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纳米粒子在天然橡胶发泡中的应用研究

作　者: 孙思远
导　师: 彭宗林
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 发泡剂 纳米氧化锌 纳米碳酸钙 天然橡胶 发泡橡胶
分类号: TQ332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


氧化锌(ZnO)和碳酸钙(CaCO3)是天然橡胶(NR)发泡材料中常用的助剂和填充剂。纳米ZnO和纳米CaCO3具有较小的粒径和较大的比表面积,在橡胶材料中的应用受到越来越多的关注。本文将这些纳米粒子应用到NR的发泡体系中,并与传统的微米粒子相比较,讨论纳米粒子对NR发泡特性、硫化特性以及发泡体性能的影响。本文综合运用差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TGA)、红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和无转子硫化仪(MDR)等多种分析手段首先对各种ZnO粒子和CaCO3粒子进行了表征,然后系统地研究了无机粒子对于发泡剂AC热分解的影响,对天然胶硫化性能和发泡特性的影响。实验结果表明,粒径较小的纳米ZnO无论是在NR纯胶还是在NR混炼胶中,都能使发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)的分解峰值温度低于粒径较大的化学纯ZnO对AC的活化温度。在NR发泡胶料中,使用2phr纳米ZnO替代5phr普通ZnO,可以得到相同的硫化效果和更好的发泡剂活化效果,纳米ZnO在发泡胶料中的应用更具实用价值。通过对CaCO3的表征和其在NR胶料中的研究表明,重质、轻质和纳米CaCO3的中位粒径分别为14.9、5.9、2.1μm;纳米CaCO3表面含有4%的表面活性剂,其填充的NR硫化胶与其它两者相比具有最好的物理机械性能。将重质、轻质和纳米CaCO3分别填充NR进行模压发泡,在填胶量为满模时(跳模法),填充纳米CaCO3的NR发泡倍率最小且发泡体停留后收缩率最小；在填胶量为40%～75%时(充模法),填充纳米CaCO3的NR发泡倍率最大。这些现象都表明了纳米CaCO3使NR的模量增高,泡壁强度增大。CaCO3的种类对NR发泡体的泡孔结构影响较大,粒径最小的纳米CaCO3填充NR具有最均匀细致的泡孔结构,粒径最大的重质活性CaCO3次之,中粒径的轻质CaCO3泡孔结构最差。NR发泡材料的压缩性能曲线有两个阶段：线性弹性阶段和致密化阶段。填充纳米CaCO3的NR发泡体可以形成泡孔结构致密的发泡材料,其线性弹性阶段较窄,材料致密化应变出现较早。本论文将天然橡胶发泡材料中用到的无机粒子全部换成相应的粒径更小的纳米粒子,制备出了泡孔结构和性能更加优越的NR发泡材料。这些结果为纳米无机颗粒在橡胶发泡材料中应用提供了基础数据,具有实用意义。

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 橡胶工业 > 天然橡胶
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