Guma NBR - definicja, rodzaje, właściwości, zastosowania

Guma NBR to syntetyczna mieszanka gumowa wykonana z akrylonitrylu i butadienu, znana ze swojej naturalnej odporności na oleje, paliwa, wodę i wiele chemikaliów. Ogólnie rzecz biorąc, jest świetnym, wszechstronnym produktem w świecie hydrauliki i pneumatyki.

W artykule zbadamy jej właściwości, zastosowania, a także zalety i wady.

Co to jest guma NBR?

Guma NBR jest syntetycznym kauczukiem, kopolimerem akrylonitrylu (ACN) i butadienu. Chociaż właściwości fizyczne i chemiczne materiału różnią się w zależności od składu, ten szczególny rodzaj gumy syntetycznej jest niezwykły, gdyż cechuje się odpornością na olej, paliwo i inne chemikalia.

Ogólna zasada jest taka, że im więcej ACN w polimerze, tym wyższa odporność na oleje, ale niższa elastyczność materiału.

Czy NBR jest naturalną gumą?

Nie, NBR nie jest naturalną gumą. To kauczuk syntetyczny wykonany z kopolimeru akrylonitrylu i butadienu

Co oznacza skrót NBR?

Skrót NBR oznacza “Nitril Butadiene Rubber”, czyli guma nitrylowo-butadienowa. Na rynku znajdziesz również inne określenia tego polimeru, np.:

• kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy,
• guma olejoodporna, 
• nitryl.

Z chemicznego punktu widzenia mamy tutaj do czynienia z kopolimerem butadienu i akrylonitrylu.

Jak produkowana jest guma NBR?

Guma NBR jest produkowana w systemie polimeryzacji emulsyjnej. W tym celu niezbędne są następujące składniki:

• woda, 
• emulgator/mydło, 
• monomery (butadien i akrylonitryl), 
• aktywator generujący rodniki, 
• inne dodatki.

Wszystkie są wprowadzane do naczyń polimeryzacyjnych.

W procesie emulsji powstaje lateks polimerowy. Później ulega on koagulacji przy użyciu różnych materiałów (np. chlorku wapnia, siarczanu glinu), w wyniku czego zmienia się w miękisz gumowy. Ten zaś jest suszony i prasowany w bele.

Warto zaznaczyć, że niektóre specjalistyczne produkty są pakowane w formie miękiszu.

Większość producentów NBR wytwarza co najmniej 20 konwencjonalnych odmian elastomeru. Jednak są również tacy, którzy oferują obecnie ponad 100 gatunków tego kauczuku.

Producenci NBR wykorzystują różne temperatury polimeryzacji, aby uzyskać "gorące" i "zimne" polimery. Stosunek akrylonitrylu (ACN) i butadienu (BD) dostosowuje się pod kątem odporności na oleje i paliwa oraz kontaktu z niskimi temperaturami.

Na rynku znajdziesz także specjalistyczne polimery NBR, które zawierają trzeci monomer (np. diwinylobenzen czy kwas metakrylowy).

Finalnie warto dodać, że niektóre elastomery NBR są uwodornione w celu zmniejszenia reaktywności chemicznej szkieletu polimeru. Znacznie poprawia to odporność materiału na ciepło.

Każda modyfikacja przyczynia się do zmiany unikalnych właściwości.

Jakie są składniki NBR?

Składnikami NBR są butadien i akrylonitryl. Zawartość akrylonitrylu w produktach komercyjnych waha się od 18% do 50%. Guma może mieć także inne dodatki, które modyfikują jej właściwości.

Jakie są rodzaje gumy NBR?

Najpopularniejsze rodzaje gumy NBR to:

• NBR polimeryzowany na zimno, 
• NBR polimeryzowany na gorąco,
• usieciowany NBR polimeryzowany na gorąco,
• karboksylowany nitryl, 
• uwodorniony nitryl – Guma HNBR,
  
• NBR wiązany z antyoksydantem.

