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丁腈橡胶/氯丁橡胶共硫化及补强性能研究

作　者: 王海燕
导　师: 邓涛
学　校: 青岛科技大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: NBR/CR并用共混比共硫化复合补强体系协同效应
分类号: TQ330.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

丁腈橡胶(NBR)具有良好的耐油性、耐非极性溶剂性及抗静电性。氯丁橡胶(CR)力学性能较好,具有良好的自补强性,两者均为极性橡胶,若两者并用可获得较好的耐老化与耐油性能的平衡。本文对NBR/CR共混体系进行了一系列研究,为其工业化应用提供参考和借鉴。(1)通过差示扫描量热仪(DSC)、红外光谱分析(FTIR)、及动态力学分析(DMA)分别对并用胶的混炼胶及硫化胶微观测试表明：NBR与CR两橡胶共混后两相之间发生了相互作用,两个玻璃化转变温度(Tg)相互靠近,具有一定的相容性。在20℃～60℃范围内的储能模量(E’)都保持了一段较长的平台,说明硫化胶的有效交联比较高,交联网比较完善。(2)在NBR/CR共混体系中,随着共混比减小,CR并用量的增加,共混胶的门尼粘度、硫化速率(tgo-t10)-1呈下降趋势,拉伸强度、100%定伸应力、200%定伸应力均增大且耐老化性能提高,但耐油性能降低。采用不同混炼方法,通过物理性能分析,发现NBR和CR与各自的硫化剂制成母炼胶后混合在一起,硫化剂几乎不存在迁移现象,硫化胶各相的交联程度比较高,共混胶的力学性能和老化性能较好。采用RPA动态力学性能扫描测试发现采用此混炼方法得到的并用硫化胶的动态性能对应变的依赖性比较大,当应变>15%时,储能模量迅速下降,损耗因子呈直线上升的趋势。(3)鉴于两橡胶硫化体系的差异,在NBR/CR为70/30的配比下,研究了不同并用硫化体系对共混胶的硫化情况,通过NBR的不同硫化体系比较：普通硫黄硫化体系因共混胶NBR相与CR相的交联密度差小,硫化速率相近,共交联程度大,共混胶的综合力学性能较好。CR的不同硫化体系中,采用金属氧化物与其它硫化促进剂并用的硫化体系其胶料的流动性及耐老化性能优于硫黄硫化体系,但硫黄硫化体系的交联密度最大且硫化胶耐抽出和耐溶胀性能好。金属氧化物硫化体系中并用TT后因共混胶两相硫化速率相差比较大,导致力学性能低于其它并用体系。采用均匀设计法对并用胶中两硫化体系的硫化剂用量进行了研究,结果表明,当S用量为1.4～2.5phr,NA-22值为0.14～0.6phr时,胶料的综合性能较好。同时在研究NBR与CR硫化体系对并用胶影响程度的大小中,通过物理性能及RPA测试分析得知NBR的硫黄硫化体系对NBR/CR并用胶性能的影响明显大于CR金属氧化物/硫脲硫化体系。(4)对并用胶的过氧化物体系研究中,发现在DCP/TAIC并用体系中,当DCP用量为2.4-3.4phr,TAIC值为2.6-3.6phr时,胶料的综合性能较好。用过氧化物双2,5硫化NBR/CR时,随着双2,5用量的增加,并用胶的力学性能均随双2,5用量的增加均呈下降趋势,其用量不应超过3.5phr。(5)研究了树脂206,PN160、VPN1132对NBR/CR共混胶性能的影响,表明在无炭黑的共混胶料中,加入树脂均能提高胶料的加工安全性,但硫化时间延长,硫化速率降低。在相同用量下,206树脂的补强效果最好。当树脂206用量为10-20份,树脂PN160用量为10-20份,树脂VPN1132用量为10-15份时,综合性能最好。通过对N550炭黑用量对NBR/CR共混胶性能影响发现炭黑用量的增加,对共混胶的动态性能、加工性能、硫化特性、和力学性能都有一定的影响,用量越大Payne效应越明显。炭黑用量为60份时最佳。(6)在炭黑与树脂复合补强硫化胶研究中：保持炭黑与树脂总量不变,用206树脂代替部分炭黑后,并用胶的硫化特性,力学性能及动态性能均产生很大变化。当两者并用总量为80phr时,力学性能最优且当树脂代替10phr炭黑时,炭黑与树脂具有很强的协同效应。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-11
前言  11-12
第一章文献综述  12-32
  1 丁腈橡胶  12-17
    1.1 丁腈橡胶的发展概况  12-13
    1.2 丁腈橡胶的结构与性能  13-14
    1.3 丁腈橡胶的配合体系  14-16
    1.4 丁腈橡胶的共混改性  16-17
  2 氯丁橡胶  17-23
    2.1 氯丁橡胶的发展状况  17
    2.2 氯丁橡胶的结构与分类  17-18
    2.3 氯丁橡胶的硫化体系  18-20
    2.4 氯丁橡胶的性能  20
    2.5 氯丁橡胶的共混研究进展  20-23
  3 NBR/CR并用共混  23-31
