我國氫化丁腈橡膠消費嚴重依賴進口

王方

新材料、化工、節能環保

  • 2019-07-10
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氫化丁腈橡膠是一種新型橡膠材料,是丁腈橡膠發展的必然趨勢。本文介紹了氫化丁腈橡膠的分子結構、性能,分析了氫化丁腈橡膠的市場前景與我國的生產現狀。

摘要:氫化丁腈橡膠是一種新型橡膠材料,是丁腈橡膠發展的必然趨勢。本文介紹了氫化丁腈橡膠的分子結構、性能,分析了氫化丁腈橡膠的市場前景與我國的生產現狀。

丁腈橡膠(NBR)分子結構中含有極性的腈基(-CN),具有良好的耐油性,將其長期浸泡在油介質中仍能保持優異的性能,因此被廣泛應用于油田開采。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境中,人們急切需要一種同時具有良好的耐油性、耐熱性和耐候性的橡膠,氫化丁腈橡膠應運而生。

氫化丁腈橡膠的分子結構與性能

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

圖1 NBR制備HNBR的反應式

(資料來源:中國知網)

從NBR加氫合成HNBR的反應式中可以看出,HNBR分子中包含以下幾種結構單元:

表1 HNBR中的結構單元及功能

(資料來源:中國知網)

NBR氫化過程中,大分子結構由非飽和結構變成了飽和結構,保留了少量不飽和鍵,可參與硫化交聯反應;保留了腈基,因此HNBR仍具有NBR的耐油性,同時還具有明顯的高強度、耐高溫、耐化學腐蝕、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其丙烯腈含量和氫化率分類,使用時根據耐油性要求選擇丙烯腈含量,根據對耐候性、耐高溫性、耐化學腐蝕性的要求選擇氫化率。

氫化丁腈橡膠的應用和市場前景

氫化丁腈橡膠可長時間存放,使用起來安全性好,在苛刻的環境有著良好的表現,在航空航天系統可用作密封件、減震材料等。

1. HNBR在石油工業中的應用

近年來,隨著油氣井的深度越來越大,溫度和環境條件也越來越惡劣,對所使用的橡膠材料標準要求也越來越高,氟橡膠密封件在這種條件下容易損壞。高溫和高壓環境下,硫化氫、二氧化碳、柴油、甲烷、蒸汽和酸類介質都會影響橡膠性能,要求橡膠制品必須具有耐高溫高壓、耐化學腐蝕等性能。HNBR相對于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、動力電纜護套、泵類活塞、旋轉膠管、鉆井護罩等。

2. HNBR在汽車工業中的應用

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動機凸輪軸與曲軸聯動的同步齒帶;此外HNBR動態彈性隨溫度變化小,在較大溫度范圍內可持動力的準確傳遞,是最理想的可用于同步齒帶的橡膠材料。歐美、日本的汽車企業的同步齒帶均采用HNBR材料。HNBR還具有優良的耐腐蝕性,可用于汽車用燃料膠管。高級潤滑油中含有防老劑、擠壓劑、防老劑、清潔分散劑等加速橡膠衰老的添加劑,HNBR對添加劑的抵抗性能優越,因此適用于機油冷卻器供油軟管。

HNBR市場前景廣闊,我國消費嚴重依賴進口

近年來,由于全球汽車市場的蓬勃發展,尤其是中國和印度的汽車生產商對HNBR的強勁需求,全球HNBR市場保持穩健增長態勢。截至2017年,全球HNBR市場需求量為5928噸,全球HNBR的市場規模達到3.10億美元(見圖2)。

圖2 2015-2017年全球HNBR需求量及市場規模

(資料來源:中國產業信息網)

在我國,由于汽車工業和其他制藥業的高速發展,對HNBR的需求量越來越大。預計2025年,我國氫化丁腈橡膠市場規模將達到1.60億美元。

HNBR的生產技術難度高,設備要求高,生產過程使用的催化劑較為昂貴,價格也較為昂貴,在一定程度上限制了其自身的應用和發展。目前主要為日本的瑞翁化工和德國的拜耳集團所壟斷,生產基地分布在美國、日本和歐盟地區,行業集中度較高。

我國的氫化丁腈橡膠產業還處于起步階段,技術距離國際先進水平還有較大差距,生產企業較少,早期只有蘭州石化在實驗裝置上開展小批量生產,后又因裝置問題和其他因素停工,目前國內的HNBR生產企業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HNBR市場需求在1550噸左右,產能為1000噸,同期國內產量僅有60噸,產能利用率極低(見圖3),市場需求嚴重依賴進口。

圖3 2015-2017年中國HNBR產能、產量及需求

(資料來源:中國產業信息網)

結語

NBR通過加氫反應制得HNBR,可以保持原有的耐油性,同時還具有耐化學腐蝕、耐候性、耐高溫等優良性能,在汽車工業和石油工業可以廣泛替代NBR、氯丁橡膠等其他材料;HNBR行業目前為德國拜耳和日本瑞翁化工所壟斷,我國技術、產能、產量等方面極度落后,市場需求嚴重依賴進口。


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