温度对橡胶力学性能的影响及机理研究
发布时间：2021-04-13 15:40
本文以顺丁橡胶（BR）和氢化丁腈橡胶（HNBR）为主体,考察了不同补强体系和硫化体系的硫化胶的物理机械性能和动态力学性能在温度场中的变化规律,通过对硫化胶的回弹性、硬度、拉伸强度、断裂伸长率、应力松弛和动态力学性能的测试,探索了极性和非极性橡胶内部分子链、化学交联网络和物理交联网络等微观结构对于温度的不同响应情况,为极端环境下使用的橡胶制品的发展提供理论依据与方法指导。研究了温度对不同补强体系和不同硫化体系的BR硫化胶的物理机械性能和动态力学性能的影响。结果表明,随着温度升高,不同炭黑用量和不同硫化体系的BR硫化胶的回弹性和硬度均逐渐增大,拉伸强度和断裂伸长率逐渐减小,50%和100%定伸应力逐渐增大,应力松弛速率逐渐加快,储能模量逐渐增大。炭黑用量越多,BR硫化胶在高温下的拉伸强度、断裂伸长率和拉伸强度保持率均越高。多硫交联键含量高的BR硫化胶在高温下的拉伸强度和断裂伸长率较高,碳碳交联键含量高的BR硫化胶在高温下的定伸应力和拉伸强度保持率较高。研究了温度对不同炭黑用量和不同硫化体系的HNBR硫化胶的物理机械性能和动态力学性能的影响。结果表明,随着温度升高,不同炭黑用量和不同硫化体系...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
顺丁橡胶的结构式Fig.1-1Structureofcis-1,4-polybutadienerubber
青岛科技大学研究生学位论文3在通用合成橡胶中，BR的用量仅次于丁苯橡胶（SBR），与NR和SBR相比，BR硫化胶具有优异的弹性、耐寒性和耐磨性，是通用胶种中弹性最好的，动负荷下的滞后损失小，生热低，耐老化性尚好，易与NR、氯丁橡胶（CR）或丁腈橡胶（NBR）并用。BR常与NR和SBR并用，用于制造汽车轮胎的胎面和胎侧，以提高其耐寒性，还可以用于制造各种胶鞋、胶管、传送带和发泡海绵橡胶等。1.2.3氢化丁腈橡胶氢化丁腈橡胶（HNBR）是通过对NBR主链中所含丁二烯单元的双键进行选择加氢处理而合成的一种高性能特种橡胶。HNBR与NBR相比，除耐热性和耐候性得以改善外，耐酸碱腐蚀性也获得了很大改善，还兼具以往耐油橡胶不具有的较高的机械强度[15]，是一种综合性能突出的橡胶，应用领域比NBR更加宽广，能够在高温、高压等十分严苛的环境中连续使用很长时间。图1-2氢化丁腈橡胶的合成示意图Fig.1-2Synthesisdiagramofhydrogenatednitrilerubber从上述反应示意图来看，NBR分子链中大量的不饱和丁二烯双键被选择氢化，变成了饱和结构，其饱和度可达90%以上。氢化过程中，NBR分子链中的乙烯基加氢速率最快，其次是丁二烯单元中的反-1,4-结构，顺-1,4-结构最慢，而腈基不会被氢化[16]。这样不仅提高了HNBR的耐高温性能和耐热氧老化性能，同时保留的部分不饱和双键，可以改善HNBR的耐低温性能和压缩永久变形性能，剩余的不饱和双键可以使HNBR在硫化时既可以采用过氧化物硫化体系硫化也可以使用硫磺硫化体系硫化[17]，发生交联反应，形成三维网络结构。HNBR的氢化度和丙烯腈链段含量对其宏观性能的影响很大，现阶段已经商品化的HNBR的氢化度在80%~99%之间，丙烯腈含量在18%~50%之间。朱景芬
