天然橡胶双硫化体系以及白炭黑/PDMS复合材料的研究

摘要

天然橡胶（NR）以其优异的性能广泛应用于诸多领域。在橡胶硫化体系中，硫黄硫化体系以形成单硫键、双硫键以及多硫键，硫化胶耐疲劳性能和撕裂性能好。相反，过氧化物硫化体系以形成碳碳键而使硫化胶耐热性能好和低压缩永久变形。因此，结合两者的双硫化体系开始受到关注。此外，传统上，填料引入到复合材料中的方法是机械共混法，导致填料分散差，使材料性能不佳。现在，通过化学反应处理填料，优化填料分散，改善填料与基体的网络相互作用，使填料不仅起到增强作用，还起到交联作用而提高复合材料的性能。这种方法很有研究价值。
　　本文研究包括两个部分:第一部分，天然橡胶双硫化体系的研究;第二部分，白炭黑/PDMS复合材料的制备与性能研究。
　　第一部分，研究了硫黄/HA-2并用，硫黄/HVA-2/DCP并用，硫黄/不同过氧化物并用以及硫黄/3M并用体系对NR性能的影响和正交实验方法分析了不同助硫化剂对NR性能的影响程度。硫黄/HVA-2并用结果表明:硫化胶热氧老化系数和伸张疲劳系数随HVA-2含量增加先上升后下降;当HVA-2含量为1.0份时，NR的综合性能最好。硫黄/HVA-2/DCP并用实验结果表明:并用体系NR的力学性能和热氧老化性能优于单独体系;当HVA-2含量为1.5份时，NR伸张疲劳系数较高，综合性能好。硫黄/不同过氧化物并用以及硫黄/3M并用实验结果表明:性能对比发现，硫黄/3M体系为最佳组合体系;进一步探究硫黄/3M并用对NR性能的影响，发现当硫黄/3M含量比为3∶1时，NR综合性能好。为了进一步实验，对比了不同体系的硫化胶性能，选出最佳硫化体系。正交实验结果表明:方差分析知，ZDMA、HVA-2和TAIC用量对拉断伸长率有高度显著影响;ZDMA、HVA-2和TAIC用量对撕裂强度和伸张疲劳性能有显著影响;BDDA对拉断伸长率、撕裂强度和伸张疲劳性能有一定影响;ZDMA对耐热氧老化性能有显著影响;最后优化出组合配方。
　　第二部分，研究了白炭黑/PDMS复合材料的制备方法及性能。在白炭黑表面接枝上活性基团磺酸基;通过磺酸基与PDMS一端的氨基反应，将白炭黑表面接枝上大分子链;通过六亚甲基二异氰酸酯(HDI)将白炭黑与PDMS之间连接成交联网络结构，制备出弹性体材料。利用IR、TEM等手段对复合材料进行表征，并研究了白炭黑/PDMS复合材料的动态力学性能。结果表明，制备的复合材料具有一定的弹性，粒子分散较均匀，动态损耗性能较好。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．3 天然橡胶的简介

1．3．1 天然橡胶的结构

1．3．2 天然橡胶的性能

1．4 硫黄硫化体系

1．4．1 硫黄硫化体系的分类

1．4．2 硫黄硫化机理

1．5 过氧化物硫化体系

1．5．1 过氧化物的种类

1．5．2 助交联剂的种类

1．5．3 过氧化物硫化机理

1．6 硫化胶的结构与性能的关系

1．6．1 交联密度与性能的关系

1．6．2 交联键类型与性能的关系

1．7 双硫化体系

1．8 白炭黑复合材料

1．8．1 白炭黑的性质

1．8．2 白炭黑的表面改性

1．9 橡胶复合材料的应用

1．9．1 轮胎工业

1．9．2 其他应用

1．10 课题研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器设备

2．3 实验方案

2．4 实验流程

2．4．1 天然橡胶双硫化体系研究实验流程

2．4．2 白炭黑／PDMS复合材料研究流程

2．5 实验工艺

2．5．1 天然橡胶双硫化体系研究混炼工艺

2．5．2 天然橡胶双硫化体系研究硫化工艺

2．6 性能测试

2．6．1 门尼粘度

2．6．2 硫化特性

2．6．3 力学性能

2．6．4 交联密度

2．6．5 动态力学性能(RPA)

