خواص کلی لاستیک یاد شده هیچ گونه تاثیری از تغییرات ساختاری و ترکیبی نمی پذیرند.فرایند تولیدی چندان پیچیده نیست و فرایند های بسپارشی، بازیابی مونومری و انعقاد همگی به مواد چسبنده و تجهیزات نیاز دارند ولی از این موارد برای تولید اکثریت لاستیکها استفاده می شود. تجهیزات ضروری ساده بوده و دسترسی به آن‌ها نیز به آسانی صورت میگیرد. به همین دلیل این مواد به مقدار فراوانی در کشورهای فقیر تر تولید می‌شوند که در آن‌ها نیروی کار خیلی ارزان‌تر است. کشورهای چین و تایوان ار بزرگترین تولید کنندگان لاستیک نیتریل یا NBR میباشند.

لاستیکهای بوتادین نیتریل هیدروژنه و یا NHBR

لاستیکهای بوتادین نیتریل هیدروژنه و یا NHBR که با نام نیتریل های کاملاً اشباع شده نیز شناخته میشوند، به دلیل استحکام فیزیکی و حفظ خواص خود پس از قرار گیری طولانی مدت در معرض گرما، روغنها و مواد شیمیایی معروف می باشد.

لاستیک بوتادین نیتریل کربوکسیلی و یا XNBR

لاستیک بوتادین نیتریل کربوکسیلی و یا XNBR نسخه ی بهبودیافته ی لاستیک نیتریل یا NBR میباشد. در این نسخه علاوه بر اتصالات سولفوری، گروه‌های کربوکسیلی R-COO- هم بروی پیوندهای دوتایی بوتادینی وجود دارند. این گروه‌ها پیوندهای عرضی یونی با زینک ایجاد میکنند تا در مقایسه با لاستیکهای نیتریلی غیر کربوکسیلی، خواص فیزیکی بهتری به این ماده ببخشند. این پیوندهای عرضی یونی در امتداد پیوندهای سولفوری شکل می گیرند. گروه‌های کربوکسیلی نیز که برای این پیوندهای اضافی مورد نیاز هستند، به صورت تصادفی توزیع می‌شوند و به میزان ده درصد و یا کمتر دیده میشوند.

پلیمرها، انواع گوناگونی دارند، ولی ۹۵ درصد اورینگ ها، از هشت نوع پلیمر متداول زیر ساخته می شوند:

الف) نیتریل (یونا – ان): امروزه، نیتریل به دلیل مقاومت خوب در برابر مواد نفتی، و قابلیت ترکیب برای کاربردهایی در محدوده دمایی ۵۴- تا ۱۳۵+ درجه سانتی گراد، متداول ترین ماده مورد استفاده در صنعت نشت بندی است. اورینگ های مقاوم در برابر روغن و سوخت، که در لاستیک های نظامی مورد استفاده قرار می گیرند، به ترکیباتی با پایه نیتریل نیاز دارند. توجه به این نکته لازم است که در مواد نیتریلی، برای به دست آوردن مقاومت خوب در دمای پایین، باید ویژگی مقاومت در برابر روغن و سوخت در دمای بالا قربانی شود. ترکیبات نیتریل، از نظر حد فشردگی، جریان سرد، گسیختگی و مقاومت سایش از بسیاری از انواع الاستومرها برتر هستند. ترکیبات با پایه نیتریل، مقاومت ذاتی خوبی در برابرازن نور خورشید یا اب وهوا از خود نشان نمی دهند. این ضعف با تغییر ترکیب آن تا دودی بهبود می یابد.

نیتریل در بسیاری از موارد برای نشت بندی سیالات و روغن های نفتی ،آب،روغن ها و گریس های سیلیکون، روانکارهایی با پایه دایستر (MIL )7808)، و سیالات با پایه اتیلن گلیکول توصیه می شوند.

ب) نئوپرن: ترکیب نئوپرن ها برای کاربردهایی در محدوده دمایی ۵۴- تا ۱۲۱+ درجه سانتی گراد مناسب هستند، اغلب الاستومرها  همچنین در برابر روانکارهای نفتی نیز با اکسیژن مقاوم می باشند. این ویژگی، به هم اینها را در شمار مواد مورد استفاده در کاربردهای: ترکیب شو پرتها، و باد. این ویژگی، به همراه محدوده دمایی وسیع و قیمت وبرای مبردها  کاربردهای نشت بندی قرار داده است. نئوپرن برای مبردها  (فرئوم، آمونیاک)، روغن های نفتی با نقطه آنیل بالای اسیدهای متوسط وروانکارهای سیلیکات استر توصیه شده است.

ج) اتیلن پروپیلن: اتیلن پروپیلن به دلیل مقاومت خوب در برابر اسکایدرول و سایر سیالات هیدرولیک فسفات استر، موارد کاربرد بسیاری در صنعت نشت بندی دارد. اتیلن دوپیلن، در بیشتر کاربردها در محدوده دمایی ۵۴- تا ۱۵۰ + درجه سانتی گراد استفاده می شود.

این ماده، برای سیالات هیدرولیکی با پایه استر فسفات (اسکایدرول، فیر کوئل، در اول)، بخار تا ۲۰۴+ درجه سانتی گراد، آب، گریس ها و روغن های سیلیکون، اسیدهای رفیق، آلکالاین های رقیق، کتون ها (MEK استون)، الکلها و سیالات ترمز اتوماتیک توصیه می شود.

د) فلوروکربن (ویتون): الاستومرهای فلوروکربن، برای اولین بار در اواسط دهه ۱۹۵۰ معرفی شد و از آن زمان، نقش مهمی را در صنایع نشت بندی به عهده گرفت. فن آوری الاستومرهای فلوروکربن به دلیل سازگاری شیمیایی بالا و محدوده دمایی وسیع، پیشرفت بسیاری کرده است.