温度对橡胶力学性能的影响及机理研究4[18]等考察了不同氢化度的HNBR的热氧化稳定性、硫化特性和力学性能的差异，结果显示，随着氢化度的增加，HNBR的热氧稳定性增强，硫化胶的拉伸强度提高。章菊华[19]等研究了HNBR的分子链结构与其硫化胶在不同温度下的物理机械性能间的关系，研究结果显示，随着丁二烯不饱和双键含量的减少，HNBR的起始热分解温度提高，分子链中丙烯腈结构单元含量的提高，会使HNBR的Tg升高，硫化胶的拉伸强度提高，这可能是由于分子中饱和的丁烯链段引起HNBR发生部分结晶导致的。1.3填充硫化胶结构简介1.3.1化学交联结构橡胶的硫化是指通过化学反应，将线性的生胶分子链通过交联键连接成为三维网状结构，硫化胶与生胶相比，在外力作用或温度升高时不再发生粘性流动，物理机械性能得到很大提高，这就使得橡胶得到了宝贵的实用价值。1.3.1.1交联键类型橡胶常见的硫化体系包括硫磺硫化、过氧化物硫化、金属氧化物硫化、树脂硫化和辐射硫化等[20]。由硫黄、促进剂和活化剂所组成的硫磺硫化体系硫化的NR的结构如图1-3所示。图1-3NR硫磺硫化胶的结构Fig.1-3Schematicstructureofsulfur-curedNR硫磺硫化体系中根据硫黄与促进剂的比例的不同，可以分为普通硫磺硫化体系（Conventionalvulcanization,CV）、有效硫磺硫化体系（Efficientvulcanization,EV）和半有效硫磺硫化体系（Semi-efficientvulcanization,SEV）三种。采用CV
【参考文献】：
期刊论文
[1]三元乙丙橡胶和丁腈橡胶的高温撕裂强度研究[J]. 赵向辉,余波,谢锦涛,郑添来. 橡胶工业. 2019(06)
[2]描述天然橡胶大应变行为的本构方程[J]. 魏雅,殷正乔,顾周洲,刘勇,周志平,聂仪晶. 高分子材料科学与工程. 2018(03)
[3]氢化丁腈橡胶的研究进展[J]. 周阳,邹华,冯予星,张立群. 橡胶工业. 2017(03)
[4]炭黑N660用量对溴化丁基橡胶动态力学性能的影响[J]. 曲明,傅国娟,史新妍. 合成橡胶工业. 2017(01)
[5]N330/白炭黑并用对丁腈橡胶高温力学性能和动态性能的影响[J]. 刘莉,冯晓萌. 橡塑技术与装备. 2016(21)
[6]填充橡胶的Payne效应[J]. 刘涛,陈亚薇,刘东,杜爱华. 特种橡胶制品. 2015(06)
[7]炭黑填充顺丁橡胶（BR）复合材料中多重相互作用的研究[J]. 孙翀,张萍,赵树高. 高分子学报. 2015(02)
[8]交联键类型对硫化丁苯橡胶拉伸应力松弛行为的影响[J]. 王强. 弹性体. 2014(02)
[9]高分子长链结构在“高分子物理学”中的特殊性[J]. 刘海英,高振华,吕新颖,郝笑龙,肖富昌,顾继友. 高分子材料科学与工程. 2013(09)
[10]橡胶材料的结构与黏弹性[J]. 宋义虎,杜淼,杨红梅,郑强. 高分子学报. 2013(09)
博士论文
[1]聚合物弹性体材料网络结构对流变学行为和力学性能影响的研究[D]. 唐淼.中国科学技术大学 2017
[2]硫化过程中填充橡胶粘弹特性研究[D]. 粟本龙.哈尔滨工业大学 2016
[3]炭黑填充橡胶黏超弹性力学行为的宏细观研究[D]. 胡小玲.湘潭大学 2013
硕士论文
[1]氢化丁腈橡胶结构和性能的研究[D]. 张振山.青岛科技大学 2019
[2]温度对橡胶材料性能的影响及机理研究[D]. 王暖.青岛科技大学 2017
[3]高填充炭黑/天然橡胶混炼胶及其凝胶的非线性黏弹行为研究[D]. 甘顺昌.浙江大学 2016
[4]加工工艺对橡胶体系中结合橡胶形成及性能影响的研究[D]. 黄守政.华南理工大学 2015
[5]国产Nd-BR的微观结构、性能及在半钢子午线轮胎中的应用[D]. 陈思奎.青岛科技大学 2015
[6]NR/炭黑复合材料炭黑分散性与动态性能的关系研究[D]. 来庆存.青岛科技大学 2015
