新型补强剂Le补强NBR及NR/SBR共混胶的结构与性能研究

论文摘要

新型补强剂Le以优质层状硅酸盐矿叶腊石为主要原料,采用硅烷偶联剂进行了活化处理,具有良好的加工性能,对橡胶具有一定的补强作用,且价格较低。炭黑和白炭黑是橡胶的重要补强剂,源于石油工业的炭黑原料供应越来越困难,白炭黑存在加工性能差、容易产生静电、高价格等问题,应大力开发来源丰富、价格便宜的天然矿物填料。本论文主要研究新型补强剂Le补强NBR及NR/SBR共混胶的结构与性能。本论文第二章采用电子扫描显微镜（SEM）、红外光谱仪（FTIR）及热失重分析仪（TGA）对补强剂Le结构进行表征,利用橡胶加工分析仪（RPA）、动态力学分析仪（DMA）、SEM等实验方法研究补强剂Le在NBR中的分散性、界面结合力、加工性能和结构形态;研究白炭黑、补强剂Le用量、改性剂种类及增塑剂DOP用量对丁腈橡胶的加工性能、物理机械性能、耐油性、耐溶剂及动态性等性能的影响。结果发现:补强剂Le以片层状结构为主,粒径为微米级且分布不均匀,表面含有硅烷偶联剂无吸附水,具有良好的加工性能,在NBR中分散性较好,对NBR具有一定的补强作用,用量为40～50份时NBR硫化胶综合物理机械性能最好。由于补强剂Le粒径较大且表面活性不高,只能采用和白炭黑并用。RPA、SEM等实验表明,当白炭黑/补强剂Le并用比为20/20,采用加工助剂L-12、硅烷偶联剂Si-69以及环氧化天然橡胶（ENR）均可以改善复合填料在NBR中的分散性,硅烷偶联剂Si-69同时增强复合填料与橡胶之间的作用力,对NBR硫化胶的改性效果最好。加入适量增塑剂DOP可以增大补强剂Le的填充量,降低NBR硫化胶的玻璃化转变温度（Tg）,提高回弹性和耐溶剂性。本论文第三章选用NR/SBR橡胶履带外层凸缘胶作为研究对象,针对其高强度、高回弹及优异的动态疲劳性能要求,通过RPA、DMA、SEM及疲劳试验等实验方法研究NR/SBR并用比、炭黑N330/补强剂Le并用比、补强树脂种类及补强树脂AD-1600用量对NR/SBR共混胶的加工性能、物理机械性能及动态性能的影响。结果发现:当NR/SBR并用比为70/30,采用10～20份补强剂Le取代炭黑N330时,可以改善NR/SBR混炼胶的加工性能,提高NR/SBR硫化胶的回弹性、耐热空气老化性能及耐屈挠疲劳性,降低压缩温升,不过撕裂强度和耐磨耗性能有所下降。通过加入补强树脂AD-1600、补强树脂OD-60和10份TPI均可提高NR/SBR硫化胶的撕裂强度、耐磨耗性。其中,补强树脂AD-1600不仅可以改善填料在胶料中的分散性,而且其形成的网络结构,与炭黑补强的物理交联网络和硫化剂形成的化学交联网络共同作用形成互穿聚合物网络（IPN）,从而同时提高NR/SBR硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨耗性及耐屈挠疲劳性等物理机械性能,但各项性能达到最佳值时补强树脂AD-1600用量不一致。综上所述,采用来源丰富、价格便宜的补强剂Le部分代替白炭黑或炭黑作为新型补强体系,可以满足胶料物理机械性能、加工性能和价格的综合平衡,提高橡胶制品的综合竞争力。本研究对探讨无机填料的补强机理具有一定的理论意义,对扩宽无机矿物填料在橡胶中的应用,合理开发我国丰富的矿物资源具有重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 橡胶填料简介
• 1.2 橡胶常用非炭黑填料
• 1.2.1 白炭黑
• 1.2.2 碳酸钙
• 1.2.3 短纤维
• 1.2.4 粘土
• 1.3 无机填料改性的研究
• 1.3.1 表面改性方法
• 1.3.2 表面改性剂
• 1.3.3 表面改性效果评价
• 1.4 新型补强剂Le 简介
• 1.4.1 叶蜡石的工艺技术特性
• 1.4.2 我国叶蜡石矿产资源概况
• 1.4.3 叶蜡石的改性
• 1.4.4 叶蜡石目前的研究进展
• 1.4.5 叶蜡石在聚合物中的应用
• 1.5 结语
• 1.6 本论文的研究内容及意义
• 1.6.1 研究目的和意义
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 新型补强剂 Le 补强 NBR 的结构与性能
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 基本配方
• 2.1.3 主要设备与仪器
• 2.1.4 试样制备
• 2.1.5 性能测试
• 2.1.6 有关计算公式及数据处理方法
• 2.1.6.1 相对体积磨耗量
• 2.1.6.2 补强指数及增强效率的计算
• 2.1.6.3 结合橡胶质量分数的计算
• 2.1.6.4 溶胀率的计算
• 2.1.6.5 静态压缩永久变形的计算
• 2.1.6.6 耐油实验数据处理
• 2.1.6.7 老化实验数据处理
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 补强剂Le 的结构表征
• 2.2.1.1 补强剂Le 的形貌观察
