卤化丁基橡胶在隔震支座及轮胎中应用技术研究

摘要

与丁基橡胶(IIR)相比，卤化丁基橡胶的反应活性高，与不饱和橡胶的共交联性能和粘结性能更加优异，因此，被广泛应用于隔震橡胶支座和轮胎制品中。本论文主要研究了氯化丁基橡胶(CIIR)在隔震支座中的应用，以及轮胎气密层用溴化丁基橡胶(BIIR)复合材料配方的改进。制备了一系列NR/CIIR复合材料，研究了NR/CIIR的比例，NR硫化体系的添加方式、相容剂等对NR/CIIR复合材料的微观结构、硫化特性、物理机械性能、动态力学性能等的影响。研究了有机蒙脱土(OMMT)在BIIR基体中的分散及其对复合材料气密性的影响，以及BIIR在轮胎外护胶片中的应用和配方的优化。具体工作成果如下:
　　(1)制备了不同配比的NR/CIIR橡胶复合材料。研究发现，与天然橡胶材料相比，NR/CIIR复合材料的有效阻尼温域得到有效拓宽。当CIIR占比在30份以上时，有效阻尼温域达到50℃以上，损耗峰的位置向高温方向移动，峰值有小幅度下降。SEM图像中，随着CIIR含量的增加，复合材料样品断面的平整性逐渐下降，两相界面越来越明显，说明NR与CIIR的相容性较差。通过上海光源WAXD测试，NR/CIIR样品产生衍射斑点的位置与NR相同且斑点亮度逐渐减弱，这表明NR/CIIR复合材料中只有NR相发生了拉伸结晶。从纯CIIR的衍射图像来看，在拉伸条件下只是发生了分子链的取向，并没有结晶现象。
　　(2)研究了硫化体系的添加方式对NR/CIIR复合材料性能的影响。为了提高两者的共交联程度，将NR相一定比例的的交联剂添加到CIIR相中，再进行共混和共硫化。研究发现，采用该方法可以有效提高NR/CIIR复合材料的共交联密度，将NR相中50％和70％的硫化体系加入到CIIR相中，样品交联密度比正常混炼所得到的NR/CIIR复合材料提高1.5×10-5mol·cm-3以上，提高幅度达到13％。当NR相中50％的硫化体系反转加入到CIIR相时，NR/CIIR(70/30)和NR/CIIR(60/40)的拉伸强度比正常混炼所得的复合材料分别提高6％和12.7％。
　　(3)采用3种不同分子量的异丁烯-异戊二烯(PIB-b-PIP)嵌段共聚物作为NR/CIIR复合材料的相容剂。研究发现，加入相容剂以后，复合材料的两相界面层变厚，界面变得模糊，说明NR与CIIR两者之间的相容性得到了显著提高。同时，添加相容剂后，材料的阻尼性能有效提高，当形变量在100％时，复合材料的损耗因子提高46％以上;当形变量在200％时，损耗因子提高95％以上。当相容剂的数均分子量为1.8×104时，复合材料阻尼性能的提高幅度最大。3种相容剂的数均分子量在2万左右，在NR/CIIR复合材料中起到了增塑剂的作用，加入相容剂后，NR/CIIR复合材料的拉伸强度下降10％左右。
　　(4)在BIIR中加入有机蒙脱土(OMMT)，能有效提高BIIR复合材料的气密性，加入量为1份时，复合材料的透气系数下降15.1％，这可以归因于有机蒙脱土的纳米片层结构的气体阻隔效应。在天然橡胶/顺丁橡胶(BR)复合材料中并入低份数的BIIR，所制备复合材料的耐热氧老化性能得到较大幅度提高，其中NR/BR/BIIR(50/35/15)复合材料的抗张积老化系数为0.60，比NR/BR/BIIR(50/50/0)复合材料提高17.6％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 隔震橡胶支座

1．2．1 隔震橡胶支座概述

1．2．2 橡胶支座的特征

1．2．3 隔震支座用橡胶材料

1．3 影响橡胶材料阻尼的因素

1．4 溴化丁基橡胶／有机蒙脱土复合材料

1．5 天然橡胶

1．6 卤化丁基橡胶

1．6．1 卤化丁基橡胶简介

1．6．2 卤化丁基橡胶的硫化

1．6．3 卤化丁基橡胶与其他橡胶共混

1．7 阻尼动态力学原理分析

1．7．1 损耗因子

1．7．2 模量

1．7．3 橡胶的蠕变

1．8 前人研究成果

1．9 本课题的目的、意义及创新点

1．10 本论文的研究内容

第二章 天然橡胶／氯化丁基橡胶复合材料的制备及性能研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原材料

2．2．2 实验配方

2．2．4 样品制备

2．2．5 分析与测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 硫化特性

2．3．2 物理机械性能

2．3．3 DSC表征

2．3．4 动态力学性能分析

2．3．5 硫化胶RPA分析

2．3．6 复合材料微观结构分析

2．3．7 应变诱导结晶性能分析

2．4 小结

第三章 共交联对天然橡胶／氯化丁基橡胶复合材料的影响

3．1 前言

3．2．2 实验配方

3．2．3 实验仪器和设备

3．2．4 样品制备

3．2．5 分析与测试

3．3．1 硫化特性

3．3．2 物理机械性能

3．3．3 DSC表征

3．3．4 交联密度的测定

3．3．5 动态力学性能分析

3．3．6 硫化胶RPA分析

3．3．7 NR／CIIR复合材料的微观结构

3．4 小结

第四章 相容剂对天然橡胶／氯化丁基橡胶复合材料的影响

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．2 实验配方

4．2．3 实验设备及仪器

4．2．4 样品制备工艺过程

4．2．5 分析与测试

4．3 结果与分析

4．3．1 相容剂傅里叶红外谱图分析

4．3．2 相容剂核磁H谱分析

4．3．3 相容剂GPC分析

4．3．4 共混胶硫化特性

4．3．5 硫化胶物理机械性能

4．3．6 硫化胶的DSC分析

4．3．7 动态力学性能分析

4．3．8 硫化胶RPA分析

4．3．9 复合材料的微观表征

4．4 小结

第五章 溴化丁基橡胶在轮胎中的应用

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原材料

5．2．2 实验配方

5．3 样品的制备

5．3．1 实验设备与仪器

5．3．2 样品制备工艺过程

5．3．3 分析与测试

5．4 实验结果与讨论

5．4．1 气密层部分结果与讨论

5．4．2 外护胶部分结果与讨论

5．5 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介