[7]高性能氢化丁腈橡胶复合材料的加工与性能[D]. 武守鹏.青岛科技大学 2014
[8]橡胶拉伸变形过程取向非均一性研究[D]. 闭钊.北京化工大学 2014
[9]丁腈橡胶力学性能随温度变化关系的研究[D]. 赵学康.青岛科技大学 2014
[10]混炼胶微观结构在混炼、停放及返炼工艺过程中的演变规律研究[D]. 孙爱玲.青岛科技大学 2014
本文编号：3135569
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
顺丁橡胶的结构式Fig.1-1Structureofcis-1,4-polybutadienerubber
青岛科技大学研究生学位论文3在通用合成橡胶中，BR的用量仅次于丁苯橡胶（SBR），与NR和SBR相比，BR硫化胶具有优异的弹性、耐寒性和耐磨性，是通用胶种中弹性最好的，动负荷下的滞后损失小，生热低，耐老化性尚好，易与NR、氯丁橡胶（CR）或丁腈橡胶（NBR）并用。BR常与NR和SBR并用，用于制造汽车轮胎的胎面和胎侧，以提高其耐寒性，还可以用于制造各种胶鞋、胶管、传送带和发泡海绵橡胶等。1.2.3氢化丁腈橡胶氢化丁腈橡胶（HNBR）是通过对NBR主链中所含丁二烯单元的双键进行选择加氢处理而合成的一种高性能特种橡胶。HNBR与NBR相比，除耐热性和耐候性得以改善外，耐酸碱腐蚀性也获得了很大改善，还兼具以往耐油橡胶不具有的较高的机械强度[15]，是一种综合性能突出的橡胶，应用领域比NBR更加宽广，能够在高温、高压等十分严苛的环境中连续使用很长时间。图1-2氢化丁腈橡胶的合成示意图Fig.1-2Synthesisdiagramofhydrogenatednitrilerubber从上述反应示意图来看，NBR分子链中大量的不饱和丁二烯双键被选择氢化，变成了饱和结构，其饱和度可达90%以上。氢化过程中，NBR分子链中的乙烯基加氢速率最快，其次是丁二烯单元中的反-1,4-结构，顺-1,4-结构最慢，而腈基不会被氢化[16]。这样不仅提高了HNBR的耐高温性能和耐热氧老化性能，同时保留的部分不饱和双键，可以改善HNBR的耐低温性能和压缩永久变形性能，剩余的不饱和双键可以使HNBR在硫化时既可以采用过氧化物硫化体系硫化也可以使用硫磺硫化体系硫化[17]，发生交联反应，形成三维网络结构。HNBR的氢化度和丙烯腈链段含量对其宏观性能的影响很大，现阶段已经商品化的HNBR的氢化度在80%~99%之间，丙烯腈含量在18%~50%之间。朱景芬
温度对橡胶力学性能的影响及机理研究4[18]等考察了不同氢化度的HNBR的热氧化稳定性、硫化特性和力学性能的差异，结果显示，随着氢化度的增加，HNBR的热氧稳定性增强，硫化胶的拉伸强度提高。章菊华[19]等研究了HNBR的分子链结构与其硫化胶在不同温度下的物理机械性能间的关系，研究结果显示，随着丁二烯不饱和双键含量的减少，HNBR的起始热分解温度提高，分子链中丙烯腈结构单元含量的提高，会使HNBR的Tg升高，硫化胶的拉伸强度提高，这可能是由于分子中饱和的丁烯链段引起HNBR发生部分结晶导致的。1.3填充硫化胶结构简介1.3.1化学交联结构橡胶的硫化是指通过化学反应，将线性的生胶分子链通过交联键连接成为三维网状结构，硫化胶与生胶相比，在外力作用或温度升高时不再发生粘性流动，物理机械性能得到很大提高，这就使得橡胶得到了宝贵的实用价值。1.3.1.1交联键类型橡胶常见的硫化体系包括硫磺硫化、过氧化物硫化、金属氧化物硫化、树脂硫化和辐射硫化等[20]。由硫黄、促进剂和活化剂所组成的硫磺硫化体系硫化的NR的结构如图1-3所示。图1-3NR硫磺硫化胶的结构Fig.1-3Schematicstructureofsulfur-curedNR硫磺硫化体系中根据硫黄与促进剂的比例的不同，可以分为普通硫磺硫化体系（Conventionalvulcanization,CV）、有效硫磺硫化体系（Efficientvulcanization,EV）和半有效硫磺硫化体系（Semi-efficientvulcanization,SEV）三种。采用CV
