炭黑、白炭黑与橡胶的相互作用及其对橡胶性能的影响

论文摘要

本论文研究了填充硫化胶中炭黑与橡胶化学交联网络的相互作用、炭黑和白炭黑与橡胶间的相互作用以及这些相互作用对混炼胶的加工性能、硫化胶的使用性能的影响。研究结果表明:橡胶的硫化和炭黑的补强作用有明显的协同作用。炭黑填充的NR硫化胶,由于硫化过程中填料聚集体的重新凝聚及化学交联网络的弹性回复作用,强化了炭黑聚集体网络结构在受到外力破坏作用后的重新生成,使Payne效应更明显。不同交联密度的炭黑填充NR的硫化扭矩分析表明,硫化过程扭矩差与炭黑填充分数有很好的线性关系;炭黑填充及未填充硫化胶的平衡溶胀实验、核磁共振交联密度分析都表明,炭黑对天然橡胶的化学交联没有影响。在配方相同时,采用先加小料后加炭黑的加料顺序,混炼过程耗能最低,混炼胶加工性能较好,硫化胶的综合物理机械性能较好。白炭黑强的极性使其在较小用量时就能形成填料网络,且填料网络相互作用较炭黑网络强。硫化过程中硅烷偶联剂与白炭黑和橡胶间的化学反应改变了白炭黑与橡胶的作用方式,使其动态损耗降低;与炭黑相比,硅烷偶联剂作用下白炭黑与橡胶间产生的化学结合会降低白炭黑粒子在动态变形条件下团聚的程度。促进剂DPG的用量与白炭黑的比表面积有关,比表面积大的白炭黑,DPG用量应高。对1115MP,DPG用量为1.5份时较好。即使没有硫黄,偶联剂Si-69也能在促进剂的存在下与橡胶发生部分交联,为保证加工的安全性,建议混炼时晚加促进剂;偶联剂NXT不能发生这样的反应,因此其加工安全性比Si-69好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 炭黑和白炭黑的基本性质及对橡胶的补强
• 1.2.1 炭黑的基本性质
• 1.2.2 炭黑的补强机理
• 1.2.2.1 容积效应理论
• 1.2.2.2 大分子链滑动学说
• 1.2.2.3 橡胶链的有限伸长学说
• 1.2.2.4 双壳层理论
• 1.2.3 白炭黑的基本性质
• 1.2.3.1 白炭黑的表面基团
• 1.2.3.2 白炭黑表面的吸附作用
• 1.2.3.3 白炭黑的补强机理
• 1.3 炭黑和白炭黑与橡胶的相互作用
• 1.3.1 填料与橡胶间的相互作用
• 1.3.2 填料的网络化
• 1.3.3 填料网络化作用对填充橡胶滞后的影响
• 1.3.4 改善填料与橡胶间的相互作用
• 1.3.4.1 改善炭黑与橡胶之间的相互作用
• 1.3.4.2 改善白炭黑与橡胶间的相互作用
• 1.4 课题的研究意义
• 第二章 炭黑补强与硫化的相互作用研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原材料
• 2.2.2 主要设备及仪器
• 2.2.3 试样制备
• 2.2.4 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硫化对炭黑补强的影响
• 2.3.1.1 炭黑对NR 硫化特性的影响
• 2.3.1.2 炭黑用量与NR 混炼胶的动态应变扫描
• 2.3.1.3 炭黑用量与NR 硫化胶的动态应变扫描
• 2.3.2 炭黑对天然橡胶化学交联的影响
• 2.3.2.1 炭黑填充对NR 化学交联影响的扭矩分析
• 2.3.2.2 炭黑填充对NR 化学交联影响的溶胀法分析
• 2.3.2.3 炭黑填充对NR 化学交联影响的核磁共振交联密度分析.
• 2.4 本章小结
• 第三章 加料顺序对炭黑/NR 相互作用及性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原材料
• 3.2.2 主要设备及仪器
• 3.2.3 试样制备
• 3.2.4 测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 加料顺序对 NR 混炼特性的影响
• 3.3.2 加料顺序对交联密度的影响
• 3.3.3 加料顺序对天然橡胶混炼胶与硫化胶动态性能的影响
• 3.3.4 加料顺序对天然橡胶硫化胶物理机械性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 炭黑、白炭黑与 NR 相互作用的对比研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要原材料
• 4.2.2 主要设备及仪器
• 4.2.3 试样制备
• 4.2.4 测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 炭黑和白炭黑用量对混炼胶加工性能的影响
• 4.3.2 炭黑和白炭黑对NR 交联密度的影响
• 4.3.3 炭黑和白炭黑用量对动态性能的影响
• 4.3.4 炭黑和白炭黑对NR 物理机械性能的影响
• 4.3.5 动态疲劳对炭黑和白炭黑在NR 中分散状态的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 炭黑性质对 NR 性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要原材料
• 5.2.2 主要设备及仪器
• 5.2.3 试样制备
• 5.2.4 测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 炭黑粒径的影响
• 5.3.2 炭黑结构度的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 白炭黑与 SBR 相互作用及其对性能的影响
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 主要原材料
• 6.2.2 主要设备及仪器
• 6.2.3 试样制备
• 6.2.4 测试方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 偶联剂种类对白炭黑填充SBR 的影响
• 6.3.2 硫化配合对Si-69 偶联白炭黑补强SBR 的影响
• 6.3.3 硫化配合对NXT 偶联白炭黑补强SBR 的影响
• 6.3.4 硫化活化剂DPG 对白炭黑补强SBR 性能的影响
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录