优秀研究生学位论文题录展示

白炭黑/天然橡胶之间相互作用及其对力学性能影响的研究

专 业: 材料学
关键词: 天然橡胶 硅烷 白炭黑 增强橡胶 改性白炭黑 应力软化
分类号: TQ330.1
形 态: 共 109 页 约 71,395 个字 约 3.415 M内容
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内容摘要


白炭黑能赋予硫化胶很高的拉伸强度和撕裂强度,良好的耐屈挠性和刚性,成为最主要的白色、透明补强填充剂。

硅烷改性白炭黑的研究越来越活跃,目前,有关这方面的研究多集中于硅烷双-三乙氧基硅烷基-丙基四硫化物TESPT改性白炭黑增强橡胶。

本论文选用天然橡胶NR作为基体,采用新型硅烷3-辛酰基硫-1-丙基三乙氧基硅烷NXT改性白炭黑增强NR,系统研究了硅烷NXT改性白炭黑增强NR混炼胶的加工性能、动态力学性能、硫化过程及硫化胶的力学性能、化学反应和形态结构,并探讨了硅烷NXT改性白炭黑增强橡胶的机理。

首先研究了硅烷NXT改性白炭黑增强NR的硫化特征,并与硅烷TESPT改性白炭黑的进行了对比。

研究表明胶料的焦烧时间随着硅烷NXT和TESPT浓度的增大以及硫化温度的升高而降低。

含硅烷NXT的胶料的焦烧时间比含硅烷的TESPT要长。

硅烷偶联剂NXT的抗焦烧性能要优于TESPT。

与HAF增强NR胶料相比,白炭黑增强的胶料的焦烧时间和正硫化时间长,但在白炭黑经硅烷NXT改性后,胶料的焦烧时间和正硫化时间缩短。

在各个硫化温度下,含硅烷NXT胶料的硫化速度指数和速度常数随着NXT的浓度的增大而增大;对于硅烷TESPT而言,随着硅烷TESPT浓度的增大则有个最大值。

含硅烷NXT和硅烷TESPT胶料的硫化速度指数和速度常数随着温度的升高而增大。

用硅烷改性白炭黑增强NR的胶料的表观硫化活化能随着硅烷NXT和TESPT浓度的增大而降低。

含硅烷NXT的胶料的表观硫化活化能比含硅烷的TESPT的小。

硅烷NXT改性白炭黑增强NR结构与性能的研究。

研究表明在白炭黑增强的NR胶料中加入硅烷NXT后,降低了混炼胶的粘度,改善了白炭黑在橡胶基体中的分散性,降低了填料-填料之间的相互作用,增大橡胶-填料之间的相互作用,使得结合橡胶含量增大。

随着硅烷NXT用量的增大,白炭黑增强的NR硫化胶的拉伸强度、撕裂强度增大后保持平衡;模量单调增大;交联密度增大;0℃时tanδ增大,60℃时tanδ减少,从而增大了硫化胶的湿抓着性能,降低了滚动阻力。

白炭黑增强的NR硫化胶,填料用量为30phr时硫化胶的拉伸强度最大,但撕裂强度却是在填料用量为40~50phr时最大。

白炭黑增强的NR硫化胶的撕裂强度要比HAF增强的NR要大,而白炭黑增强的NR硫化胶的滚动阻力低。

研究了硅烷NXT改性三种不同牌号的白炭黑增强NR的规律,并与炭黑增强NR进行了比较。

结果表明,白炭黑的比表面积和表面的硅醇基团的数目不同对其增强NR的硫化过程产生了影响。

比表面积大的和硅醇基团的数目大的,延迟了胶料的硫化,加入硅烷NXT后,则消除了胶料的延迟硫化。

比表面积大的白炭黑的增强效果好,高分散的白炭黑的增强效果比普通白炭黑要好。

应用FTIR、NMR和DSC等分析手段,对硅烷NXT改性白炭黑以及在硫化过程中的反应进行了相关的证明和表征。

从硅烷NXT改性白炭黑增强NR混炼胶的动态力学性能来看,随着硅烷用量的增大,Payne效应变弱;同时,用FTIR和NMR表征了硅烷NXT改性白炭黑的反应,证实了硅烷NXT上的乙氧基和白炭黑的硅醇基团发生缩合反应。

