新型遇水膨胀材料的制备与性能

论文摘要

本论文采用聚氨酯与树脂型丁腈橡胶互穿网络新型实验方案实现了对遇水膨胀橡胶的结构改性,改善了遇水膨胀橡胶在矿化度水中的膨胀性能,同时保留了较高的力学性能。论文的研究内容主要由以下四部分构成。第一部分制备了遇水膨胀型聚氨酯弹性体。研究聚乙二醇用量和聚乙二醇的种类对聚氨酯力学性能的影响,以及在不同矿化度水中的吸水膨胀性能的影响。结果表明:以高分子量的聚乙二醇制备的聚氨酯弹性体具有较高吸水膨胀倍率,聚四氢呋喃二醇与聚乙二醇的混用有效改善了遇水膨胀聚氨酯弹性体的力学性能,但降低了聚氨酯弹性体的吸水膨胀倍率,当PEG（4000）相对含量为83%时,综合性能最佳。矿化度对聚乙二醇型聚氨酯的吸水膨胀倍率影响较吸水树脂复合型型遇水膨胀橡胶要小得多,具有较好的耐盐性。第二部分加工了树脂型遇水膨胀丁腈橡胶。研究了吸水树脂用量、补强剂用量对橡胶膨胀性能和力学性能的影响,并研究了硫化时间、介质温度对吸水膨胀行为的影响。结果表明:吸水树脂用量的增加有利于提高橡胶膨胀性能,但降低力学性能;增加补强剂用量有利于提高力学性能和膨胀性能;硫化时间短吸水速度快,最大质量吸水率（△We）高;浸泡介质温度升高,在淡水及矿化度水中的△We均有所提高。树脂型遇水膨胀丁腈橡胶对矿化度较为敏感,矿化度升高,△We降低。第三部分加工出聚氨酯和丁腈橡胶互穿网络型遇水膨胀弹性体。主要开展了提高互穿网络型遇水膨胀材料膨胀性能的研究。考查了 PU用量对互穿网络型吸水膨胀橡胶的机械性能和吸水膨胀性能的影响。结果表明,随着PU含量的升高,橡胶的力学性能下降,吸水速率加快,质量吸水率先升高后降低,质量损失率降低,循环测试次数增加,最终膨胀倍率下降,质量损失率变小。150℃硫化的胶筒制品,在50℃矿化度1万的水中的△V为6.2。结果表明互穿网络型遇水膨胀橡胶具有较好的耐盐性。第四部分研究了金属离子封闭剂EDTA-2Na对遇水膨胀橡胶耐盐性的影响,探讨了 EDTA-2Na和吸水树脂（SAP）用量对吸水膨胀橡胶的机械性能和膨胀性能的影响。研究表明,随着PEG和MDI组合物含量升高,橡胶的物理机械性能下降,△We先升高后降低;随着EDTA-2Na或SAP含量升高,橡胶的机械性能下降,△We增大。结果表明加入金属离子封闭剂可以改善WSR的耐盐性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 遇水膨胀聚氨酯弹性体
• 1.3 遇水膨胀橡胶
• 1.3.1 遇水膨胀橡胶的制备方法
• 1.3.2 遇水膨胀橡胶分类
• 1.3.3 树脂型遇水膨胀橡胶
• 1.3.3.1 橡胶基体
• 1.3.3.2 高吸水树脂
• 1.3.3.3 树脂型遇水膨胀橡胶
• 1.3.4 互穿网络型遇水膨胀橡胶
• 1.4 传统遇水膨胀橡胶的特点
• 1.5 传统遇水膨胀橡胶应用中存在的问题
• 1.5.1 膨胀的方向性
• 1.5.2 膨胀倍率
• 1.5.3 膨胀速度
• 1.5.4 析出物
• 1.6 发展趋势
• 1.7 本论文研究内容
• 1.7.1 遇水膨胀聚氨酯的性能研究
• 1.7.2 树脂型遇水膨胀橡胶的性能研究
• 1.7.3 互穿网络型遇水膨胀橡胶的性能研究
• 1.7.4 新型膨胀材料的制备及性能研究
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 吸水膨胀聚氨酯的制备
• 2.3 遇水膨胀橡胶的加工
• 2.3.1 树脂型遇水膨胀橡胶的加工
• 2.3.2 互穿网络型遇水膨胀橡胶的加工
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 硫化特性
• 2.4.2 硬度
• 2.4.3 拉伸强度
• 2.4.4 撕裂强度
• 2.4.5 吸水性能测试
• 2.4.6 红外表征
• 2.4.7 热失重分析
• 2.4.8 动态粘弹
• 第三章 遇水膨胀聚氨酯弹性体的制备与膨胀行为研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 遇水膨胀弹性体的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 红外图谱分析
