氯丁橡胶（CR）：性能与应用 / 文章

氯丁橡胶（CR，聚氯丁二烯）是通过单体氯丁二烯（2-氯-1,3-丁二烯）聚合制得的合成弹性体。在俄罗斯和独联体国家，该材料被称为“nairit”，在西方国家普遍使用“neoprene”（氯丁橡胶）这一同义词；它也被称为baypren、butachlor和skyrene。凭借其独特的性能组合——耐明火、耐油、耐汽油、耐臭氧和耐候性——氯丁橡胶在合成弹性体中占有特殊地位，是通用橡胶和高性能特种弹性体之间的桥梁。

历史

氯丁二烯合成的研究始于20世纪30年代的杜邦公司（美国）。1931年，在Wallace Carothers的指导下，化学家们合成了单体，到1932年，他们以Neoprene品牌启动了橡胶的工业化生产。在第二次世界大战期间，氯丁橡胶在各种橡胶技术制品中替代了天然橡胶。

化学结构

氯丁二烯单体（2-氯-1,3-丁二烯）的化学式为CH₂=CCl–CH=CH₂。聚合物的主要结构单元为[–CH₂–CCl=CH—CH₂–]n。连接在碳骨架上的氯原子赋予分子链极性。极性聚合物表现出更好的相容性，因此对非极性溶剂（如油、汽油和脂肪）具有高耐受性。结构中主要以1,4-加成方式为主，含有少量影响结晶和弹性的1,2-和3,4-加成。

生产技术

CR的生产基于氯丁二烯单体的乳液聚合。单体使用表面活性剂在水中乳化，然后引入引发剂。该过程在水介质中进行，以控制放热并防止不良副反应。历史上，氯丁二烯单体由乙炔和氯化氢在氯化亚铜催化剂存在下制得。目前，它由丁二烯和氯气生产，随后用氢氧化钠处理。聚合在水性乳液中以自由基机理进行，温度为10–45 °C。

物理机械和化学性能

氯丁橡胶具有独特的性能组合：

密度。 CR的密度为1.20–1.24 g/cm³。

温度范围。 氯丁橡胶可在–55 °C至+90 °C的温度范围内使用，但实际温度范围取决于材料的具体化学组成。其他资料显示工作范围为–40 °C至+120 °C。

阻燃性。 由于主链中含有氯，CR具有阻燃性和自熄性。

耐油和耐溶剂性。 CR具有中等的耐燃料和耐油性，以及良好的耐臭氧、耐候性和耐化学试剂性。该材料不建议用于接触强氧化性酸、酯、酮、氯化芳烃和硝基烃。

机械强度。 CR具有良好的机械性能，在抗疲劳和抗撕裂性方面仅次于天然橡胶。硬度范围为40–90肖氏A，拉伸强度为500–3,000 PSI，伸长率为100%–800%。

耐臭氧性。 CR具有高耐臭氧性，这使其在许多其他弹性体中脱颖而出。

结晶性。 氯丁橡胶倾向于结晶，其速率取决于牌号和改性剂类型。

优点与缺点

主要优点：

阻燃性和自熄性
高耐臭氧和耐候性
良好的耐油、耐汽油和耐脂肪性
宽工作温度范围
良好的机械性能
对织物和金属的优异粘附性

主要缺点：

对强氧化性酸、酮和酯的耐受性有限
低温下易结晶
相对于通用橡胶成本较高
市场供应有限

牌号与分类

根据所用调节剂-改性剂的不同，氯丁橡胶分为几种主要类型：

硫调节型 — 由硫和秋兰姆调节，具有更高的内聚强度和良好的粘附性。
硫醇调节型 — 由十二硫醇调节，具有改善的耐老化和储存稳定性。
黄原酸酯调节型 — 由黄原酸酯调节，具有降低的弹性和改善的对织物粘附性。

主要商品名包括杜邦Neoprene（W、G、T系列）、朗盛Baypren、Denka Chloroprene（M、A）、东曹SKYPRENE，以及中国牌号CR232、CR244、CR322。

应用领域

氯丁橡胶在各行业有着广泛的应用：

电缆工业。 电线和电缆的绝缘和护套，包括耐火电缆。

汽车工业。 生产皮带、软管、发动机支架、等速万向节防尘罩、制动和转向系统部件。

建筑。 生产窗户密封型材、密封胶、屋面防水卷材、耐候垫圈和伸缩缝材料。

橡胶技术制品。 生产V型带、模压和非模压制品、软管、输送带、垫圈和体育用品。

粘合剂和密封胶。 聚氯丁二烯粘合剂在制鞋生产中尤为普遍，以溶液形式使用。

化学工业。 制造要求耐臭氧、耐汽油-油、耐候和阻燃的产品。

医疗产品。 生产骨科支具（腕部、膝部）、医用手套。

电子产品。 笔记本电脑套、绝缘材料。

全球市场

全球氯丁橡胶市场呈现稳定增长。2025年市场规模估计为12.3–17.8亿美元。预计到2031年将增长至16.2–22.6亿美元，复合年增长率为3.7–4.8%。

亚太地区在2025年以48.34%的份额主导市场，预计年增长率为5.22%。日本是最大的市场，份额约为40%，其次是欧洲和北美，合计份额约为45%。

全球市场的主要参与者包括DENKA、ARLANXEO、COG、Tosoh Corporation、Shanna Synthetic Rubber。前五大生产商控制着约75%的市场。

主要市场增长驱动力包括：汽车电动化（电池冷却系统密封件、高压电缆护套、防火屏障组件）；基础设施项目增长（耐候垫圈、轴承、伸缩缝材料）；电网和电缆系统现代化。

总结

氯丁橡胶（氯丁二烯橡胶）是一种独特的合成弹性体，兼具阻燃性、耐臭氧性、耐油性和宽工作温度范围。凭借这些性能，它在电缆工业、汽车、建筑、橡胶技术制品和粘合剂领域得到应用。尽管相对于通用橡胶成本较高，但氯丁橡胶在要求增强性能的苛刻应用中仍然是不可或缺的材料。电动汽车、基础设施项目和水性粘合剂需求的增长确保了CR市场的长期稳定增长。