复合改性纳米材料在橡胶配方中的应用研究

来源 :青岛大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weiyinbo007
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橡胶产品广泛应用于生产和生活各个领域中,由于橡胶产品配方体系的多样性,配合剂的种类繁多,性质差异大,物理化学反应特性不同,在橡胶基体中存在分散性差,致使产品质量性能分散度大,存在安全隐患等问题。同时在实际生产中,由于橡胶产品的诸多性能测试需要对产品进行破坏性测试,并考虑生产成本等因素,通常采用抽检方式,因此提高产品性能的均匀性,降低次品率,对于提升使用安全性,以及减少生产成本都具有十分重要的研究价值。课题选择工业生产中常用的天然橡胶和顺丁橡胶并用胶作为研究基体,采用了新型的配合剂湿法混合改性法,研究了纯胶体系和添加了碳纳米管(CNTs)和碳纤维两种新型增强剂的产品体系。通过力学性能测试结果的离散度分析、扫描电子显微镜(SEM)的亚微观形态分析、热重(TGA)耐热性能分析等方式,探究了湿法复合改性法对综合性能的提升以及性能均匀度的影响。主要探究内容包括:(1)扫描电子显微镜(SEM)观察NR/BR纯胶体系的亚微观形态,SEM形貌表明湿法混合改性配方体系的混炼胶界面更加模糊,分散相尺寸更小分散更均匀,说明湿法改性后配合剂在橡胶基体中反应更充分,结合度更高,分散更均匀。常规配方硫化曲线测试结果表明,湿法改性配方体系,硫化性能大幅提高,同时硫化性能离散度也明显减小。正硫化时间缩短,T90由正常混炼12.47 min降低到10.38 min,下降幅度达到16.76%。T90测试结果离散度由0.038降为0.029,下降幅度达到24%,说明硫化体系分散更加均匀,硫化效果更好。硫化速率明显提升,由31.00 min-1增加到32.96 min-1,增幅达到6.5%,硫化速率离散度由0.113降为0.053,降幅达到53%,说明硫化效率提高,整体硫化性能明显提高;力学性能测试结果显示拉伸强度,断裂伸长率都有明显的提高。拉伸强度由15.39 MPa提高到18.43 MPa,增幅达到20%,离散度从0.08降低到0.02,降幅为75%。断裂伸长率从479%提升到517%,增幅为8%,离散度从0.08降为0.04,降幅达到50%;TGA结果显示湿法改性体系的初始分解温度和最快分解温度明显提高,说明抗热分解能力增强;老化实验表明,常规配方正常混炼的拉伸强度由15.39 MPa降为9.49 MPa,降幅为38%,而湿法混炼的拉伸强度由18.44 MPa降为13.85 MPa,远高于常规混炼的9.49 MPa,说明湿法混炼使配方中的防老剂分散更均匀,抗老化性能优异。(2)扫描电子显微镜(SEM)分析NR/BR/CNTs复合材料的亚微观形态,实验证明湿法改性可以成功制备NR/BR/CNTs纳米复合材料。探究常规配方硫化性能发现,湿法改性配方体系,硫化性能大幅提高,同时硫化性能离散度也下降明显。正硫化时间缩短,T90由正常混炼8.94 min降低到4.47 min,下降幅度达到50%。T90测试结果离散度由0.213降为0.073,下降幅度达到65%,说明硫化体系分散更加均匀,硫化效果更好。硫化速率明显提升,由39.02 min-1增加到43.08 min-1,增幅达到10%,硫化速率离散度由0.246降为0.021,降幅达到91%,说明硫化效率提高,整体硫化性能明显提高;力学性能结果显示拉伸强度,断裂伸长率都有不同程度的提高。拉伸强度从12.78 MPa提高到18.33 MPa,增幅达到43%,离散度从0.16降低到0.03,降幅为81%。断裂伸长率从480%提升到616%,增幅为28%;TGA结果显示湿法混炼较正常混炼相比NR/BR/CNTs纳米复合材料热稳定性增强;热老化实验表明老化后湿法混炼的拉伸强度仍远高于常规混炼,说明湿法混炼使配方中的防老剂分散更均匀,抗老化性能优异。(3)扫描电子显微镜(SEM)探究NR/BR/碳纤维复合材料的亚微观形态,实验证明湿法改性混炼使碳纤维在橡胶基体中界面模糊,结合度更高,分散更均匀。硫化性能显示,湿法混炼对于硫化性能的提升以及离散度的降低没有明显效果;力学性能对比结果显示,湿法混炼下拉伸强度得以提升,由14.89 MPa升为17.92 MPa,增幅为20%,断裂伸长率由498%变为627%,增幅达到26%。热老化实验表明老化后湿法混炼的拉伸强度仍远高于常规混炼,说明湿法混炼使配方中的防老剂分散更均匀,抗老化性能优异。
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