• 3.3.2 PEG相对含量对聚氨酯力学性能的影响
• 3.3.3 PEG的相对分子质量及配比对吸水膨胀率的影响
• 3.3.4 矿化度对聚氨酯吸水膨胀率的影响
• 3.3.5 硬段对聚氨酯吸水膨胀率的影响
• 3.3.6 扩链剂对聚氨酯吸水膨胀率的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 遇水膨胀丁腈橡胶力学性能与膨胀行为的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 炼胶工艺
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 吸水树脂用量对WSR性能影响
• 4.3.1.1 吸水树脂用量对WSR力学性能影响
• 4.3.1.2 吸水树脂用量对WSR膨胀性能影响
• 4.3.2 硫化时间对膨胀性能的影响
• 4.3.3 温度对吸水膨胀性能影响
• 4.3.4 白炭黑用量对WSR性能影响
• 4.3.4.1 白炭黑用量对WSR力学性能影响
• 4.3.4.2 白炭黑用量对WSR膨胀性能影响
• 4.3.5 PEG-6000型树脂用量对WSR性能的影响
• 4.3.5.1 PEG-6000用量对WSR力学性能的影响
• 4.3.5.2 PEG-6000用量对WSR膨胀性能的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 聚氨酯/丁腈互穿网络型吸水膨胀橡胶的性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 互穿网络型吸水膨胀橡胶的制备
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 电镜
• 5.3.2 TG
• 5.3.3 PU的相对含量对IPN-WSR性能的影响
• 5.3.3.1 PU的相对含量对IPN-WSR力学性能的影响
• 5.3.3.2 PU的相对含量对IPN-WSR膨胀性能的影响
• 5.3.3.3 PU的相对含量对IPN-WSR质量损失率的影响
• 5.3.4 循环测试次数对吸水膨胀性能的影响
• 5.3.5 硫化剂对IPN-WSR的性能影响
• 5.3.5.1 硫化剂对IPN-WSR的力学性能影响
• 5.3.5.2 硫化剂对IPN-WSR的膨胀性能影响
• 5.3.6 橡胶制品的吸水膨胀性能
• 5.3.7 150℃时IPN-WSR的性能
• 5.3.7.1 硫化时间对IPN-WSR力学性能的影响
• 5.3.7.2 硫化时间对IPN-WSR膨胀性能的影响
• 5.3.7.3 橡胶制品的吸水膨胀性能
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 新型膨胀材料的制备及性能研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验原料
• 6.2.2 试样制备
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 金属离子封闭剂改善矿化度水中的膨胀性能理论模型
• 6.3.2 EDTA-2Na含量对WSR性能的影响
• 6.3.2.1 EDTA-2Na含量对WSR力学性能的影响
• 6.3.2.2 EDTA-2Na含量对WSR膨胀性能的影响
• 6.3.3 SAP含量对WSR性能的影响
• 6.3.3.1 SAP含量对WSR力学性能的影响
• 6.3.3.2 SAP含量对WSR膨胀性能的影响
• 6.3.4 三元乙丙胶为基体的耐盐型WSR性能
• 6.3.4.1 硫化剂对三元乙丙耐盐WSR力学性能的影响
• 6.3.4.2 硫化剂对三元乙丙耐盐WSR膨胀性能的影响
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与或完成的课题