• 2.2.1.2 补强剂Le 的FTIR 分析
• 2.2.1.3 补强剂Le 的TGA 分析
• 2.2.2 白炭黑用量对丁腈胶性能的影响
• 2.2.2.1 白炭黑用量对混炼胶门尼粘度和硫化特性的影响
• 2.2.2.2 白炭黑用量对硫化胶物理机械性能的影响
• 2.2.2.3 白炭黑用量对硫化胶老化性能的影响
• 2.2.3 补强剂Le 用量对丁腈胶性能的影响
• 2.2.3.1 补强剂Le 用量对混炼胶门尼粘度的影响
• 2.2.3.2 补强剂Le 用量对混炼胶硫化特性的影响
• 2.2.3.3 补强剂Le 用量对混炼胶填料网络结构的影响
• 2.2.3.4 补强剂Le 用量对结合橡胶含量的影响
• 2.2.3.5 补强剂Le 用量对硫化胶物理机械性能的影响
• 2.2.3.6 补强剂Le 用量对硫化胶老化性能的影响
• 2.2.3.7 补强剂Le 用量对硫化胶耐油性能的影响
• 2.2.3.8 补强剂Le 用量对硫化胶耐溶剂性的影响
• 2.2.3.9 不同用量补强剂Le 填充硫化胶的DMA 分析
• 2.2.3.10 不同用量补强剂Le 填充硫化胶的SEM 分析
• 2.2.4 改性剂种类对丁腈胶性能的影响
• 2.2.4.1 改性剂种类对混炼胶门尼粘度和硫化特性的影响
• 2.2.4.2 改性剂种类对填料网络结构的影响
• 2.2.4.3 改性剂种类对硫化胶物理机械性能的影响
• 2.2.4.4 改性剂种类对硫化胶老化性能的影响
• 2.2.4.5 改性剂种类对硫化胶耐油性的影响
• 2.2.4.6 改性剂种类对硫化胶耐溶剂性的影响
• 2.2.4.7 改性剂种类对低温性能的影响
• 2.2.4.8 硫化胶的RPA 分析
• 2.2.4.9 改性剂种类对硫化胶拉伸断面的影响
• 2.2.5 增塑剂对丁腈胶性能的影响
• 2.2.5.1 增塑剂DOP 用量对混炼胶门尼粘度的影响
• 2.2.5.2 增塑剂DOP用量对混炼胶硫化特性的影响
• 2.2.5.3 增塑剂DOP 用量对硫化胶物理机械性能的影响
• 2.2.5.4 增塑剂DOP 用量对硫化胶老化性能的影响
• 2.2.5.5 增塑剂DOP 用量对硫化胶耐油性的影响
• 2.2.5.6 增塑剂DOP 用量对硫化胶耐溶剂性的影响
• 2.2.5.7 不同用量增塑剂DOP 增塑硫化胶的DMA 分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 新型补强剂 Le 在橡胶履带外层凸缘胶中的应用
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原材料
• 3.1.2 基本配方
• 3.1.3 主要设备与仪器
• 3.1.4 试样制备
• 3.1.5 性能测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 NR/SBR 并用比对橡胶履带外层凸缘胶性能的影响
• 3.2.1.1 NR/SBR 并用比对混炼胶门尼粘度的影响
• 3.2.1.2 NR/SBR 并用比对混炼胶硫化特性的影响
• 3.2.1.3 NR/SBR 并用比对硫化胶物理机械性能的影响
• 3.2.1.4 NR/SBR 并用比对硫化胶老化性能的影响
• 3.2.1.5 NR/SBR 并用比对硫化胶动态性能的影响
• 3.2.2 炭黑N330/补强剂Le 并用比对履带外层凸缘胶性能的影响
• 3.2.2.1 炭黑N330/补强剂Le 并用比对混炼胶门尼粘度的影响
• 3.2.2.2 炭黑N330/补强剂Le 并用比对混炼胶硫化特性的影响
• 3.2.2.3 炭黑N330/补强剂Le 并用比对填料网络结构的影响
• 3.2.2.4 炭黑N330/补强剂Le 并用比对物理机械性能的影响
• 3.2.2.5 炭黑N330/补强剂Le 并用比对硫化胶老化性能的影响
• 3.2.2.6 炭黑N330/补强剂Le 并用比对拉伸断面的影响
• 3.2.2.7 炭黑N330/补强剂Le 并用比对硫化胶动态性能的影响
• 3.2.3 补强树脂对橡胶履带外层凸缘胶性能的影响
• 3.2.3.1 补强树脂对混炼胶硫化特性的影响
• 3.2.3.2 补强树脂对填料网络结构的影响
• 3.2.3.3 补强树脂对硫化胶物理机械性能的影响
• 3.2.3.4 补强树脂对硫化胶老化性能的影响
• 3.2.3.5 硫化胶的RPA 分析
• 3.2.3.6 补强树脂对硫化胶动态性能的影响
• 3.2.4 补强树脂AD-1600 用量对橡胶履带外层凸缘胶性能的影响
• 3.2.4.1 补强树脂AD-1600 用量对混炼胶硫化特性的影响
• 3.2.4.2 补强树脂AD-1600 用量对硫化胶物理机械性能的影响
• 3.2.4.3 补强树脂AD-1600 用量对硫化胶老化性能的影响
• 3.2.4.4 硫化胶的DMA 分析
• 3.2.4.5 补强树脂AD-1600 用量对硫化胶动态性能的影响
• 3.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录