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天然橡胶高温力学性能的研究

作　者: 安鲁
导　师: 吴明生
学　校: 青岛科技大学
专　业: 材料工程
关键词: 天然橡胶拉伸强度撕裂强度温度性能保持率
分类号: TQ332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在实际生产中,天然橡胶制品在硫化脱模的过程中,经常会遇到由于高温下拉伸撕裂强度变低,而出现破损的现象,对生产造成困扰。并且轮胎中大量存在的热破坏现象以及耐高温橡胶制品的开发要求,表明对热超弹性材料的研究和研究热环境等非弹性因素对橡胶材料的影响的理论是非常必要的。本文主要研究了配方因素和工艺因素对天然橡胶硫化胶在不同测试温度下的拉伸、撕裂强度的影响,并分析了天然橡胶在高温下强度下降的机理。研究了硫化体系、硫黄用量、补强体系、防老体系等配方因素对天然橡胶硫化胶在不同测试温度下的拉伸、撕裂强度的影响。结果表明：在选用的硫化体系中,半有效硫黄硫化体系硫化的天然橡胶在各个测试温度下的拉伸、撕裂强度较其他硫化体系硫化胶料的高,并且随测试温度的升高,拉伸、撕裂强度保持率下降的趋势比较慢,过氧化物硫化体系硫化的天然橡胶虽然随测试温度升高,强度下降的趋势较慢,在高温下保持较高的性能保持率,但是其拉伸、撕裂强度的绝对值较低。在半有效硫化体系中,随硫黄用量增加,天然橡胶硫化胶的拉伸强度先增大后降低。撕裂强度逐渐降低。随测试温度的升高,硫黄用量不同的NR硫化胶的拉伸强度、撕裂强度均逐渐降低,且随硫黄用量增多,拉伸强度保持率下降,撕裂强度保持率在硫黄用量为2Phr时最高。用炭黑/白炭黑并用的补强体系来补强天然橡胶,随白炭黑用量的增多,各测试温度下,硫化胶拉伸强度均下降；随测试温度升高,各胶料的拉伸强度快速下降,且随白炭黑用量的增多,拉伸强度保持率下降幅度减小。随白炭黑用量增多,常温下硫化胶撕裂强度逐渐下降：温度高于50℃时,炭黑/白炭黑并用比为40/10时,撕裂强度最高；随温度升高,各硫化胶撕裂强度存下降趋势,炭黑/白炭黑并用比为30/20到20/30时,撕裂强度在150℃时的保持率最高。在选用的四种防老剂中,含有防老剂4020的天然橡胶硫化胶,其在各测试温度下的拉伸强度和撕裂强度都最高,含有防老剂RD的天然橡胶硫化胶,其在各个测试温度下的拉伸强度保持率和撕裂强度保持率最高。研究了硫化温度、生胶塑炼次数、炭黑混炼时间等工艺因素对天然橡胶硫化胶在不同测试温度下的拉伸、撕裂强度的影响。结果表明：在选定的硫化温度下,随硫化温度升高,各测试温度下,硫化胶拉伸强度、撕裂强度有下降的趋势。硫化温度为135℃和143℃时的天然橡胶硫化胶的拉伸强度、撕裂强度较高,但是撕裂强度保持率最低。在测试温度为25℃时,随着塑炼次数的增加,硫化胶拉伸强度、撕裂强度都是逐渐降低的；但随着测试温度的升高,塑炼次数少的天然橡胶硫化胶的拉伸强度保持率较高,塑炼次数多的天然橡胶硫化胶的撕裂强度保持率较高。炭黑混炼时间为2min的天然橡胶硫化胶的拉伸强度、撕裂强度在各个测试温度下是较高的,炭黑混炼时间为4min的天然橡胶硫化胶的拉伸强度保持率、撕裂强度保持率在各个测试温度下是较高的。通过天然橡胶高温下拉伸强度、撕裂强度下降的理论分析表明,高温下天然橡胶的拉伸强度、撕裂强度与配方、工艺均有关系,其性能下降的原因主要为分子链间相互作用力减小,交联密度下降以及分子链老化。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-12
第一章文献综述  12-27
  1.1 NR概况  12-13
    1.1.1 NR简介  12
    1.1.2 NR性质  12
      1.1.2.1 NR的物理特性  12
      1.1.2.2 NR的化学特性  12
    1.1.3 NR品种分类及质量标准  12-13
    1.1.4 NR主要用途  13
  1.2 硫化体系  13-17
    1.2.1 硫化的发展  13-14
    1.2.2 低温粉碎法橡胶硫化反应过程  14
    1.2.3 硫化曲线  14-15
    1.2.4 硫化参数  15
    1.2.5 硫化体系的分类  15-17
      1.2.5.1 硫磺硫化体系  15-16
      1.2.5.2 过氧化物硫化体系  16-17
    1.2.6 硫磺硫化NR的硫化胶结构  17
  1.3 交联密度  17-19
    1.3.1 交联密度的测定方法  17-19
      1.3.1.1 平衡溶胀法  17-18
