Familjen och den gemensamma kemin NR (naturgummi), IR (syntetiskt polyisopren), SBR (styren-butadiengummi) och BR (polybutadien) är de fyra diengummin: omättade kolvätepolymerer med en kvarvarande dubbelbindning i huvudkedjan. Den omättnaden ger dem hög mekanisk styrka, elasticitet och resiliens, men gör dem strukturellt känsliga för ozon, syre och UV. Den opolära kolvätestrukturen gör dem dessutom olämpliga mot mineraloljor, bränslen och de flesta opolära lösningsmedel (löser-lika-löser-principen).

Butyl (IIR) och dess halogenerade varianter klorbutyl (CIIR) och brombutyl (BIIR) tillhör en annan familj: extremt tät molekylpackning från hög isobutylenhalt med en liten isoprenandel inbyggd enbart för vulkningsställen. Det ger gas- och ångtäthet samt väder- och ozonbeständighet, men långsam, svårstyrd vulkning och dålig samvulkning med dienelastomerer.

Isoprenandelen i butyl ligger enligt ExxonMobils vulkaniseringsmanual i intervallet 0,8–2,5 mol%, med isobutylen som resten. De faktiska handelsgraderna ligger inom ett smalare band, se avsnittet om omättnadsgrad nedan för exakta tal per grad.

NR och IR: mekanik och mikrostruktur Naturgummi uppnår draghållfasthet cirka 15–35 MPa och brottförlängning ofta över 500 %, beroende på compoundering. Den höga styrkan beror på töjningsinducerad kristallisation: molekylkedjorna orienterar och kristalliserar vid dragbelastning och ger självförstärkning utan tillsatt förstärkande fyllmedel.

Syntetiskt polyisopren (IR) har cis-1,4-halt upp till cirka 98 %, mot naturgummits minst 99 % cis-1,4. Den högre andelen trans-1,4- och 3,4-strukturer gör IR något sämre i draghållfasthet, rivstyrka och utmattningshållfasthet, samt utan naturgummits naturliga tack (klibbighet). IR:s kommersiella motiv antas främst vara jämn kvalitet och renhet oberoende av naturliga variationer, snarare än högre råprestanda, men den slutsatsen är inte lika säkert belagd som siffrorna ovan.

SBR: egenskaper och roll Styren-butadiengummi (SBR) har praktiskt temperaturintervall −40 till +100 °C, med kortvarig topp kring 107 °C, draghållfasthet cirka 7–15 MPa och hårdhet 60–80 Shore A. SBR saknar naturgummits töjningskristallisation och har därför i regel lägre obelastad draghållfasthet, men bättre nötningsbeständighet i vissa blandningar. SBR står för cirka 50 % av allt gummi i personbilsdäck (däremot inte i lastbilsdäck, där naturgummi föredras). I övrigt är SBR ett allroundmaterial för icke-kritisk kemikalieexponering: golv, skosulor, transportband, drivkopplingar och formgods.

BR: köldegenskaper och blandningsroll Polybutadien (BR) har glastransitionstemperatur cirka −100 °C och praktiskt användningsintervall ungefär −90 till +100 °C, med köldflexibilitet som fungerar väl ned mot −70 °C. BR har därmed lägst Tg av kolvätegummin. BR används nästan uteslutande i blandning med SBR eller NR, inte som renodlat gummi, eftersom dess egen ozon-, väder- och oljeresistens är begränsad och grönstyrkan låg. I blandningar tillför BR förbättrad hysteres (lägre värmeutveckling vid dynamisk belastning), förbättrad nötningsbeständighet och bättre motstånd mot sprickutveckling (cut growth), främst i däckslitbanor.

BR-typer skiljer sig efter mikrostruktur. Hög-cis och medel-cis BR ger utmärkt nötningsbeständighet och lågt rullmotstånd men sämre väggrepp. Hög-vinyl BR ger bättre väggrepp men sämre nötningsbeständighet. Medel-vinyl BR balanserar egenskaperna.

Temperaturenvelopes för diengummin Naturgummi har glastransitionstemperatur cirka −63 °C och behåller köldflexibilitet ned till ungefär −50 °C. Naturgummi förlorar mekanisk styrka över 80–100 °C och används därför kontinuerligt upp till detta intervall. Trelleborg anger separat ett bredare praktiskt spann, −50 till +90 °C.