Poniżej przeczytasz o nich więcej.

Czym jest NBR polimeryzowany na zimno?

NBR polimeryzowany na zimno to rodzaj gumy NBR polimeryzowany w zakresie temperatur od 5°C do 15°C (w zależności od pożądanej równowagi konfiguracji liniowej i rozgałęzionej). Niższe temperatury polimeryzacji dają bardziej liniowe łańcuchy polimerowe. Reakcje są przeprowadzane w procesach powszechnie znanych jako polimeryzacja ciągła, półciągła i wsadowa.

Obecna generacja zimnych NBR obejmuje szeroką gamę kompozycji. Zawartość akrylonitrylu wynosi od 15% do 51%. Wartości Mooney'a wahają się od bardzo twardych (110) do lejących się cieczy z 20-25 jako najniższą praktyczną granicą dla materiału stałego.

Są one wytwarzane przy użyciu szerokiej gamy systemów emulgatorów, koagulantów, stabilizatorów, modyfikatorów masy cząsteczkowej i kompozycji chemicznych. Trzecie monomery są dodawane do szkieletu polimeru, aby zapewnić zaawansowaną wydajność.

Czym jest NBR polimeryzowany na gorąco?

NBR polimeryzowany na gorąco to typ gumy NBR, który jest polimeryzowany w zakresie temperatur od 30°C do 40°C. Proces ten tworzy wysoce rozgałęzione polimery. Taka struktura zapewnia dobrą przyczepność i silne wiązanie w zastosowaniach klejowych. Fizycznie splątane rozgałęzione polimery cechują się również znacznie poprawioną wytrzymałością na rozrywanie w wyższych temperaturach.

Naturalna odporność na rozpływanie się czyni gorące polimery doskonałymi kandydatami do formowania tłocznego i produkcji gąbki. Inne zastosowania to cienkościenne lub złożone wytłoczki, w których ważne jest zachowanie kształtu.

Czym jest usieciowany NBR polimeryzowany na gorąco?

Usieciowana gorąca guma NBR cechuje się rozgałęzionymi polimerami, które są dalej usieciowane przez dodanie dwufunkcyjnego monomeru. Produkty te są zwykle stosowane w formowanych częściach, aby zapewnić wystarczającą siłę formowania lub przeciwciśnienia w celu eliminacji uwięzionego powietrza.

Innym zastosowaniem jest zapewnienie większej stabilności wymiarowej lub zachowanie kształtu w wyrobach wytłaczanych i kalandrowanych.

Prowadzi to do bardziej wydajnego wytłaczania i wulkanizacji części o skomplikowanych kształtach, a także lepsze uwalnianie z rolek kalandra.

Te tworzywa NBR zapewniają również stabilność wymiarową, odporność na uderzenia i elastyczność w przypadku modyfikacji PVC.

Czym jest karboksylowany nitryl (Guma XNBR)?

Guma XNBR powstaje na skutek dodania grup kwasu karboksylowego do szkieletu polimeru NBR, co znacząco zmienia jego przetwarzanie i właściwości utwardzania. Rezultatem jest matryca polimerowa o znacznie zwiększonej wytrzymałości (mierzonej lepszą odpornością na rozciąganie, rozdarcie, modelowanie i ścieranie).

Negatywne skutki obejmują niższą odporność na ściskanie, wodę, a także mniejszą sprężystość i utratę niektórych właściwości w niskich temperaturach.

Czym jest uwodorniony nitryl (Guma HNBR)?

Uwodorniony kauczuk butadienowo-nitrylowy to rodzaj gumy NBR wytwarzany przez uwodornienie NBR. Powoduje to usunięcie grup olefinowych, które są podatne na degradację przez różne chemikalia, a także ozon. Stopień uwodornienia określa też rodzaj wulkanizacji, który można zastosować do polimeru.

Guma HNBR słynie ze swojej wytrzymałości fizycznej i zachowania właściwości po długotrwałej ekspozycji na ciepło, olej i chemikalia.