      1.3.1.2 核磁共振法  18
      1.3.1.3 应力—应变法  18-19
  1.4 填料  19-20
    1.4.1 炭黑  19
    1.4.2 白炭黑  19
    1.4.3 橡胶补强机理  19-20
  1.5 防老体系  20-24
    1.5.1 橡胶老化的原因  20
    1.5.2 橡胶老化的防护  20-21
    1.5.3 橡胶的热氧老化  21-23
      1.5.3.1 热氧老化的机理  21-22
      1.5.3.2 热氧老化的影响因素  22
      1.5.3.3 热氧老化的防护  22-23
    1.5.4 橡胶的臭氧老化  23-24
      1.5.4.1 臭氧老化的机理  23-24
      1.5.4.2 臭氧老化的影响因素  24
      1.5.4.3 臭氧老化的防护  24
  1.6 混炼工艺  24-25
  1.7 研究进展  25-26
  1.8 选题的目的、意义及内容  26-27
第二章配方条件对NR高温力学性能的影响  27-56
  2.1 概述  27
  2.2 实验部分  27-29
    2.2.1 主要原材料和配方  27
    2.2.2 主要仪器与设备  27-28
    2.2.3 试样制备  28
    2.2.4 性能测试  28-29
  2.3 结果与讨论  29-54
    2.3.1 硫化体系对NR高温力学性能的影响  29-37
      2.3.1.1 胶料的硫化特性  29-30
      2.3.1.2 高温下胶料力学性能及性能保持率  30-35
      2.3.1.3 理论分析  35-37
    2.3.2 硫黄用量对NR高温力学性能的影响  37-42
      2.3.2.1 胶料的硫化特性  37-38
      2.3.2.2 高温下胶料力学性能及性能保持率  38-41
      2.3.2.3 理论分析  41-42
    2.3.3 填料对NR高温力学性能的影响  42-49
      2.3.3.1 胶料的硫化特性  42-43
      2.3.3.2 高温下胶料力学性能及性能保持率  43-47
      2.3.3.3 理论分析  47-49
    2.3.4 防护体系对NR高温力学性能的影响  49-54
      2.3.4.1 胶料的硫化特性  49-50
      2.3.4.2 高温下胶料力学性能及性能保持率  50-54
      2.3.4.3 理论分析  54
  2.4 本章小结  54-56
第三章工艺因素对NR高温力学性能的影响  56-76
  3.1 概述  56
  3.2 实验部分  56-58
    3.2.1 主要原材料和配方  56
    3.2.2 主要仪器与设备  56
    3.2.3 试样制备  56-57
    3.2.4 性能测试  57-58
  3.3 结果与讨论  58-75
    3.3.1 硫化温度对NR高温力学性能的影响  58-64
      3.3.1.1 胶料的硫化特性  58
      3.3.1.2 高温下胶料力学性能及性能保持率  58-62
      3.3.1.3 理论分析  62-64
    3.3.2 塑炼次数对NR高温力学性能的影响  64-69
      3.3.2.1 胶料的硫化特性和门尼粘度  64-65
      3.3.2.2 高温下胶料力学性能及性能保持率  65-69
      3.3.2.3 理论分析  69
    3.3.3 炭黑混炼时间对NR高温力学性能的影响  69-75
      3.3.3.1 不同混炼时间的排胶温度  69
      3.3.3.2 胶料的硫化特性  69-70
      3.3.3.3 高温下胶料力学性能及性能保持率  70-74
      3.3.3.4 理论分析  74-75
  3.4 本章小结  75-76
第四章 NR高温力学性能下降的机理分析  76-79
  4.1 温度对分子间相互作用力的影响  76
  4.2 温度对交联密度及交联键的影响  76-77
  4.3 温度对橡胶老化的影响  77-79
结论  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读学位期间发表的学术论文  84-86

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