En allmän branschtumregel för lägsta tjänstetemperatur hos elastomertätningar är Tg + 15 till Tg + 25 °C som marginal för att materialet ska förbli fullt gummielastiskt. Regeln är rimlig konstruktionspraxis, men den är enkällig och bör beläggas mot Parker ORD 5700 eller liknande.

Ozon- och åldringsbeständighet Utan antiozonanter eller vaxskydd är NR, IR, SBR och BR starkt känsliga för ozonsprickbildning, där sprickdjup och sprickhastighet korrelerar med töjning, ozonkoncentration och tid. De standardiserade ozonprovningskoncentrationerna enligt ISO 1431-1 är 25, 50, 100 och 200 pphm. Provtemperaturen i ISO 1431-1 är normalt 40 ± 2 °C (alternativt 30 ± 2 °C); standardens fulltext har dock inte kunnat läsas (betalvägg).

NR-vulkanisat med 6PPD-antiozonant har uppgetts ge maximalt sprickdjup cirka 0,3 mm efter 96 timmar vid 75 pphm ozon (50 % RH, 40 °C). Talet är osäkert, så verifiera mot leverantörsdata innan du använder det som konstruktionsvärde. SBR och BR har begränsad ozon- och väderbeständighet, jämförbar med eller något sämre än NR/IR, men motsvarande kvantitativa pphm-tröskelvärden saknas för SBR och BR.

Kemisk profil för diengummin, med motstridiga uppgifter Alla fyra diengummin är strukturellt olämpliga mot petroleumbaserade oljor, bränslen och opolära lösningsmedel. Naturgummi klassas lågt (1 på skalan 1–3) mot både mineralolja vid 100 °C och bensin enligt gume.de. Polybutadien (BR) rankas likaledes lågt (1) mot mineralolja och bensin, samma opolära grundproblem som naturgummi. SBR har dålig olje- och lösningsmedelsresistens och rekommenderas inte för olje- eller lösningsmedelskontakt, men är beständigt mot vatten, alkoholer och organiska syror. Mot utspädda oorganiska syror är SBR fair (5 % ättiksyra rankas 2 av skalan, fair, enligt mykin).

För naturgummi mot utspädda syror och alkalier rankar gume.de resistensen lågt (1/3), medan andra branschtabeller (mykin med flera) rankar naturgummi som god mot utspädda syror. Båda bilderna redovisas här, och påståendet att NR är relativt resistent mot utspädda syror står inte bekräftat av en oberoende andrakälla. För SBR mot ketoner rapporteras vanligen god resistens, men mykin rankar aceton (en keton) som 4, unsatisfactory, för SBR. Ketonresistensen för SBR är därför omtvistad tills tillverkardata bekräftar den ena eller andra bilden. En kompletterande notering: gume.de rankar BR mot syror och alkalier som 2 (medium), alltså något bättre än naturgummits 1. Att BR och NR har samma grundproblem gäller alltså olja och bränsle, inte nödvändigtvis syra och alkali.

Butyl (IIR): temperaturenvelope och kemisk profil Butyl (IIR) är värmebeständigt upp till cirka 121 °C och köldflexibelt ned till cirka −59 °C, med generellt driftintervall −59 till +120 °C enligt Parker ORD 5700. Butyl tål hett vatten och ånga upp till 121 °C enligt Parker ORD 5700; detta är den konservativa, dokumenterade gränsen för standard-IIR-compound. För specialcompound eller kortvarig exponering anges 130–140 °C. Uppgifterna går isär, så behandla intervallet som riktvärde.

Butyl är inte kompatibelt med mineraloljor, fetter och bränslen, men är kompatibelt med många syror, saltlösningar, polära lösningsmedel (alkoholer, ketoner, estrar), polyglykolbaserade hydraulvätskor (HFC), fosfatesterbaser (HFD-R) och silikonolja, samt är ozon-, åldrings- och väderbeständigt. Denna kemiprofil är förenlig med att IIR (butyl) rankas bättre än standard-FKM mot myrsyra. Butyl används som foder för lagringstankar, rörtätningar och kärlspackningar för syror, alkalier och vattenbaserade medier.