运用DSC和硫化仪分析了硅烷NXT改性白炭黑增强NR的反应,即在硫化条件下,硅烷NXT参与硫化反应。

提出了硅烷NXT在改性白炭黑增强橡胶中的反应模型。

通过Kraus曲线表征了NR与不同填料白炭黑、白炭黑/NXT和HAF之间的相互作用。

填料-基体相互作用的特征常数n可作为衡量两者间作用力大小的依据,n越大,相互作用力就越大。

Kraus曲线表明,填料和橡胶之间相互作用的大小顺序:

NR/HAF>NR/Silica/NXT>NR/Silica。

硅烷NXT改性白炭黑与NR之间的相互作用力更大,体现在力学性能上表现为硅烷NXT改性白炭黑增强的硫化胶的定伸应力、拉伸强度和撕裂强度更高。

研究了硅烷NXT改性白炭黑补强胶的应力软化效应、应力松弛等特性,并与炭黑补强胶进行了对比。

与HAF增强的NR硫化胶相比,白炭黑增强的NR硫化胶应力软化效应不明显、但应力松弛程度更大。

但在白炭黑经硅烷NXT改性后,硫化胶的软化效应更明显、应力松弛程度变小。

利用唯象理论模拟了硅烷NXT改性白炭黑增强的NR的应力-应变行为,发现Gergory提出的储能函数表达式能够很好地用来描述白炭黑和白炭黑/NXT增强的NR的拉伸应力-应变关系,所得理论应力-应变曲线在所有应变范围内都与实验数据符合。

利用丁腈橡胶的极性基团-腈基来改性白炭黑,使白炭黑表面吸附较多的丁腈橡胶,减少白炭黑的吸附性能。

研究表明丁腈橡胶的加入改善了白炭黑在天然橡胶中的分散性。

丁腈橡胶用量为4份时硫化胶的力学性能最佳,随着用量的增大性能略微下降。

丁腈橡胶的加入,0℃和60℃的tanδ都增大,这说明改善了硫化胶的抗湿滑性能,但是,对滚动阻力却产生不利的影响。

本论文的主要创新之处:1较为系统地研究了硅烷NXT改性白炭黑增强天然橡胶的焦烧特性,指出硅烷NXT的单硫键是该体系具有较长的焦烧时间的原因;

2较为系统地研究了硅烷NXT改性白炭黑增强橡胶的增强规律,提出了硅烷NXT改性白炭黑增强橡胶的机理,即硅烷NXT的乙氧基和白炭黑表面的硅醇基团发生反应,同时在硫化时硅烷NXT的单硫键参与硫化反应。

因此,硅烷NXT不仅改善了白炭黑在橡胶的分散性,而且增强了白炭黑与NR之间的相互作用,进而提高白炭黑增强橡胶的性能;

3研究了硅烷NXT改性白炭黑增强橡胶的应力软化和应力松弛,并采用唯象理论较好地拟合了该体系的拉伸应力-应变关系..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
第二章 硅烷NXT改性白炭黑增强NR的硫化动力学研究
第三章 硅烷NXT改性白炭黑增强NR结构与性能的研究
3.1引言
3.2实验部分
3.3结果与讨论
3.3.1硅烷用量对NR硫化胶性能的影响
3.3.2填料用量对NR硫化胶性能的影响
3.3.3硅烷NXT改性白炭黑补强NR的拉伸应力-应变行为及其描述
3.3.4应力软化
3.3.5应力松弛
3.4本章小结
第四章 硅烷/白炭黑和硅烷/橡胶的反应研究
第五章 NBR对硅烷改性白炭黑填充NR的增强作用
第六章 全文总结
参考文献

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中图分类: > TQ330.1 > 工业技术 > 化学工业 > 橡胶工业 > 一般性问题

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