胶乳共沉法低生热复合材料的制备及性能研究

发布时间：2019-11-15 00:27

【摘要】：在橡胶工业中，橡胶的加工通常使用机械混炼法，以粉体填料和固体橡胶为原料来生产混炼胶。但是在使用传统机械混炼法进行生产时，存在高污染、高能耗、工作环境差等缺点，尤其是使用炭黑作为补强剂时会造成黑色污染。炭黑、埃洛石纳米管等属于表面能较高的纳米粉体填料，使用传统的机械混炼法时很难使其的分散达到纳米级，这样就使得它们常常在橡胶基体中团聚成粒径较大的聚集体，降低了其硫化胶的物理机械性能和生热性能。胶乳共沉法是指以天然胶乳为原料，将填料制成稳定的分散液，然后将填料分散液均匀的分散在天然胶乳中，之后通过添加无机盐等凝固剂使其凝固共沉形成具有良好性能的橡胶复合材料的过程。本文以天然胶乳为原料，使用胶乳共沉法分别制备天然胶乳/炭黑复合材料和天然胶乳/炭黑/埃洛石纳米管复合材料。首先使用表面活性剂制备炭黑分散液，并使用紫外可见光分光光度计来观察炭黑分散液的稳定性。其次使用微控电子拉力试验机测试硫化胶的物理机械性能，使用RPA2000橡胶加工分析仪和DMA来测试硫化胶的动态力学性能，使用橡胶压缩生热机和橡胶导热仪来测试硫化胶的生热性能和导热性能，最后对硫化橡胶进行扫描电镜的测试，以此来分析填料的分散情况。最终得到的结论有：（1）使用胶乳共沉法制备得到的硫化胶的拉伸和撕裂强度、定伸应力以及硬度相较机械混炼法分别提高了6.5%、4.6%、4.7%和8.8%、同时断裂伸长率降低了7.3%。在使用胶乳共沉法制备得到的硫化胶中，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度以及300%定伸应力随着炭黑粒径的提高先增大后减小，使用N375时，出现最大值，同时随着炭黑结构度的提高，硫化胶的拉伸强度和撕裂强度无明显变化，但是硫化天然橡胶的定伸应力、和硬度都是逐渐增大的。（2）当使用同一种炭黑补强天然橡胶时，由胶乳共沉法制备得到的硫化胶的内生热更少，温升更低，当使用胶乳共沉法制备硫化胶时，随着炭黑粒径的逐渐增大，硫化胶的温升逐渐下降，使用N765进行补强时，硫化胶的内生热最低。随着炭黑结构的提高，硫化胶的损耗因子逐渐降低，压缩疲劳温升也在降低。同时硫化胶的导热率逐渐提高，使用N375补强可以得到0.2762W/(m·k)的导热率。（3）采用胶乳共沉法可以制备综合性能良好的天然橡胶/埃洛石纳米管/炭黑复合材料，当HNTs/CB的比例为20/40时复合材料的综合力学性能最好；复合材料的交联程度随着HNTs用量的增加先增大后减小，使的转变区的tan δ出现极小值，复合材料的压缩疲劳温升出现极小值，当使用20份的HNTs取代CB补强橡胶时，复合材料的压缩疲劳温升下降了10.7℃。同时导热系数提高到了0.31W/(m·k)。
【图文】：

天然胶乳,橡胶粒子,结构示意图

人们经常了解到的胶乳主要胶胶乳。其中天然胶乳是由橡胶树割胶后 30 %-40 %之间，其余的大部分是水，还。它们中一部分吸附在橡胶粒子表面与橡或成为独立的成分。因此天然胶乳是一种中，为了防止天然胶乳因为微生物和酶的定剂。天然胶乳中的橡胶粒子的主要成分质。以将新鲜的天然胶乳分离黄色体（黄灰色胶粒子（乳白色）四部分。其中天然胶乳 1.1），最里层是由聚合度较小的橡胶烃组的橡胶烃组成的凝胶层（不溶于乙醚）；最保护层可以使胶粒稳定的分散在天然胶乳

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中北大学学位论文6图1.2 粘弹性材料的动态应力-应变曲线Figure 1.2 Dynamic stress-strain curve of plasticity material1.2.2 橡胶的生热机理橡胶生热的主要原因是由于橡胶的粘性形变，，但是橡胶的粘性形变是橡胶分子链相互摩擦产生的结果。整个聚合物中交联键和聚合物链段的受牵拉现象是影响橡胶粘性形变的主要因素之一。如果交联键和聚合物链段在形成空位之前通过周围分子热运动先被牵拉到新的位置，那么有规的机械运动将转化成为这些分子的无规热运动，即热量(空位的产生可认为是构成聚合物自由体积的空穴的迁移)[22-26]。天然橡胶在硫化的过程中，橡胶分子链会与炭黑粒子之间发生交联，形成三维网状结构，同时橡胶网络结构之间会形成各种类型的交联键，如硫磺交联键、碳碳交联键等，研究发现提高单硫键的含量有助于降低橡胶的内生热。较高的交联网络和交联键能够限制橡胶分子链之间的运动和发生匍匐现象，因此提高交联密度会使硫化胶产生较小的摩擦作用和滞后损失，使其摩擦作用降低[27-28]。橡胶在硫化过程时?
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

【参考文献】