IIR:s omättnadsgrad per handelsgrad (mol% isopren) Omättnadsgraden är IIR:s enda vulkningshandtag och därför den parameter som styr härdhastighet, tvärbindningstäthet och samvulkningsförmåga. Den bör läsas per handelsgrad, inte som ett familjeintervall. ExxonMobils vulkaniseringsmanual anger fönstret för regular butyl till 0,8–2,5 mol% isopren, och tabellerar de faktiska handelsgraderna inom ett smalare band, 1,05–2,30 mol%.

Bland de lågviskösa graderna har Butyl 065 Mooney ML1+8 (125 °C) 32 och 1,05 mol% isopren, Butyl 165 har Mooney 32 och 1,50 mol% isopren, och Butyl 365 har Mooney 33 och 2,30 mol% isopren. Bland de medelviskösa graderna har Butyl 068 Mooney 51 och 1,15 mol% isopren, och Butyl 268 har samma Mooney (51) men 1,70 mol% isopren. Den högviskösa graden Butyl 269 har Mooney 57 och 1,70 mol% isopren, alltså samma omättnad som Butyl 268 men annan viskositet. Chlorobutyl 1066 har Mooney 38, isopren 1,95 mol% och en klorhalt på 1,26 vikt%. Bromobutylgraderna 2222, 2235, 2255, 2211 och 2244 har Mooney 32–46 och isopren 1,70 mol%.

Mönstret i dessa tal är att viskositetsklassen (Mooney) och omättnadsgraden varieras oberoende av varandra: 068 och 268 har identisk Mooney (51) men olika omättnad (1,15 mot 1,70 mol%), medan 268 och 269 har identisk omättnad (1,70) men olika Mooney (51 mot 57). Det är alltså två separata formuleringsrattar, och en gradsubstitution som bara matchar Mooney kan flytta vulkningskinetiken utan att blandaren märker det före curemeterkurvan.

Toleransen på omättnaden är belagd för en grad: ExxonMobils säljspecifikation för Butyl 268S anger omättnad 1,70 mol% som målvärde med min 1,50 och max 1,90 mol%, det vill säga ±0,20 mol% kring målvärdet. Motsvarande min/max-spann för övriga grader har inte hittats öppet. Butyl 068:s 1,15 mol% vilar endast på tillverkarens huvudtabell och saknar ett fristående specifikationsblad, så siffran bör betraktas som enkällig.

En tolkning, inte en fastställd uppgift: att Chlorobutyl 1066:s 1,95 mol% skulle representera helbutyl utan fri isopren är kemiskt rimligt, men det är inte ExxonMobils egen formulering och bör inte återges som deras. Tolkningen står här som obelagd.

Butyls gasbarriär: korrigerade permeabilitetstal Butyls signaturegenskap är låg gaspermeabilitet, men de exakta jämförelsetalen kräver en korrigering (se nedan). Butyl (IIR) har kvävepermeabilitet 0,244×10⁻⁸ (Std cc·cm/(cm²·s·bar)) vid 25 °C, mot naturgummits 6,04–9,9×10⁻⁸ vid samma temperatur, alltså ungefär 25–40 gånger lägre. En tidigare siffra som ställde butyl 0,244 mot naturgummi 5,3 (faktor cirka 20 gånger) byggde på en felmappning: 5,3×10⁻⁸ tillhör isoprenraden (IR), inte naturgummiraden, och faktorn cirka 20 gånger håller bara mot naturgummi vid rumstemperatur (4,8×10⁻⁸).

Butyl (IIR) har syrepermeabilitet i intervallet 0,89–4,2×10⁻⁸ vid 25 °C, mot naturgummits 17,5×10⁻⁸ vid samma temperatur, en faktor på ungefär 4 till 20 gånger lägre beroende på vald ändpunkt i butylintervallet. IIR:s CO₂-permeabilitet uppges vara minst 25 gånger lägre än EPDM:s, FKM:s och NBR:s vid 20 °C. Talet går inte att korskontrollera, så använd det som storleksordning.

Shin-Etsu-tabellen och dess korrigerade butylrad

Den ger naturgummits absoluttal och övriga polymerer relativt NR=100. Naturgummiraden är: väte (H₂) 37,4, syre (O₂) 17,7, kväve (N₂) 6,1 och koldioxid (CO₂) 99,6, i enheten P×10⁻⁸ cc·cm/(cm²·s·atm).

