杜仲胶与常用橡胶的相容机制及性能研究

发布时间：2020-10-23 00:03

　　 我国是世界橡胶消费大国,70%以上的橡胶用在汽车橡胶上,特别是轮胎。随着汽车工业蓬勃的发展,轮胎的耐磨性、抗湿滑和安全性等方面性能的提高已成为关注的焦点。传统的轮胎橡胶已不能满足轮胎日益发展的需求,寻找新型材料替代部分轮胎材料是提高轮胎性能的必由之路。目前,杜仲胶代替部分轮胎橡胶材料已取得了巨大的进展,但也面临更多的挑战。本文从杜仲树叶和杜仲精粉的废弃物中提取天然杜仲胶(EUG),与丁腈橡胶(NBR)、天然橡胶(NR)和顺丁橡胶(BR)等主要轮胎橡胶以及石墨烯制备共混物。借助Materials Studio软件建立橡胶和杜仲胶分子链模型,采用分子动力学、介观动力学、径向分布函数、相互作用参数以及共混实验等,分析共混物的相容机理。制备了天然杜仲胶/丁腈橡胶、天然杜仲胶/天然橡胶、天然杜仲胶/顺丁橡胶等共混物。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、动态机械热分析仪(DMA)、红外分析等手段对共混物的相容性进行验证,研究了杜仲胶对共混物拉伸强度、老化行为和摩擦磨损等性能的影响。本文主要结论如下:1.模拟结果表明NBR/EUG胶共混体系在室温下不相容,当共混温度超过l00℃时共混体系才具有相容性。在室温下,NR/EUG体系二者均具有良好的相容性。在室温下,EUG/BR体系相容性较差,杜仲胶含量50份以下,体系具有相容性,当杜仲胶含量超50份时,共混体系不相容。2.根据模拟的相容性结果,分别对三种体系的共混进行了共混实验研究发现模拟结果与实验结果基本一致。通过共混实验得到了三种共混体系的最佳共混工艺参数以及杜仲胶的炼胶工艺:EUG/NBR共混工艺参数为共混温度90℃,时间30分钟。NR/EUG共混的工艺为共混温度70℃,共混时间为30分钟。BR/EUG共混的工艺参数为共混温度为60℃,共混时间为40分钟。杜仲生胶的炼胶工艺参数为炼胶温度为80℃,共混时间为20分钟。3.在共混体系硫化交联反应后,共混物温度降低,共混物中的杜仲胶大分子链就会发生微量结晶,这种微量结晶相就会逐渐析出分离形成一个微小的颗粒状结晶体,这种时,微相增强达到最好,二者分子链的协同效应较好,故共混物具有较好的力学性能。4.采用分子模拟解释杜仲胶与天然橡胶、丁腈橡胶和顺丁橡胶的相容机理。在NBR/EUG共混体系中,杜仲胶中碳碳双键(-CH=CH-)与丁腈橡胶中(-CH2-CH=CH-CH2-)和(-CH2-CH-CN)都有相容性,但是(-CH2-cH-cN)官能团对相容性的贡献较大;在NR/EUG共混体系中,二者分子结构相同互为顺反式,都含有的(-CH=CH-)官能团,但结构不对称,二者相容性好;在BR/EUG中,都含有(-CH=CH-)官能团,但BR中的(-CH=CH-)官能团之间有两个以上的饱和碳原子间隔,且碳碳双键周围的结构是对称分布的,能量较为稳定,二者相容性不好。5.三元共混结果表明石墨烯与NBR/EUG基体的相容性较差,而与NR/EUG基体的相容性较好。对于NBR/EUG/GO和NR/EUG/GO复合材料摩擦磨损性能,前者随石墨烯含量的增加,其摩擦系数和磨损量均逐渐增加;后者摩擦系数却逐渐降低,而磨损量先降后升。摩擦磨损机理前者是以磨粒磨损为主,伴随着粘着磨损,后者以粘着磨损为主伴随着少量的氧化磨损。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ330.1
【部分图文】：

杜仲胶的分子结构为反式聚异戊二烯，而天然橡戊二烯，见图 1-1 所示。由于在杜仲胶分子结构中，次甲基位而言原子排列比较对称，分子也能较为规整的溶入晶体结构中也相差很大[4]。杜仲橡胶在室温下为固态，具有坚韧性，是一晶，其熔点为 60℃[5, 6]。杜仲胶的密度为 0.95-0.98 g/cm-3，其3000。杜仲胶纯胶，在 10℃时开始结晶，在 40-50℃开始软化并℃软化，具有可塑性，但冷却后可恢复原来的性质[7, 8]。具有其独特的结晶性能，导致杜仲胶在不同的温度以及不同的性能，从而开发出三类不同用途的材料：热塑性材料、热弹性的杜仲胶在用作弹性材料时，硫化后的综合性能并不理想，一0]。杜仲胶与天然橡胶、顺丁橡胶、聚乙烯等其他橡塑材料的，在保持原胶独有特性的基础上可降低共混生热、改善其焦烧动态耐疲劳性能和拉伸强度等，较好地满足了当前绿色轮胎及0, 11]。另外，杜仲胶还是一种滚动阻力低、加工生热低和耐疲]。

