间同1,2-聚丁二烯并用胶的加工改性研究及寿命预测分析

摘要

中国科学院长春应化所于2006年，首创以铁系催化剂成功合成出高乙烯基聚丁二烯橡胶，其中乙烯基质量分数大于80％，间同规整度达到99.9％以上。同时在催化过程中没有时使用以往阴离子聚合普遍采用的剧毒CS2溶剂，改用己烷溶剂油作为溶剂。使用有机铁、亚磷酸二烷酯、烷基铝三元组分共同作为新的催化体系。新合成的间同1,2-聚丁二烯具有良好的抗湿滑性、耐老化性和低生热的特点，由此可以用作橡胶、塑料、粘合剂等方向。目前大部分研究工作都集中在高分子合成方面，且对其物理加工性能方面的报道却很少。新型合成橡胶间同1,2-聚丁二烯因为分子特性，加工时流动性差易包辊，且熔点高，在以往的加工中存在颗粒分散不均，受力集中，明显的相分界线的问题。探索一条合适的加工工艺是新型合成橡胶间同1,2-聚丁二烯从研发走向应用的必经之路。
　　1.考虑到间同1,2-聚丁二烯与丁苯橡胶和顺丁橡胶的相容性，选择与丁苯橡胶和顺丁橡胶加工并用胶可以有效提高间同1,2-聚丁二烯的加工性能，同时降低生产成本。采用密炼机高温塑炼的方法改善合成橡胶间同1,2-聚丁二烯与丁苯橡胶和顺丁橡胶的相容性差的的特点同时解决了相分界的问题。探究得出密炼机塑炼温度为150℃，密炼时间为5分钟时加工并用胶可以达到较好的力学性能。对比后得出采用古马隆作为增塑剂可以有效提高并用胶的力学性能。经过改性加工，间同1,2-聚丁二烯与丁苯橡胶和顺丁橡胶加工的并用胶拉伸强度均可以达到10MPa以上，断裂伸长率达到300％以上。
　　2.利用显微拉曼成像光谱仪对间同1,2-聚丁二烯与丁苯橡胶并用胶进行表征，把丁苯橡胶中的苯环基团作为指示基团。根据拉曼图谱中出峰位置不同，可以以图像的形式直接观测两相之间的分散均匀性，对加工工艺进行指导。比以往采用有毒的四氧化锇作为染色剂标记苯环集团观测相分散，整个过程更加简捷同时无毒无害。
　　3.为了探究间同1，2-聚丁二烯并用胶的使用寿命，先对常用的橡胶寿命预测方法进行比较，之后采用工厂提供的发泡三元乙丙橡胶进行了使用寿命的预测，对基于Arrhenius修正公式这种预测方法进行了评估，证实了其准确性。最后，通过热空气老化试验来测试间同1，2-聚丁二烯与丁苯橡胶并用胶在不同老化温度下的拉伸性能随时间的变化。成功预测了不同温度下的使用寿命。在25℃使用环境下，使用寿命为14.08年。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 合成橡胶的现状

1．1．1 合成橡胶与天然橡胶的关系

1．1．2 合成橡胶的合成方法

1．1．3 丁苯橡胶

1．1．4 顺丁橡胶

1．2 间同1，2-聚丁二烯的催化聚合

1．2．1 锂系催化聚合

1．2．2 钴系催化聚合

1．2．3 钼系催化聚合

1．2．4 铁系催化聚合

1．3 间同1，2-聚丁二烯的结构与性能

1．3．3 间同1，2-聚丁二烯的结晶性

1．3．4 间同1，2-聚丁二烯的力学性能

1．4 聚合物共混胶性能的研究

1．4．1 聚合物共混相容性的研究

1．4．2 聚合物的共混相容性的表征

1．5 橡胶配方设计

1．5．1 硫磺硫化体系

1．5．2 过氧化物硫化体系

1．6 橡胶加速老化实验使用寿命计算方法

1．6．1 热空气加速老化实验

1．6．2 湿热加速老化实验

1．6．3 Dakin寿命推算法(线性关系法)

1．6．4 动力学曲线直线化法

1．6．5 变量折合法(时温叠加法)

1．6．6 P-t-T数学模型法

1．6．7 基于修正的阿累尼乌斯方程预测模型

1．6．8 上述几种计算方法的比较

1．7 课题目标及研究思路

第二章 间同1，2-聚丁二烯的合成、表征与硫化胶加工工艺探究

2．1 前言

2．2．3 间同1，2-聚丁二烯合成方法

2．3 表征方法

2．3．1 核磁(1H NMR和13C NMR谱)

2．3．2 凝胶渗透色谱(分子量分析)

2．3．3 示差扫描量热仪(DSC)

2．3．4 热重分析

2．4 数据分析

2．5．1 实验药品及材料

2．5．2 实验仪器

2．5．7 力学强度

2．5．8 熔融指数

2．5．9 密度测定

2．6 实验结果与讨论

2．7 结果分析与结论

第三章 间同1，2-聚丁二烯与丁苯橡胶或顺丁橡胶并用胶改性

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验药品及材料

3．2．3 实验配方

3．2．4 实验方法

3．2．5 性能测试及表征

3．3 密炼机塑炼条件的探究

3．4 间同1，2-聚丁二烯与丁苯橡胶并用胶加工改性探究

3．4．2 间同1，2-聚丁二烯与丁苯橡胶并用胶的相容性探究

3．4．3 间同1，2-聚丁二烯与丁苯橡胶并用胶分散均匀性的探究

3．5 间同1，2-聚丁二烯与顺丁橡胶共混胶改性

3．5．1 不同配方力学性能测试

3．5．2 间同1，2-聚丁二烯与顺丁橡胶并用胶的相容性探究

3．6 并用胶前后在白光下照片对比

3．7 讨论与总结

第四章 橡胶使用寿命寿命预测

4．1 前言

4．2 试验原材料

4．3 实验仪器和设备

4．4 试样制备

4．5 三元乙丙橡胶老化试验设计

4．5．1 确定试验条件

4．5．2 数据处理

4．5．3 寿命预测

4．5．4 准确性论证

4．6 间同1，2-聚丁二烯与丁苯橡胶并用胶的寿命预测

4．6．1 老化试验设计

4．6．2 实验结果

4．6．3 寿命计算

4．7 分析与讨论

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的专利

致谢

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