    3.1 橡胶共混的目的和意义  23-24
    3.2 NBR/CR的研究进展  24-25
    3.3 NBR/CR并用硫化体系  25-26
    3.4 NBR/CR并用补强体系  26-31
  4 课题研究的意义与研究内容  31-32
    4.1 课题研究的意义  31
    4.2 课题研究的内容  31-32
第二章实验部分  32-38
  1 原材料  32
  2 基本配方  32
  3 使用仪器  32
  4 制样及工艺条件  32-33
    4.1 胶料混炼  32-33
    4.2 硫化  33
  5 性能测试  33-38
    5.1 胶料硫化特性测试  33
    5.2 物理机械性能测试  33
    5.3 热空气老化性能测试  33
    5.4 耐油性能测试  33
    5.5 动态力学分析(DMA)  33-34
    5.6 差示扫描量热法(DSC)  34
    5.7 RPA2000动态性能测试  34
    5.8 平衡溶胀法测表观交联密度  34
    5.9 共混胶中各相交联密度表征  34-38
第三章 NBR/CR共混比对共混胶性能的影响  38-51
  1 概述  38
  2 不同共混比NBR/CR对共混胶性能的影响  38-47
    2.1 实验方案  38
    2.2 实验结果与讨论  38-47
  3 混炼方法对NBR/CR共混胶性能的影响  47-50
    3.1 实验方案  47-48
    3.2 实验结果与讨论  48-50
  4 本章小结  50-51
第四章 NBR/CR共混胶硫化体系的研究  51-88
  1 概述  51
  2 NBR、CR各自常用硫化体系对NBR/CR硫化胶性能的影响  51-65
    2.1 NBR常用硫化体系对NBR/CR硫化胶性能的影响  51-59
    2.2 CR常用硫化体系对NBR/CR共混硫化胶性能的影响  59-65
  3 硫黄/硫脲复合硫化体系对NBR/CR共混硫化胶性能的影响  65-71
    3.1 试验配方  65-66
    3.2 硫化特性分析  66-67
    3.3 物理机械性能分析  67-69
    3.4 耐热老化性能和耐油性能分析  69-70
    3.5 NBR/CR硫化胶交联密度的表征  70-71
  4 NBR与CR硫化体系对共混胶性能的影响程度  71-75
    4.1 实验方案  71
    4.2 硫化特性分析  71-72
    4.3 物理特性分析  72-73
    4.4 应力-应变曲线  73-74
    4.5 共混胶动态力学DMA分析  74-75
  5 过氧化物硫化体系对NBR/CR共混胶性能的影响  75-86
    5.1 DCP/TAIC复合体系对NBR/CR共混硫化胶性能的影响  75-81
    5.2 双2,5的用量对NBR/CR共混硫化胶性能的影响  81-86
  6 本章小结  86-88
第五章 NBR/CR树脂-炭黑补强体系的研究  88-107
  1 概述  88
  2 酚醛树脂对NBR/CR共混胶性能的影响  88-94
    2.1 实验方案  88
    2.2 硫化特性分析  88-89
    2.3 物理性能分析  89-92
    2.4 耐热老化性能和耐油性能分析  92-93
    2.5 NBR/CR硫化胶RPA动态性能分析  93-94
  3 炭黑N550对NBR/CR共混胶性能的影响  94-98
    3.1 概述  94
    3.2 实验方案  94
    3.3 硫化特性分析  94-95
    3.4 物理性能分析  95-96
    3.5 NBR/CR混炼胶RPA动态性能分析  96-97
    3.6 NBR/CR硫化胶RPA动态性能分析  97-98
  4 酚醛树脂与炭黑复合补强体系对NBR/CR共混胶性能的影响  98-106
    4.1 概述  98
    4.2 实验配方  98-99
    4.3 硫化性能分析  99
    4.4 物理性能分析  99-101
    4.5 耐热老化及耐油性能分析  101-102
    4.6 NBR/CR混炼胶RPA动态性能分析  102-104
    4.7 NBR/CR硫化胶RPA动态性能分析  104-106
  5 本章小结  106-107
结论与展望  107-109
  1 结论  107-108
  2 展望  108-109
参考文献  109-114
致谢  114-115
攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录  115-116

丁腈橡胶/氯丁橡胶共硫化及补强性能研究

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