真空凝固天然橡胶的制备及性能研究

发布时间：2020-11-04 00:11

　　天然橡胶(NR)是由巴西三叶橡胶树通过生物合成的天然高分子化合物,其主要成分是顺式-1,4-聚异戊二烯,由于具有优异的综合性能,广泛应用于工农业生产生活中。天然橡胶的性能与其加工工艺紧密相关,其中凝固是加工过程中重要的环节之一。本课题对比自然凝固和酸凝固,采用真空凝固天然胶乳,探讨真空度、胶乳浓度对天然橡胶理化性能、门尼粘度、分子量及其分布、热稳定性、硫化特性、交联密度、物理机械性能的影响。采用橡胶加工分析仪(RPA)分析不同凝固方法制得的生胶的加工性能,采用核磁共振交联密度仪和拉力试验机分析硫化胶结构与物理机械性能之间的关系,结合动态热机械分析仪(DMA)测试分析硫化胶的动态力学性能。研究表明:真空凝固时,采用的真空度不同,天然橡胶的性能有一定的差异。随着真空度的增加,天然橡胶的氮含量呈现先降低后增加的趋势,当真空度为-0.95MPa时,天然橡胶的氮含量最低。天然生胶的塑性初值(P_0)基本一致,塑性保持率(PRI)则随着真空度的提高而逐渐增加,最高达到85%。天然橡胶的分子量均呈双峰分布,但整体差距不大。随着真空度增加,胶料的硫化速率VC1、VC2越快。交联密度呈降低趋势,相邻交联点间的相对分子质量则随着真空度的增加而增加;硫化胶的拉伸强度稍有升高。探讨了胶乳凝固浓度对真空凝固天然橡胶性能的影响,结果表明:随着胶乳凝固浓度的增大,生胶的氮含量、灰分含量增加;P_0变化不大,但总体呈下降趋势;PRI降低,在所研究的胶乳浓度范围内,当胶乳浓度低于26%时,制得的生胶耐老化性能较好。天然橡胶的分子量随着胶乳浓度的增加呈下降趋势。胶乳的浓度越低,胶料的硫化速率越快。随着胶乳凝固浓度的增加,交联密度先减小后增大,硫化胶的拉伸强度逐渐降低,当胶乳浓度为24%时,NR的综合力学性能最好,拉伸强度为20.37MPa,拉断伸长率为843%、撕裂强度为30.07kN/m。通过真空度和胶乳浓度的探讨可知,采用真空度为-0.95MPa、胶乳浓度为24%的凝固工艺,所制得的NR性能较好。探讨了真空凝固、乙酸凝固、自然凝固三种凝固方式对天然橡胶性能的影响。研究表明,对于理化性能,自然凝固胶样(NR-n)的氮含量、灰分含量最高,其次是真空凝固胶样(NR-v),再次是酸凝固胶样(NR-a),NR-v的塑性保持率最大。玻璃化转变温度(Tg)的大小顺序是:NR-aNR-nNR-v。采用RPA对三种不同凝固方式制得的天然橡胶进行应变扫描、频率扫描、温度扫描。综合分析可得:弹性模量(G')的顺序是NR-vNR-nNR-a,损耗因子(tanδ)的大小顺序是NR-vNR-nNR-a,因此真空凝固得到的胶样的加工性能最好,自然凝固胶样次之,酸凝固胶样最差。真空凝固天然橡胶的t90比酸凝固和自然凝固都稍短,硫化速率也较快。酸凝固胶样的交联密度最低,真空凝固胶样的交联密度最高。从物理机械性能来看,NR-v的拉伸强度、拉断伸长率均高于NR-n和NR-a。动态力学性能测试表明,真空凝固胶样和自然凝固胶样的损耗因子(tanδ)比酸凝固胶样的高;不同凝固方式制得的胶样储能模量(E')与温度的变化趋势基本一致,当温度较低时,自然凝固制得的硫化胶的E'最高,真空凝固的NR次之,酸凝固胶样的E'最低。
【学位单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ332
【部分图文】：

天然橡胶,分子链结构

１绪论??天然橡胶概述??天然胶乳是一种由巴西三叶橡胶树通过生物合成的高分子乳液＝图１－１是刚??从橡胶树上流出来的新鲜胶乳以及凝固后的产品天然橡胶，它的主要成分是顺式??－Ｌ４－聚异戊二烯（Ｓａｓｉｄｈａｒａｎ?ｅｔ?ａｌ，２０１０；?Ｆａｍｈａｍ?ｅｔ?ａｌ，?２００２?）。天然胶乳从橡胶树??林收集回来，含有少量的泥沙，经过筛网过滤净化去除杂质、稀释至合适的浓度??进行凝固、在压薄机上压薄压绉、经过造粒机将凝固好的大胶块变成小颗粒橡胶、??最后进行干燥制得固体天然橡胶＝固体天然橡胶具有优异的物理和化学性质：弹??性好、密度小、耐寒耐热性较好、滞后损失小、热损耗低、气密性好、绝缘性好、??耐磨性能好、具有优良的拉伸性能和抗撕裂性能等。??天然橡胶由于具有非常优异的综合性能，应用于生活中的方方面面，因此被??认为是四大工业原料之一。天然橡胶在人类生活中随处可见，与人类的生产生活??关系紧密（Ｈｅｒｎｔｆｍｄｅｚ?ｅｔ?ａ丨，２０１５），因此对我国的经济和国防建设有重要意义和??影响（Ｋａｔｕｅａｎｇｎｇａｎｅｔａｌ：２０１６）。在轮胎行业，天然橡胶的用途十分广讓／例如??飞机、大炮、坦克、汽车等的轮胎

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３．１真空度对真空凝固天然橡胶性能的影响??３．１．１?ＮＲ白勺理化性能及门尼粘度??图３－］、图３－２分别为采用不同真空度凝固天然胶乳制得的生胶的氮含量、??灰分含量。由实验数据可知，不同真空度凝固的天然橡胶的氮含量、灰分含量均??符合５＃标准收（ＳＣＲ－５）的丨负量指标。从图３－］同看出，随着真空度的增加，天??然橡胶的氮含量２现先降低后增加的趋势，当真空度为－０．９５ＭＰａ时，天然橡胶的??氮含兑最低从图３－２可看出，天然橡胶中灰分含量随着真空度的增加先降低后??升高，但整体变化不大。??表３－１是不同凝固条件天然橡胶的塑性初值ＣＡ））、塑性保持率（ＰＲＩ）和门??尼粘度。由表３－１可知，采用不同真空度凝固的天然橡胶的ＰＵ值基本？致，且均??达到了?５＃标准胶ＬＳＣＲ－５）的要求，八在一定程度上代表了天然橡胶的可塑性．??同时与天然橡胶的分子量有关－不同真空度凝固的天然橡胶的ｈ为４Ｇ左右

天然胶乳,灰分含量,真空度,天然橡胶