Jest powszechnie stosowany do produkcji o-ringów do samochodowych systemów klimatyzacji. Inne zastosowania obejmują m.in. paski rozrządu, amortyzatory, membrany i uszczelki.

Czym jest NBR wiązany z antyoksydantemZ?

NBR wiązany z antyoksydantem to kauczuk nitrylowy z przeciwutleniaczem spolimeryzowanym w łańcuchu polimerowym. Celem dodania przeciwutleniacza jest zapewnienie dodatkowej ochrony dla NBR podczas długotrwałej pracy z płynem lub w cyklicznej ekspozycji na płyny i powietrze.

Podczas mieszania z wysoce wzmacniającą sadzą reaktywność chemiczna pomiędzy polimerem a pigmentem może ograniczać możliwości starzenia w gorącym powietrzu. Ponadto odporność na ścieranie jest lepsza w porównaniu z konwencjonalnym NBR (szczególnie w podwyższonych temperaturach).

Stwierdzono również, że ten typ NBR wykazuje doskonałe właściwości dynamiczne.

Co oznacza NBR 70?

NBR 70 oznacza kauczuk nitrylowo-butadienowy, który jest syntetycznym kopolimerem butadienu i akrylonitrylu. Natomiast liczba 70 odnosi się do twardości Shore'a gumy, która jest miarą jej odporności na wgniecenia. Twardość Shore'a równa 70 jest uważana za średnio twardą

Jakie są właściwości gumy NBR?

Właściwości gumy NBR są następujące:

• Niska odporność na warunki atmosferyczne i ozon (wyjątkiem jest mieszanka z PVC); 
• Wysoka odporność na pękanie;
• Odporność na oleje i benzynę; 
• Odporność na węglowodory alifatyczne; 
• Odporność na lekkie oleje opałowe i paliwa do silników wysokoprężnych;
• Wysoka odporność na niepalne płyny hydrauliczne (HSA, HSB: emulsje olejowo-wodne, HSC: mieszaniny poliglikolowo-wodne); 
• Brak reakcji w kontakcie z kwasami i zasadami rozcieńczonymi w niezbyt wysokich temperaturach;
• Niestabilność w kontakcie z węglowodorami aromatycznymi i chlorowanymi;
• Brak odporności na HSD (węglowodory poliestrowe i chlorowane);
• Brak odporności na płyny hamulcowe zawierające glikole.

W zależności od ilości użytych związków chemicznych i zmiany ich procentowego udziału w mieszance, producent może dowolnie manipulować odpornością gumy na oleje i niską temperaturę.

NBR jest również chwalone za trwałość w obecności alkoholi i wodnych roztworów soli. Jeśli chodzi o temperaturę wody, sprawdzi się w warunkach do 60°C.

Guma nie jest jednak zbyt odporna na oleje i smary zawierające silikon, płyny hamulcowe na bazie glikolu oraz płyny hydrauliczne HFD. Guma nie będzie też odporna na stężone kwasy i ługi. Estry również mogą uszkodzić strukturę NBR.

Czy guma NBR jest bezpiecznym materiałem?

Tak, guma NBR jest ogólnie uważany za bezpieczny materiał. Nie zawiera żadnych składników, które mogłyby powodować zagrożenia dla zdrowia, takie jak podrażnienia skóry lub błon śluzowych. Kauczuk w normalnych warunkach jest stabilny i nielotny. Dlatego nie ma znaczącego zagrożenia dla zdrowia w standardowym użytkowaniu przemysłowym.

Czy guma NBR jest trwała?

Tak, guma NBR jest trwałym materiałem do różnych zastosowań. Słynie z dobrej odporności na ścieranie, oleje ropopochodne, ropę naftową, wodę, benzynę i niektóre płyny hydrauliczne. Guma jest też stabilna w szerokim zakresie temperatur.

Czy NBR jest twardą gumą?