Katalogens butylrad är felaktig som tryckt och får inte användas i den formen. De tryckta cellerna 56 (O₂) och 48 (luft) är decimalfel för 5,6 respektive 4,8. Tre oberoende belägg pekar åt samma håll. För det första: som tryckt ger butylraden ett förhållande CO₂/O₂ på 0,40, det vill säga att CO₂ skulle vara mindre permeabelt än O₂, vilket är termodynamiskt omöjligt eftersom CO₂ är mer lösligt än O₂ i varje elastomer, och tabellens övriga rader ligger på CO₂/O₂ 4,1–7,9. För det andra: tabellens egen luftkolumn måste vara den vägda blandningen av 79 % N₂ och 21 % O₂ ur tabellens egna N₂- och O₂-tal, och den modellen reproducerar den tryckta luftkolumnen för varje rad utom butyl. Butyl som tryckt ger beräknat 27,2 mot tryckt 48 (76 % fel); butyl läst som 5,6 ger beräknat 5,3 mot tryckt 4,8, vilket stämmer. För det tredje: en oberoende tabell (Robb/SAMPE) ger butyl 0,14×10⁻⁹ cm³·cm/(s·cm²·cmHg), omräknat 1,06×10⁻⁸ cc·cm/(cm²·s·atm), vilket stämmer inom 7 % mot Shin-Etsu läst som 5,6 (0,99×10⁻⁸) men avviker med en faktor 9,3 mot raden som tryckt. Samma två tabeller är för övrigt eniga om naturgummi inom 3 % och om silikon inom 17 %.

Shin-Etsu läst som 5,6 ger butyl O₂ = 17,7 × 0,056 = 0,99×10⁻⁸, precis innanför Parkers nedre gräns. Läst som tryckt (56) ger den 9,9×10⁻⁸, drygt dubbelt över Parkers övre gräns och nästan lika högt som naturgummits eget värde, vilket skulle göra butyl till en usel syrebarriär, raka motsatsen till materialets hela existensberättigande. Parkers data utesluter alltså den tryckta cellen 56 oberoende av både konsistenstesterna och Robb-tabellen. Ett förbehåll bör noteras: Parker och Shin-Etsu kan gå tillbaka på samma äldre mätserie, så belägget är starkt för att utesluta 56 men svagare som en helt oberoende bekräftelse av 5,6 som exakt värde.

De korrigerade kvoterna mellan naturgummi och IIR vid 25 °C ur Shin-Etsu-tabellen ger följande bild. För väte (H₂) är naturgummits värde 37,4×10⁻⁸ cc·cm/(cm²·s·atm) (motsvarande 3,69×10⁻¹² cm³·cm/(cm²·s·Pa)), IIR:s relativa värde (NR=100) 15 och kvoten NR/IIR cirka 6,7 gånger. För syre (O₂) är naturgummits värde 17,7×10⁻⁸ (1,75×10⁻¹² cm³·cm/(cm²·s·Pa)), IIR:s korrigerade relativa värde 5,6 och kvoten NR/IIR cirka 18 gånger. För kväve (N₂) är naturgummits värde 6,1×10⁻⁸ (6,02×10⁻¹³ cm³·cm/(cm²·s·Pa)), IIR:s relativa värde 5 och kvoten cirka 20 gånger. För koldioxid (CO₂) är naturgummits värde 99,6×10⁻⁸ (9,83×10⁻¹² cm³·cm/(cm²·s·Pa)), IIR:s relativa värde 4 och kvoten cirka 25 gånger. För luft ger det korrigerade relativa värdet 4,8 en kvot på cirka 21 gånger.

Kvoterna för väte (6,7 gånger), kväve (20 gånger) och koldioxid (25 gånger) vilar på celler som är direkt avlästa och konsistenstestade och betraktas som väl underbyggda. Syre- och luftkvoterna kräver den ovan beskrivna korrigeringen av en felaktigt tryckt cell för att nås och betraktas därför som något mindre säkra i sin exakthet, även om storleksordningen inte är osäker.

Två tidigare huvudsiffror, NR/IIR 1,8 gånger för syre och 2,1 gånger för luft, är felaktiga: de är artefakter av de tryckta decimalfelen och ska inte användas. Med dem faller också en tidigare slutsats om en motsägelse mellan Shin-Etsu och Robb/SAMPE om syrekvoten (1,8 gånger mot 17 gånger): motsägelsen existerar inte. Korrigerat ger Shin-Etsu 17,9 gånger och Robb/SAMPE 17,1 gånger, alltså samstämmighet inom 5 %. Slutsatsen att en tumregel på 8–10 gånger "döljer stor spridning mellan gasarter" faller därmed också: den verkliga spridningen är 6,7 gånger (H₂) till 25 gånger (CO₂), och tumregeln ligger i rätt storleksordning.