【参考文献】：
期刊论文
[1]三元乙丙橡胶和丁腈橡胶的高温撕裂强度研究[J]. 赵向辉,余波,谢锦涛,郑添来. 橡胶工业. 2019(06)
[2]描述天然橡胶大应变行为的本构方程[J]. 魏雅,殷正乔,顾周洲,刘勇,周志平,聂仪晶. 高分子材料科学与工程. 2018(03)
[3]氢化丁腈橡胶的研究进展[J]. 周阳,邹华,冯予星,张立群. 橡胶工业. 2017(03)
[4]炭黑N660用量对溴化丁基橡胶动态力学性能的影响[J]. 曲明,傅国娟,史新妍. 合成橡胶工业. 2017(01)
[5]N330/白炭黑并用对丁腈橡胶高温力学性能和动态性能的影响[J]. 刘莉,冯晓萌. 橡塑技术与装备. 2016(21)
[6]填充橡胶的Payne效应[J]. 刘涛,陈亚薇,刘东,杜爱华. 特种橡胶制品. 2015(06)
[7]炭黑填充顺丁橡胶（BR）复合材料中多重相互作用的研究[J]. 孙翀,张萍,赵树高. 高分子学报. 2015(02)
[8]交联键类型对硫化丁苯橡胶拉伸应力松弛行为的影响[J]. 王强. 弹性体. 2014(02)
[9]高分子长链结构在“高分子物理学”中的特殊性[J]. 刘海英,高振华,吕新颖,郝笑龙,肖富昌,顾继友. 高分子材料科学与工程. 2013(09)
[10]橡胶材料的结构与黏弹性[J]. 宋义虎,杜淼,杨红梅,郑强. 高分子学报. 2013(09)
博士论文
[1]聚合物弹性体材料网络结构对流变学行为和力学性能影响的研究[D]. 唐淼.中国科学技术大学 2017
[2]硫化过程中填充橡胶粘弹特性研究[D]. 粟本龙.哈尔滨工业大学 2016
[3]炭黑填充橡胶黏超弹性力学行为的宏细观研究[D]. 胡小玲.湘潭大学 2013
硕士论文
[1]氢化丁腈橡胶结构和性能的研究[D]. 张振山.青岛科技大学 2019
[2]温度对橡胶材料性能的影响及机理研究[D]. 王暖.青岛科技大学 2017
[3]高填充炭黑/天然橡胶混炼胶及其凝胶的非线性黏弹行为研究[D]. 甘顺昌.浙江大学 2016
[4]加工工艺对橡胶体系中结合橡胶形成及性能影响的研究[D]. 黄守政.华南理工大学 2015
[5]国产Nd-BR的微观结构、性能及在半钢子午线轮胎中的应用[D]. 陈思奎.青岛科技大学 2015
[6]NR/炭黑复合材料炭黑分散性与动态性能的关系研究[D]. 来庆存.青岛科技大学 2015
[7]高性能氢化丁腈橡胶复合材料的加工与性能[D]. 武守鹏.青岛科技大学 2014
[8]橡胶拉伸变形过程取向非均一性研究[D]. 闭钊.北京化工大学 2014
[9]丁腈橡胶力学性能随温度变化关系的研究[D]. 赵学康.青岛科技大学 2014
[10]混炼胶微观结构在混炼、停放及返炼工艺过程中的演变规律研究[D]. 孙爱玲.青岛科技大学 2014
本文编号：3135569
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3135569.html
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