高性能密封材料的配方设计及其结构性能研究

论文摘要

本文研究了高模量,高强度,低压缩永久变形,耐高温、耐溶剂密封材料的配方、硫化工艺及其结构与性能的关系,获得基本达到项目要求指标的材料配方及加工工艺。本文研究内容如下：首先筛选了基胶的品种。通过对五种HNBR生胶及其硫化胶综合性能的研究,选择了2010L和3446两种橡胶作为密封材料的基胶；通过研究两种过氧化物硫化剂,即2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）己烷（双2,5）和过氧化二异丙苯（DCP）用量对HNBR性能影响表明,当DCP与双2,5产生的摩尔过氧化自由基相同时,DCP的硫化效率高,硫化HNBR胶料的物理机械性能优良,压缩永久变形小,继而确定DCP作为硫化剂,其最佳用量为5phr；不同硫化条件对HNBR胶料性能的影响表明,延长一段硫化时间对提高HNBR胶料性能影响不大,采用二段硫化工艺可以明显提高HNBR胶料的力学性能,减小热氧老化前后性能的变化率,降低胶料的压缩永久变形,因此,确定了最佳的硫化工艺条件为一段硫化时间：t90+30min,二段硫化时间：9h;ZDMA、SiO2与N550分别填充HNBR胶料的加工流变性能、物理机械性能、动态力学性能及微观形态结构与性能的结果表明,三种填料填充HNBR胶料均属非牛顿流体,填充ZDMA的混炼胶具有较高的流动性,硫化胶强度较高,耐老化性能较好,但是压缩永久变形变大。填充N550炭黑的HNBR胶料具有低的强度和扯断伸长率,并具有优异的低压缩永久变形性能；ZDMA/SiO2,ZDMA/N550,N550/SiO2以不同并用比填充HNBR胶料的综合性能表明,选用ZDMA/N550体系填充HNBR可使其获得高强度,高伸长,高模量,低压缩永久变形,优异的耐热氧老化性能；通过对不同品种的炭黑与ZDMA并用填充HNBR性能研究表明,随着炭黑粒子增大,补强性能下降,压缩永久变形减小,但硫化胶的扯断伸长率偏低。填充HNBR胶料的形态观察表明,聚甲基丙烯酸钠（P-ZDMA）纳米粒子在HNBR混炼胶中呈微米分散相,对HNBR具有较高的补强性,这也是甲基丙烯酸盐增强橡胶的机理所在。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 橡胶的补强
• 1.1.1 炭黑增强理论
• 1.1.2 白炭黑增强理论
• 1.1.3 不饱和羧酸盐增强理论
• 1.1.3.1 不饱和羧酸盐制备
• 1.1.3.2 不饱和羧酸盐用作交联剂
• 1.1.3.3 不饱和羧酸盐用作补强剂
• 1.2 氢化丁腈橡胶共混材料的制备、结构和性能
• 1.2.1 氢化丁腈的结构特点
• 1.2.2 氢化丁腈的配合加工特点
• 1.2.2.1 硫化体系
• 1.2.2.2 补强体系
• 1.2.2.3 防护体系
• 1.2.3 氢化丁腈橡胶的性能特点
• 1.3 不饱和羧酸盐在橡胶中应用研究
• 1.3.1 不饱和羧酸盐增强橡胶的力学性能及其影响因素
• 1.3.2 不饱和羧酸盐增强橡胶机理的研究
• 1.3.3 不饱和羧酸盐在橡胶基体中聚合行为的研究
• 1.3.4 不饱和羧酸盐在橡胶中聚合形成橡胶纳米复合材料
• 1.4 本课题研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 原材料和基本配方
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 基本配方
• 2.1.2.1 不同HNBR纯胶体系配方
• 2.1.2.2 HNBR胶料硫化体系研究
• 2.1.2.3 填充补强体系研究配方
• 2.2 试验仪器设备
• 2.3 实验方法及工艺路线
• 2.3.1 氢化丁腈胶料的混炼工艺
• 2.3.2 氢化丁腈胶料的硫化工艺
• 2.4 性能测试及数据处理
• 2.4.1 混炼胶的加工性能测试
• 2.4.1.1 硫化性能
• 2.4.1.2 门尼粘度
• 2.4.1.3 流变性能
• 2.4.2 硫化胶的静态力学性能测试
• 2.4.3 压缩永久变形性能测试
• 2.4.4 动态力学性能的测试
• 2.4.5 表观交联密度的测试