De bör därför inte räknas som två oberoende belägg för naturgummits absoluttal. För butyls kväve ligger de publicerade talen inom cirka 25 % av varandra (0,305×10⁻⁸ mot 0,244×10⁻⁸). Skillnaden mellan kvoterna, Parkers 25–40 gånger mot Shin-Etsus 20 gånger för kväve, kommer alltså inte från oenighet om butyl utan från vilket naturgummivärde man dividerar med: Parkers egen naturgummirad spänner själv 6,04–9,9×10⁻⁸. Kvoten är känsligare än talen den bygger på, vilket är ett skäl att alltid ange gasart, temperatur och båda absoluttalen i stället för en ensam faktor.

Shin-Etsu-tabellen bekräftar inte den enskilda sekundäruppgiften om att IIR:s CO₂-permeabilitet är minst 25 gånger lägre än EPDM:s, FKM:s och NBR:s. Shin-Etsus 25 gånger gäller NR/IIR, ett annat jämförelsepar, och att båda talen råkar bli 25 är en tillfällighet som inte får läsas som en korskontroll.

Båda tabellerna bär alltså var sitt faktor-10-fel, i olika rader, och Zhang & Cloud-tabellen duger därför inte som ensamt ankare utan Robb 1968 i fulltext. Dess butylvärde 0,14 håller ändå, eftersom det stöds oberoende av både Shin-Etsus korrigerade rad och av Parker.

Halobutyl: vulkningskinetik och samvulkning Halogenering placerar klor eller brom vid den allyliska positionen intill den kvarvarande isoprendubbelbindningen och skapar reaktiva allylhalogenidställen, vilket snabbar upp vulkningen och möjliggör äkta samvulkning med NR, SBR och BR. Därför har klorbutyl (CIIR) och brombutyl (BIIR) i praktiken ersatt vanlig butyl (IIR) i innerliners, läkemedelsförslutningar och tätskikt.

Exxon Chlorobutyl 1066 med 1,25 vikt% klor ger vid 160 °C ts2 1,7 minuter, t'50 2,3 minuter och t'90 7,0 minuter enligt ASTM D5289 (rotorlös curemeter, ASTM D3958-recept). Exxon Bromobutyl 6222 med 2,4 vikt% brom och 1,5 vikt% stabilisator ger vid 160 °C ts2 4,5 minuter, t'50 4,9 minuter och t'90 7,4 minuter enligt samma standard. I dessa två grader är t'90 nästan identiskt (7,0 mot 7,4 minuter), medan scorchtiden ts2 skiljer kraftigt (1,7 mot 4,5 minuter). Tillverkarens datablad förklarar brombutylens snabbare vulkning med den låga bromhalten. Att t'90-likheten skulle bero på stabilisatorn är en rimlig, men inte belagd, tolkning. Motsvarande t'90 för ohalogenerad IIR vid samma recept saknas för en direkt jämförelse.

Kompressionsset och applikationer Butyl (IIR) uppvisar kompressionsset cirka 12,9 % efter 70 timmar vid 100 °C enligt ASTM D395 (typvärde ur leverantörsdatablad, mot en spec-gräns på 25 %). Motsvarande verifierade kompressionsset-, TR-10- och resiliensvärden för NR, IR, SBR och BR saknas i tillgängligt underlag och är en kvantitativ lucka.

Naturgummi används i vibrationsisolering och vibrationsdämpare, tätningar, transportband och gummilager för broar och byggnader. Naturgummilager (NRB) är laminat av naturgummi och stålplattor som överför vertikal last, tillåter kontrollerad horisontell rörelse och ger seismisk isolering. Halobutyl används i tubeless-däckens innerliner, däcksidoväggar, läkemedelsförslutningar och mekaniska produkter. Butyl-tätskiktsmembran (till exempel ARDEX Butynol) motstår åldring från värme, solljus och ozon, är gastätt och förblir flexibelt i kyla; det installeras under golvplattor, bakom murverk samt i betongfoder, stödmurar, hisschakt, tunnlar och reservoarer.