Ogólnie NBR jest twardą gumą, ale zależy to także od konkretnej klasy materiału.

Czy guma NBR jest łatwopalna?

Guma NBR jest najmniej łatwopalna ze wszystkich gum dienowych. Nie zmienia to jednak faktu, że jej odporność na ogień jest niewielka.

Czy guma NBR jest odporna na promieniowanie UV?

Nie, guma NBR nie jest odporna na promieniowanie UV. Dlatego nie zaleca się stosowania jej w aplikacjach zewnętrznych, gdzie będzie narażona na działanie promieni słonecznych.

Czy guma NBR jest antystatyczna?

Tak, guma NBR jest półprzewodnikowym materiałem gumowym, który ma właściwości antystatyczne. Rosną one wraz ze wzrostem zawartości ACN w mieszance.

Czy guma NBR jest polarna?

Tak, guma NBR jest polarna. Jej polarność pochodzi od jednostki akrylonitrylowej, a ACN jest silnie polarnym związkiem, ponieważ nitryl-CN jest szczególnie elektroujemną grupą.

Jaki jest zakres temperatur gumy NBR?

Zakres temperatur gumy NBR rozciąga się od -50°C do 105°C. Jednak wielu ekspertów zaznacza, że w praktyce lepiej ograniczyć się do przedziału od -40°C do 90°C.

Jaką temperaturę może wytrzymać guma NBR?

Guma NBR może wytrzymać temperaturę od -40°C do 110°C. Jednak weź pod uwagę, że określony zakres temperatur, jaki może wytrzymać kauczuk, zależy od składu polimeru, zawartości ACN i innych czynników.

Jakie są zastosowania gumy NBR?

Zastosowania gumy NBR obejmują głównie hydraulikę i pneumatykę. Z kauczuku powstają wszelkie uszczelnienia, o-ringi i pierścienie uszczelniające, a także węże gumowe. Praktycznie każda praca, w której występuje wysokie ciśnienie i kompresja, a także dochodzi do kontaktu z olejami, jest odpowiednim środowiskiem do stosowania NBR.

Poza tym z nitrylu powstają:

• jednorazowe rękawice nielateksowe, 
• samochodowe pasy transmisyjne, 
• opony, dętki, zderzaki, 
• węże do przesyłu paliw i oleju, 
• węże spożywcze, 
• pasy klinowe, 
• skóra syntetyczna, 
• wałki do drukarek, 
• osłony kabli.

Lateks NBR służy również do przygotowywania klejów i jako spoiwo pigmentowe.

Natomiast uwodorniona wersja kauczuku nitrylowego, HNBR, znana również jako HSN (wysoce nasycony nitryl), jest powszechnie stosowana do produkcji o-ringów do samochodowych systemów klimatyzacji.

Sam proces produkcji nie jest zbyt skomplikowany. Co prawda polimeryzacja, odzyskiwanie monomeru i koagulacja wymagają pewnych dodatków i sprzętu, ale są one typowe dla produkcji większości kauczuków. Niezbędna aparatura jest prosta i łatwa do uzyskania.

Z powyższych powodów produkcja NBR cieszy się popularnością w biedniejszych krajach, gdzie siła robocza jest stosunkowo tania. Do największych producentów nitrylu należą Chiny kontynentalne i Tajwan.

Czy guma NBR nadaje się do wody?

Tak, NBR nadaje się do wody - zarówno do ścieków, jak i wody pitnej. Jednak ma przeciętną odporność na wodę chlorowaną.

Czy NBR nadaje się do oleju?

Tak, NBR nadaje się do oleju. Dzięki silnym polarnym grupom nitrylowym, NBR posiada wyjątkową odporność na oleje niepolarne lub nisko polarne, takie jak olej mineralny. Ponadto oferuje rozsądną odporność na ropę naftową, wodę, benzynę i niektóre płyny hydrauliczne.

Jakie są nazwy handlowe gumy NBR?