2．6．6 热氧老化性能

2．6．7 动态压缩生热性能

2．6．8 伸张疲劳性能

2．6．9 热失重性能(TGA)

2．6．10 动态力学性能(DMA)

2．6．11 傅里叶变换红外测试(FT-IR)

2．6．12 液相色谱仪测试(GPC)

2．6．13 扫描电镜测试(SEM)

2．6．14 透射电镜测试(TEM)

2．6．15 原子力显微镜测试(AFM)

第三章 天然橡胶的双硫化体系研究

3．1 硫黄／HVA-2并用硫化体系研究

3．1．1 HVA-2用量对NR胶料性能的影响

3．1．2 HVA-2用量对NR硫化胶动态性能的影响

3．1．3 HVA-2用量对硫化胶力学性能的影响

3．1．4 HVA-2含量对NR伸张疲劳性能的影响

3．1．5 HVA-2含量对NR交联密度的影响

3．2 硫黄／HVA-2／DCP并用硫化体系研究

3．2．1 不同硫化体系的NR胶料硫化性能

3．2．2 不同硫化体系对NR动态性能的影响

3．2．3 不同硫化体系对NR力学性能的影响

3．2．4 不同硫化体系对NR伸张疲劳性能的影响

3．2．5 不同硫化体系NR的交联密度

3．3 硫黄／不同过氧化物并用硫化体系研究

3．3．1 不同过氧化物NR胶料性能的影响

3．3．2 不同过氧化物体系对NR动态性能的影响

3．3．3 不同过氧化物对NR力学性能的影响

3．3．4 不同过氧化物对NR伸张疲劳性能的影响

3．3．5 不同过氧化物对NR动态压缩生热性能的影响

3．3．6 不同过氧化物对NR硫化胶热重性能的影响

3．4 硫黄／3M并用硫化体系研究

3．4．1 硫黄／3M对NR胶料性能的影响

3．4．2 不同硫化体系对NR动态性能的影响

3．4．3 不同硫化体系对NR力学性能的影响

3．4．4 不同硫化体系对NR伸张疲劳性能的影响

3．4．5 不同硫化体系对NR动态压缩生热性能的影响

3．4．6 不同硫化体系对NR动态热机械性能的影响

3．4．7 不同硫化体系NR的交联密度

3．5 天然橡胶硫化体系的优化研究

3．5．1 不同硫化体系对NR胶料性能的影响

3．5．2 不同硫化体系对NR动态性能的影响

3．5．3 不同硫化体系对NR力学性能的影响

3．5．4 不同硫化体系对NR伸张疲劳性能的影响

3．5．5 不同硫化体系NR的交联密度

3．5．6 不同硫化体系对NR动态热机械性能的影响

3．6 正交设计法研究不同助交联剂对天然橡胶性能的影响

3．6．1 不同试验方案的NR的硫化特性

3．6．2 不同试验方案对NR动态力学性能的影响

3．6．3 不同试验方案对NR力学性能的影响

3．6．4 不同试验方案对NR伸张疲劳性能的影响

3．6．5 不同试验方案的正交分析

3．7 小结

第四章 白炭黑／PDMS复合材料的制备与性能研究

4．1 白炭黑／PDMS复合材料的制备

4．2 白炭黑／PDMS复合材料的IR测试

4．3 白炭黑／PDMS复合材料的GPC测试

4．4 白炭黑／PDMS复合材料的TGA测试

4．5 白炭黑／PDMS复合材料的交联密度测试

4．6 白炭黑／PDMS复合材料的动态力学性能

4．6．1 温度扫描分析

4．6．2 应变扫描分析

4．7 白炭黑／PDMS复合材料的形貌分析

4．7．1 扫描电镜分析

4．7．2 透射电镜分析

4．7．3 原子力显微镜分析

4．8 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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