NR/炭黑复合材料炭黑分散性与动态性能的关系研究

摘要

Payne效应是填充胶料的模量随应变振幅的增大而呈非线性下降的现象。对Payne效应的机理的解释有很多，其中以填料-填料网络破坏最具代表，可用低振幅下的弹性模量与高振幅下的模量差反映胶料中填料-填料相互作用大小。有一些研究者还以此来表征胶料中填料的分散性，这是在忽略橡胶分子量影响的前提下得出的。实际上橡胶分子链在振幅增大过程中会发生解缠结、取向等过程，对弹性模量变化亦会产生影响。本论文旨在控制橡胶分子量相同的情况下，改变填料的分散性，研究填料分散性与Payne效应的关系。
　　本文采用乳液共沉法制备橡胶分子量相同，填料分散性不同的NR/炭黑复合材料。通过热失重分析(TGA)、门尼粘度计、ZETA SIZER Nano-ZS90粒径分析仪、扫描电镜(SEM)、RPA2000等测试表征手段，考察复合材料中炭黑分散性及其对胶料动态性能与填料网络的影响，探寻炭黑分散性与Payne效应的关系，来描述炭黑分散性与填料-填料相互作用的关系。
　　(1)对天然橡胶生胶及纯胶硫化胶，用RPA2000进行形变、温度和频率扫描。结果表明:对天然橡胶生胶及混炼胶硫化得到的纯胶硫化胶，随薄通不同次数增多，其弹性模量随应变振幅的增大均呈现非线性下降的现象，且生胶或混炼胶的薄通次数增多（分子量减小），低形变下的弹性模量逐渐下降，表明橡胶分子量大小对胶料弹性模量有影响;分子量减小，弹性模量降低。
　　(2)采用乳液共沉法制备橡胶分子量相同、炭黑分散性不同的NR/炭黑复合材料，并应用扫描电镜、门尼粘度计、RPA2000等测试仪器对其进行测试表征。结果表明NR/炭黑复合材料中，随着炭黑分散性升高，胶料的门尼粘度增大;不同炭黑分散性胶料的弹性模量随应变振幅的增大均呈非线性下降，且随着炭黑分散性的升高，低应变下的弹性模量逐渐降低，表明胶料中炭黑分散性对胶料弹性模量有影响;胶料中炭黑分散性升高，弹性模量降低。
　　(3)采用乳液共沉法制备橡胶分子量相同、炭黑含量不同的NR/炭黑复合材料，并应用炭黑分散度仪、扫描电镜、门尼粘度计、RPA2000等测试仪器对其进行表征。结果表明NR/炭黑复合材料中，随着炭黑含量的增加，胶料的炭黑分散性降低，门尼粘度增大;不同炭黑含量胶料的弹性模量随应变振幅的增大均呈非线性下降;随炭黑含量的增加，胶料中炭黑分散性下降，低应变下的弹性模量逐渐增大，Payne效应增大。

目录

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 橡胶填料复合材料的制备方法概述

1．1．1 机械混炼法

1．1．2 原位聚合法

1．1．3 溶胶-凝胶法

1．1．4 插层复合法

1．1．5 接枝聚合法

1．1．6 自组装法

1．1．7 乳液混合法

1．2 天然胶乳的稳定性

1．2．1 天然橡胶胶乳的组成及粒子结构

1．2．2 天然胶乳的物理及胶体化学性质

1．2．3 天然胶乳的稳定性及影响因素

1．2．4 天然胶乳的保存及其机理

1．2．5 天然胶乳的自然凝固及其凝固方法

1．3 橡胶用炭黑简介

1．3．1 炭黑的定义及微观结构

1．3．2 炭黑的制造方法及种类

1．3．3 炭黑的主要技术指标

1．3．4 炭黑胶料的制备方法

1．3．5 炭黑在橡胶中的分散机理

1．4 复合材料中的多重相互作用

1．4．1 橡胶-填料间相互作用

1．4．2 填料-填料间相互作用及表征

1．5 本课题的研究背景、目的及意义

1．5．1 课题的研究背景

1．5．2 课题的研究思路、目的及意义

1．5．3 本课题主要研究内容

第二章 橡胶分子量对生胶及纯胶硫化胶动态性能的影响

2．1 概述

2．2 实验部分

2．2．1 主要原材料

2．2．2 主要设备与仪器

2．2．3 实验配方

2．2．4 试样制备

2．2．5 性能测试

2．3 结果分析与讨论

2．3．1 生胶的门尼粘度

2．3．2 生胶的动态性能

2．3．3 纯胶混炼胶的门尼粘度

2．3．4 纯胶硫化胶的动态性能

2．4 本章小结

第三章 分散体制备方法对NR／炭黑复合材料动态性能的影响

3．1 概述

3．2 实验部分

3．2．1 主要原材料

3．2．2 实验设备与仪器

3．2．3 实验配方

3．2．4 试样制备

3．2．5 性能测试

3．3 结果分析与讨论

3．3．1 炭黑分散体制备与表征

3．3．2 NR／炭黑复合材料中炭黑分散性的表征

3．3．3 NR／炭黑复合材料动态性能

3．4 本章小结

第四章 胶乳、炭黑混合方法对NR／炭黑复合材料动态性能的影响

4．1 概述

4．2 实验部分

4．2．1 主要原材料

4．2．2 实验设备及仪器

4．2．3 实验配方

4．2．4 试样制备

4．2．5 性能测试

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 NR／炭黑复合材料中炭黑含量表征-TG分析

4．3．2 NR／炭黑复合材料中炭黑分散性的表征

4．3．3 NR／炭黑复合材料动态性能

4．4 本章小结

第五章 炭黑用量对NR／炭黑复合材料动态性能的影响

5．1 概述

5．2 实验部分

5．2．1 主要原材料

5．2．2 实验设备及仪器

5．2．3 实验配方

5．2．4 试样制备

5．2．5 性能测试

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 炭黑用量对NR／炭黑复合材料分散性的影响及表征

5．3．2 NR／炭黑复合材料的门尼粘度

5．3．3 炭黑用量对NR／炭黑复合材料动态性能的影响

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

声明