Nazwy handlowe gumy NBR są następujące:

• Nitrile®, 
• Perbunan®, 
• BUNA-N®, 
• Nipol, 
• Krynac, 
• Europrene N, 
• Breon.

Możesz spotkać się także z określeniami guma olejoodporna, nitryl, guma nitrylowo-butadienowa.

Kto wynalazł gumę NBR?

Gumę NBR wynalazło dwóch niemieckich chemików: Erich Konrad i Eduard Tschunkur. Opatentowali oni grupę kopolimerów akrylonitrylo-butadienowych, znanych jako Buna-N, w 1934 roku podczas pracy dla IG Farben . Oznaczało to początek komercyjnej produkcji kauczuku NBR w Niemczech.

Buna-N było produkowane także w Stanach Zjednoczonych podczas II wojny światowej jako GR-N (Government Rubber-Nitrile). Później grupa elastomerów akrylonitrylo-butadienowych stała się znana jako kauczuk nitrylowy.

Jaka jest różnica między gumą NBR a EPDM?

Główna różnica między gumą NBR i EPDM polega na tym, że NBR jest niearomatycznym związkiem polimerowym, podczas gdy EPDM jest polimerem aromatycznym. Co więcej, NBR jest wytwarzany przy użyciu monomerów akrylonitrylu i butadienu, podczas gdy EPDM jest wytwarzany przy użyciu etylenu, propylenu i komonomeru dienowego.

NBR lepiej nadaje się do zastosowań związanych z olejem lub ropą naftową, podczas gdy EPDM jest w stanie lepiej wytrzymać trudne czynniki środowiskowe i jest idealny do użytku na zewnątrz.

Czy NBR jest lepszym materiałem, niż Viton?

NBR jest lepszym materiałem, niż Viton, jeśli zależy ci na większej elastyczności i niższej cenie. Jednak Viton wypada lepiej pod kątem odporności na różne chemikalia i wytrzymałości na wysokie temperatury. Dlatego wybór konkretnego materiału zależy przede wszystkim od twoich potrzeb.

Jakie są wady gumy NBR?

Główne wady gumy NBR to: słaba odporność na ozon, warunki atmosferyczne i światło słoneczne, ograniczona odporność na wysokie temperatury, słabe właściwości elektryczne, wysoka przepuszczalność gazów, słaba odporność na płomienie. Ponadto nie nadaje się do pracy z rozpuszczalnikami polarnymi.

Warto jednak zaznaczyć, że niektóre gatunki kauczuku nitrylowego mogą być łączone z PVC w celu poprawy odporności na starzenie, płomienie, benzynę i ozon, co zwalcza niektóre z wymienionych powyżej wad. Ponadto XNBR ma lepsze właściwości fizyczne i wyższą odporność na temperaturę.

Czy guma NBR jest przyjazna dla środowiska?

Guma NBR nie jest uważana za przyjazną dla środowiska. Wynika to przede wszystkim z faktu, że powstaje na bazie ropy naftowej, możliwości recyklingu gumy są ograniczone, a ponadto produkcja materiału emituje gazy cieplarniane.

Warto jednak zauważyć, że podejmowane są wysiłki w celu złagodzenia wpływu kauczuków syntetycznych, takich jak NBR, na środowisko. Niektóre strategie obejmują zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych podczas produkcji, wprowadzenie odnawialnych źródeł surowców i ograniczenie ilości gumy na wysypiskach śmieci

Czy guma NBR nadaje się do recyklingu?

Guma NBR ma ograniczone możliwości recyklingu w porównaniu z innymi materiałami ze względu na złożony skład i obecność dodatków. Jednak ostatnie badania skupiły się na opracowaniu metod recyklingu NBR i poprawie jego właściwości mechanicznych.

Np. jedno z badań wykazało, że chemo-mechaniczna dewulkanizacja może być stosowana do recyklingu odpadów NBR i poprawy właściwości mechanicznych uzyskanej gumy.