图 1-2 -晶型和 β 晶型的分子结构Fig. 1-2 Macromolecular structures of -form and β-form of EUG性能的研究过程并不顺利，杜仲胶的分子结构具有三个明显的特征，它的反式结构[15]。链的柔性是获得弹性链的必要条件，天橡胶胶与天然橡胶有着相似分子结构以及类似的柔性键，开发其成为性；分子结构中的双键成为杜仲胶可以硫化加工的重要条件[16真正了解杜仲胶，采用传统的天然橡胶硫化配方对杜仲胶进行实性体，只得到了类似皮革的硬质材料。 到目前为止，又有许多益的实验探索发现，一是杜仲胶的结晶与获得其弹性性能有着密制其结晶，可以提高其弹性性质[17]；二是杜仲胶的结晶状况与相关性，在杜仲胶硫化过程中，不同阶段与其性能突变存在依赖化时的临界交联程度，将杜仲胶制成弹性橡胶。所以通过控制杜联度的转变规律三阶段特性，可获相对应的三种不同的微观结构种不同性能的材料[18]，如表 1 所示。

模拟与实验分析的化学性质，建立相对合理的分子结构与介观分子动力学模拟之间的关系，对模拟体系子链的结构进行简化。简化主要是对分子链进行粗化，原来的分子链将由具有重复单元高斯链代替。高斯链是由许多珠子组成的，高斯链中的所有珠子具有相同的体积，原始系模拟的粗化程度会对高斯链的拓扑结构有着重要的影响。可根据公式（2-2）模拟分的高斯链结构。 CNNmeso（2式中，mesoN 为聚合物分子粗化后所含的珠子个数；N 代表聚合物的聚合度； C 代表聚物分子链的极限特征比。对于杜仲胶和丁腈橡胶的极限特征比可由 Materials studio 软件的 Synthia 模块计算，结果分别为 5.149 and 5.4892。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘子豪;王源升;王轩;;橡塑共混的研究与应用进展[J];当代化工;2018年04期

2 马超凡;陆冲;吴梦玲;管志俊;李勇锋;张俊超;;PVA/HDPE/HDPE-g-MAH共混物的相形貌与动态流变性能[J];功能高分子学报;2016年04期

3 庞文海;;宁波大发:共混再生短纤维通过鉴定[J];纺织服装周刊;2010年18期

4 潘利华,梁伯润;PET/LCP共混物的流变行为及其形态[J];中国纺织大学学报;1998年04期

5 ;PVC/EVA共混物的研究[J];聚氯乙烯;1997年04期

6 赵耀明;庄慧卿;琼强;柯照熙;黄兹国;;PET—PE0 DSAS共混改性涤纶纤维的可纺性及抗静电性能的研究[J];广东化纤技术通讯;1987年01期

7 L·A·乌特拉西;赵美文;;高密度聚乙烯/聚酰胺-6共混物的熔体流变学[J];国外塑料;1987年02期

8 梁鸿瑞;;硅橡胶/EPDM共混物在日本上市[J];化工新型材料;1987年11期

9 孟宪德;陈克强;;共混聚氯乙烯的抗冲击性能[J];成都科技大学学报;1987年03期

10 A.Y.Coran;R.Patel;李刚;;橡胶—热塑性塑料混合物 第Ⅸ部分 具有工艺相容性的不同橡胶与塑料的共混物[J];橡胶参考资料;1987年09期

相关博士学位论文 前10条

1 李飞舟;杜仲胶与常用橡胶的相容机制及性能研究[D];西安理工大学;2019年

2 张琪;共混低阈值有机增益介质性能、原理及应用的研究[D];南京邮电大学;2017年

3 王勇;剪切作用下聚烯烃共混物的形态控制与性能[D];四川大学;2004年

4 苗迎春;PET与PEN共混物及其共聚酯的研究[D];四川大学;2005年

5 吉亚丽;聚合物纳米共混物的制备、相形态控制及结晶行为的研究[D];东华大学;2006年

6 何伟;新型杂萘联苯结构聚芳醚砜（酮）及其共混物结构与性能研究[D];大连理工大学;2006年

7 郭正虹;Friedel-Crafts烷基化反应原位增容PS/POE共混物[D];浙江大学;2007年

8 王晓春;尼龙6原位合金的结构与性能研究[D];浙江大学;2007年

9 尹波;PC/PE共混物加工过程中的形态演变与控制及其结构与性能关系[D];四川大学;2007年

10 彭波;超声波作用对丙烯基塑性体及其共混/复合体系结构与性能的影响[D];四川大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 赵双;酞菁铅/酞菁锌共混有机晶体管的制备与特性研究[D];哈尔滨理工大学;2018年

2 赖诗齐;高韧高强聚酮共混物的制备及性能研究[D];湘潭大学;2018年

3 周娇;木质素共混热解耦合催化重整制备芳香烃的研究[D];东南大学;2018年

4 杜中天;聚乳酸共混物的制备与性质研究[D];长春工业大学;2018年

5 李欣;膜用PLA共混物的制备与性能研究[D];长春工业大学;2018年

6 朱挺茂;聚偏氟乙烯共混物结构调控与储能特性[D];东华理工大学;2017年

7 刘立超;QS/PVA及OSS/PVA共混浆膜结构与性能的研究[D];安徽工程大学;2017年

8 张志兴;基于共混物的形状记忆材料制备及其结构性能关系[D];西南交通大学;2017年

9 龚长华;聚丙烯/顺丁橡胶共混物结构与性能的研究[D];天津大学;2006年

10 杜平高;热塑性弹性体共混物的制备及结构性能研究[D];湖北大学;2014年

本文编号：2852262