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高性能氯磺化聚乙烯（CSM）橡胶复合材料的研究

作　者: 袁彬彬
导　师: 刘力
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 氯磺化聚乙烯橡胶增塑体系阻燃体系硫化体系短纤维稀土氧化物综合性能
分类号: TQ330.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氯磺化聚乙烯(CSM)主要是以聚乙烯为原料,经过氯化和氯磺化而制得的高饱和链结构的弹性体材料。它是一种具有高性能的特种橡胶,耐气候、耐老化、耐燃、耐化学介质以及机械性能和电绝缘性等性能优异,因而用途广泛。但是由于其是带有极性侧基的饱和橡胶,低温性能较差,而且永久变形大,动态性能不稳定等限制了应用,因此研究制备综合性能优异的CSM复合材料对拓展其应用领域是非常有意义的。本课题研究了CSM的增塑体系、阻燃体系、硫化体系、短纤维增强体系以及探索了稀土氧化物对CSM性能的影响,主要结果如下所述：(1)增塑剂TOTM相对于增塑剂DOP、TP-95和TP-90B最适合于CSM,既能降低胶料玻璃化温度和脆性温度来提高其低温使用性能,又不对力学性能产生大的影响,同时其不易挥发和迁移,复合材料的耐老化性能也得到了保障。TOTM用量增加,材料的低温性能越好,老化性能也有提高,不过对阻燃性能和力学性能稍有影响。(2)纳米Mg(OH)2可以作为阻燃剂,一方面对CSM胶料有抑烟阻燃的作用,另一方面作为纳米级的填料,由于纳米增强的作用,能够有效的提高CSM胶料的力学性能,具有双重的作用。如果要达到高阻燃性,纳米Mg(OH)2的填充量要达到100phr以上,胶料的断裂伸长率会下降、硬度会变很大,低温性能也会变差,因而我们利用了CSM基体中含有氯元素,向CSM中添加Sb203,起到协同阻燃的作用,大大的提高了阻燃性能,同时胶料其他性能基本不产生影响。因此纳米Mg(OH)2和Sb203并用能达到最佳的效果。(3)CSM的硫化体系很多,采用双2,5硫化体系和HVA-2硫化体系的胶料综合性能最好,其中前者的耐老化性好于后者,而后者的定伸模量要好于前者。采用150℃二段硫化后胶料的性能要比一段硫化的性能好,其中双2,5硫化体系最佳硫化温度为170℃而HVA-2硫化体系最佳硫化温度为160℃,并根据不同的配方也有最佳的硫化时间。(4)短纤维能够对CSM胶料进行补强,添加少量就有明显的效果,当短纤维为3份时,胶料的定伸模量就增加了100%-300%。不同的短纤维类型对硫化胶性能影响的程度不一样,芳纶纤维和尼龙纤维的增强效果要好于聚酯纤维和芳纶浆粕；对于耐热空气老化性能而言,聚酯纤维和尼龙66纤维较好,而芳纶纤维和芳纶浆粕稍差；尼龙66纤维对脆性温度的影响最小,其次是聚酯纤维,而芳纶纤维和芳纶浆粕影响较大；从整体上看,尼龙66的综合性能最好。(5)稀土氧化物对CSM硫化胶的性能也有一定的影响,能够稍微提高硫化胶的基本力学性能、热稳定性和耐热空气老化性,同时稀土还能够降低CSM的脆性温度。Gd203的效果要比Sm203好,随着Gd203用量的增加,力学性能、热稳定性能和耐热空气老化性能都有缓慢提高的趋势,而脆性温度明显降低。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-17
第一章绪论  17-35
  1.1 CSM的分子结构和性能  17-20
    1.1.1 CSM的分子结构  17
    1.1.2 氯和硫的含量对CSM性能的影响  17-19
    1.1.3 结晶度与CSM性能的关系  19
    1.1.4 CSM的特性  19-20
  1.2 CSM的交联  20-22
    1.2.1 CSM的交联机理  20-21
    1.2.2 CSM的硫化体系  21-22
  1.3 橡胶增塑简介  22-23
    1.3.1 橡胶的增塑作用机理  22
    1.3.2 增塑剂及其分类  22-23
    1.3.3 耐寒型增塑剂简介  23