دامنه کار کرد فلوروکربن ها از ۲۹ تا ۲۰۱۴+ درجه سانتی گراد است، ولی برخی از فرمولاسیون های ویژه برای کاربردهای نشت بندی تا دمای ۵۴- درجه سانتی گراد استفاده می شوند.

پیشرفت های اخیر در فرمولاسیون مواد، خصوصیات این نشت بند مفید را بهبود داده است. مواد فلورو کربن در ساخت هواپیما، خودرو، و سایر وسایلی که نیاز به مقاومت بالا در برابر محیط و سیالات دارند، به کار گرفته می شود.

فلورو کرین برای روغن های نفتی، روانکارهایی با پایه دایستر (-L MIL–6486 7808) روانکارهایی با پایه سیلیکات استر، گریس ها و سیالات سیلیکون، هیدروکر های هالوژن، برخی از انواع سیالات فسفات استر و اسیدها توصیه می شود.

ه) بوتیل: پیش از معرفی اتیلن پروپیلن، بوتیل، تنها الاستومری به شمار می رفت که برای کاربردهای اسکاندرول ۵۰۰ در محدوده دمایی ۵۴- تا ۱۰۷+ درجه سانتی گراد مناسب بود. این ماده، مقاومت خوبی نیز در مقابل نفوذ گاز دارد و به همین دلیل، برای کاربرد در خلا مناسب است.

بوتیل، برای سیالات هیدرولیک فسفات استر، کتون ها، گریس ها و سیالات سیلیکون و کاربردهای خلا نیز توصیه می شود.

و) پلی اکریلیت: پلی اکریلیت، مقاومت بسیار خوبی در برابر روغن و سوخت های نفتی از خود نشان می دهد، در برابر اکسیداسیون، ازن و نور خورشید نیز مقاومت مناسبی داشته و همچنین توانایی بالایی در برابر شکست خمشی دارد. ترکیبات پلی اکریلیت، برای کار کرد مداوم در روغن داغ در محدوده دمایی ۱۸ تا ۱۵۰+ درجه سانتی گراد مناسب می باشند.

این ماده از نظر مقامت در برابر هوای داغ، کمی بهتر از پلیمرهای نیتریل است، ولی از نظر مقامت سایشی، تنظیم فشردگی، و مقاومت در برابر آب، شرایط خوبی ندارند. چندین نوع پلی اکریلیت در بازار موجود است ولی همه آنها محصول پلیمرازیسیون استرهای اکریلیت اسید هستند.

بیشترین مورد مصرف الاستومرهای پلی اکریلیت، توسط صنایع خودرو سازی است درپلی اکریلیت برای روغن های نفتی برای خودکار توان، که سیالات انتقال نوع A را به کار می برند.

پلی اکریلیت  برای روغن های نفتی، سیالات انتقال خودکار و سیالات انتقال توان توصیه می شود.

ز)سیلیکون: سیلیکون ها گروهی از مواد الاستومری هستند که از سیلیکون، اکسیژن هیدروژن و کربن ساخته می شوند. گروه سیلیکونها، مقاومت کششی، گسیختگی و سایش نسبتا پایینی دارند. ترکیبات ویژه ای از سیلیکون است که مقاومت فشردگی و گرمایی استثنایی از خود بروز می دهند. موادی نیز با استحکام بالا ساخته شده اند، ولی استحکام آنها با الاستومرهای متداول قابل مقایسه نیست

سیلیکونها مقاومت خوبی در برابر دما دارند. قابلیت انعطاف در دماهایی زیر ۱۱۴درجه سانتی گراد از آنها دیده شده و ترکیباتی از آنها وجود دارد که برای مدت کوتاه تا دمای ۳۷۱+ درجه سانتی گراد را تحمل می کند. بیشینه دمایی که برای کار کرد پیوسته سیلیکون در هوای خشک توصیه می شود ۲۳۲+ درجه سانتی گراد است. سیلیکون در دماهای بالا، خصوصیات فیزیکی خود را حفظ کرده و این، دلیل برتری سیلیکون نسبت به الاستومرهای دیگر می باشد.

ترکیبات سیلیکون، به دلیل مقاومت سایشی نسبتا کم، برای نشت بندی دینامیک توصیه نمی شوند. سیلیکون ها برای روغن هایی با نقطه آنالاین بالا، گرمای خشک و دیفنیل های کربنات نیز توصیه شده است.

ج) فلوروسیلیکون: الاستومرهای فلوروسیلیکون، خصوصیات تحمل در برابر دماهای بالا و پایین سیلیکون را با خصوصیت مقاومت در برابر روغن و سوخت با هم دارند. کاربرد اصلی فلوروسیلیکون، در سیستم های سوخت در دماهایی تا ۱۷۷+ درجه سانتی گراد است؛ و در محل هایی به کار می رود که علاوه بر نیاز به مقاومت در برابر گرمای حسنک سیلیکون، ماده در معرض روغن های نفتی با سوخت های هیدروکربنی نیز قرار می گیرد. حد دمای بالا برای فلوروسیلیکون محدود است، زیرا افزایش دما تا ۱۷۷+ درجه سانتی گراد، می تواند سوخت های خاصی را تنزل داده و تولید اسیدهایی نماید که به الاستومرها وتولید اسیدهایی نماید که به الاستومرهای فلوروسیلیکون حمله می کنند.

توجه: فلوروسیلیکون هایی با استحکام بالا نیز وجود دارد، که بعضی از انواع آنها مقاومت خوبی در برابر دستگاه های فشردگی از خود نشان می دهند. فلوروسیلیکون ها برای سوخت ها و روغن های نفتی توصیه شده است.