• 2.4.6 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4.7 扫描电子显微镜（SEM）
• 第三章 结果与讨论部分
• 3.1 五种HNBR胶料的性能研究
• 3.1.1 门尼粘度
• 3.1.2 五种HNBR的差热分析
• 3.1.3 硫化性能
• 3.1.4 物机性能及老化性能
• 3.1.5 耐油老化性能
• 3.1.6 压缩永久变形性能及交联密度
• 3.1.7 小结
• 3.2 硫化剂的品种及用量对HNBR胶料性能的影响
• 3.2.1 硫化剂的品种对HNBR胶料性能影响
• 2填充HNBR胶料性能影响'>3.2.1.1 双2,5硫化剂对ZDMA/SiO₂填充HNBR胶料性能影响
• 3.2.1.1.1 硫化性能、物机性能及老化性能
• 3.2.1.1.2 耐溶剂性能
• 3.2.1.1.3 动态力学性能
• 3.2.1.1.4 压缩永久变形性能
• 3.2.1.2 DCP硫化剂对HNBR胶料性能影响
• 3.2.1.2.1 物机性能及老化性能
• 3.2.1.2.2 动态力学性能
• 3.2.1.2.3 压缩永久变形性能
• 3.2.1.2.4 DCP硫化HNBR胶料形态分析
• 3.2.1.3 双2,5和DCP硫化HNBR胶料的性能比较
• 3.2.1.3.1 物机性能比较
• 3.2.1.3.2 硫化剂硫化效率比较
• 3.2.2 小结
• 3.3 硫化工艺条件对HNBR胶料性能影响
• 3.3.1 延长硫化时间对HNBR胶料性能的影响
• 3.3.1.1 物机性能及老化性能
• 3.3.1.2 压缩永久变形性能
• 3.3.1.3 硫化胶形态分析
• 3.3.2 不同二段硫化时间对HNBR胶料性能的影响
• 3.3.2.1 物机性能及老化性能
• 3.3.2.2 压缩永久变形性能
• 3.3.2.3 硫化胶形态分析
• 3.3.3 小结
• 3.4 HNBR胶料填充补强体系的研究
• 3.4.1 填料粒子结构分析
• 3.4.2 单组分填料填充HNBR胶料性能的研究
• 3.4.2.1 填充HNBR胶料的流动性
• 3.4.2.2 填充HNBR胶料的硫化性能
• 3.4.2.3 填充HNBR胶料的力学及老化性能
• 3.4.2.4 填充HNBR胶料动态力学性能
• 3.4.2.5 填充HNBR胶料的压缩永久变形及交联密度
• 3.4.2.6 填充HNBR胶料的填料形态表征
• 3.4.3 填料并用对HNBR胶料性能的影响
• 2并用对HNBR胶料性能影响'>3.4.3.1 ZDMA/SiO₂并用对HNBR胶料性能影响
• 3.4.3.2 ZDMA/N550并用填充对HNBR胶料性能影响
• 2并用填充对HNBR胶料性能影响'>3.4.3.3 N550/SiO₂并用填充对HNBR胶料性能影响
• 3.4.3.4 三种填料并用填充HNBR压缩永久变形及交联密度
• 3.4.3.5 ZDMA/N550并用填充HNBR胶料的填料形态表征
• 3.4.4 小结
• 3.5 DCP硫化N550/ZDMA填料填充的HNBR的性能
• 3.5.1 硫化性能
• 3.5.2 力学及老化性能
• 3.5.3 耐溶剂性能
• 3.5.4 动态力学性能
• 3.5.5 压缩永久变形性能
• 3.5.6 DCP硫化N550/ZDMA填充HNBR胶料形态分析
• 3.5.7 小结
• 3.6 四种炭黑分别与ZDMA并用填充HNBR胶料的性能
• 3.6.1 硫化性能
• 3.6.2 力学及老化性能
• 3.6.3 动态力学性能
• 3.6.4 压缩永久变形及表观交联密度
• 3.6.5 小结
• 3.7 纳米分散结构及纳米增强机理
• 3.7.1 ZDMA原位聚合增强HNBR纳米复合材料的微观结构
• 3.7.1.1 反应过程
• 3.7.1.2 纳米分散结构的微结构
• 3.7.1.3 纳米粒子在HNBR分散结构
• 3.7.2 ZDMA原位聚合增强HNBR纳米复合材料的增强机理
• 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
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书