  1.4 橡胶阻燃简介  23-28
    1.4.1 橡胶的燃烧  23-24
    1.4.2 含卤橡胶的燃烧  24-25
    1.4.3 橡胶的阻燃作用机理  25-26
    1.4.4 橡胶的阻燃体系  26-27
    1.4.5 阻燃性能的表征方法  27-28
  1.5 橡胶短纤维增强简介  28-31
    1.5.1 短纤维的定义及特点  28-29
    1.5.2 短纤维补强机理  29-30
    1.5.3 短纤维在橡胶中的应用  30-31
  1.6 稀土在橡胶中的应用简介  31-33
    1.6.1 稀土元素  31
    1.6.2 稀土对橡胶性能的影响  31-33
  1.7 本论文选题的目的和意义  33-34
  1.8 本论文的研究内容及创新点  34-35
第二章实验部分  35-49
  2.1 实验原材料及其配方  35-42
    2.1.1 实验原材料  35
    2.1.2 实验配方  35-42
  2.2 实验设备与测试仪器  42
  2.3 试样制备  42-45
    2.3.1 CSM增塑体系研究的样品制备  42-43
    2.3.2 CSM阻燃体系研究的样品制备  43
    2.3.3 CSM硫化体系研究的样品制备  43-44
    2.3.4 CSM短纤维增强体系研究的样品制备  44-45
    2.3.5 添加稀土氧化物体系的CSM样品制备  45
  2.4 性能测试  45-49
    2.4.1 硫化特性测试  45
    2.4.2 橡胶加工分析仪(RPA)  45
    2.4.3 基本力学性能测试  45-46
    2.4.4 耐热空气老化性能测试  46
    2.4.5 扫描电子显微镜(SEM)  46
    2.4.6 动态力学性能测试  46
    2.4.7 热失重分析(TGA)  46
    2.4.8 低温脆性测试  46-47
    2.4.9 阻燃性能测试  47
    2.4.10 交联密度测试  47
    2.4.11 差示扫描量热分析(DSC)  47-49
第三章结果与讨论  49-117
  3.1 CSM增塑体系的研究  49-61
    3.1.1 不同增塑剂对CSM性能的影响  49-56
    3.1.2 增塑剂TOTM不同用量对CSM性能的影响  56-61
  3.2 CSM阻燃体系的研究  61-70
    3.2.1 纳米Mg(OH)_2不同用量对CSM性能的影响  62-68
    3.2.2 Sb_2O_3不同用量对CSM性能的影响  68-70
  3.3 CSM硫化体系的研究  70-86
    3.3.1 不同类型硫化体系对CSM性能的影响  71-76
    3.3.2 双2,5硫化体系对CSM性能的影响  76-81
    3.3.3 HVA-2硫化体系对CSM性能的影响  81-86
  3.4 CSM短纤维增强体系的研究  86-104
    3.4.1 尼龙66短纤维对CSM性能的影响  86-89
    3.4.2 聚酯短纤维对CSM性能的影响  89-92
    3.4.3 芳纶短纤维对CSM性能的影响  92-95
    3.4.4 芳纶浆粕对CSM性能的影响  95-98
    3.4.5 不同类型短纤维对CSM性能影响的相互比较  98-104
  3.5 稀土氧化物在CSM中应用的初步探索  104-117
    3.5.1 等量稀土氧化物替代氧化镁对CSM性能的影响  104-111
    3.5.2 氧化钆不同用量对CSM性能的影响  111-117
第四章结论  117-119
参考文献  119-123
致谢  123-125
研究成果及发表的学术论文  125-127
作者及导师简介  127-128
附件  128-129

高性能氯磺化聚乙烯（CSM）橡胶复合材料的研究

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