高性能氯磺化聚乙烯（CSM）橡胶复合材料的研究

论文摘要

氯磺化聚乙烯（CSM）主要是以聚乙烯为原料,经过氯化和氯磺化而制得的高饱和链结构的弹性体材料。它是一种具有高性能的特种橡胶,耐气候、耐老化、耐燃、耐化学介质以及机械性能和电绝缘性等性能优异,因而用途广泛。但是由于其是带有极性侧基的饱和橡胶,低温性能较差,而且永久变形大,动态性能不稳定等限制了应用,因此研究制备综合性能优异的CSM复合材料对拓展其应用领域是非常有意义的。本课题研究了CSM的增塑体系、阻燃体系、硫化体系、短纤维增强体系以及探索了稀土氧化物对CSM性能的影响,主要结果如下所述：（1）增塑剂TOTM相对于增塑剂DOP、TP-95和TP-90B最适合于CSM,既能降低胶料玻璃化温度和脆性温度来提高其低温使用性能,又不对力学性能产生大的影响,同时其不易挥发和迁移,复合材料的耐老化性能也得到了保障。TOTM用量增加,材料的低温性能越好,老化性能也有提高,不过对阻燃性能和力学性能稍有影响。（2）纳米Mg（OH）2可以作为阻燃剂,一方面对CSM胶料有抑烟阻燃的作用,另一方面作为纳米级的填料,由于纳米增强的作用,能够有效的提高CSM胶料的力学性能,具有双重的作用。如果要达到高阻燃性,纳米Mg（OH）2的填充量要达到100phr以上,胶料的断裂伸长率会下降、硬度会变很大,低温性能也会变差,因而我们利用了CSM基体中含有氯元素,向CSM中添加Sb203,起到协同阻燃的作用,大大的提高了阻燃性能,同时胶料其他性能基本不产生影响。因此纳米Mg（OH）2和Sb203并用能达到最佳的效果。（3）CSM的硫化体系很多,采用双2,5硫化体系和HVA-2硫化体系的胶料综合性能最好,其中前者的耐老化性好于后者,而后者的定伸模量要好于前者。采用150℃二段硫化后胶料的性能要比一段硫化的性能好,其中双2,5硫化体系最佳硫化温度为170℃而HVA-2硫化体系最佳硫化温度为160℃,并根据不同的配方也有最佳的硫化时间。（4）短纤维能够对CSM胶料进行补强,添加少量就有明显的效果,当短纤维为3份时,胶料的定伸模量就增加了100%-300%。不同的短纤维类型对硫化胶性能影响的程度不一样,芳纶纤维和尼龙纤维的增强效果要好于聚酯纤维和芳纶浆粕；对于耐热空气老化性能而言,聚酯纤维和尼龙66纤维较好,而芳纶纤维和芳纶浆粕稍差；尼龙66纤维对脆性温度的影响最小,其次是聚酯纤维,而芳纶纤维和芳纶浆粕影响较大；从整体上看,尼龙66的综合性能最好。（5）稀土氧化物对CSM硫化胶的性能也有一定的影响,能够稍微提高硫化胶的基本力学性能、热稳定性和耐热空气老化性,同时稀土还能够降低CSM的脆性温度。Gd203的效果要比Sm203好,随着Gd203用量的增加,力学性能、热稳定性能和耐热空气老化性能都有缓慢提高的趋势,而脆性温度明显降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 CSM的分子结构和性能
• 1.1.1 CSM的分子结构
• 1.1.2 氯和硫的含量对CSM性能的影响
• 1.1.3 结晶度与CSM性能的关系
• 1.1.4 CSM的特性
• 1.2 CSM的交联
• 1.2.1 CSM的交联机理
• 1.2.2 CSM的硫化体系
• 1.3 橡胶增塑简介
• 1.3.1 橡胶的增塑作用机理
• 1.3.2 增塑剂及其分类
• 1.3.3 耐寒型增塑剂简介
• 1.4 橡胶阻燃简介
• 1.4.1 橡胶的燃烧
• 1.4.2 含卤橡胶的燃烧
• 1.4.3 橡胶的阻燃作用机理
• 1.4.4 橡胶的阻燃体系
• 1.4.5 阻燃性能的表征方法
• 1.5 橡胶短纤维增强简介
• 1.5.1 短纤维的定义及特点
• 1.5.2 短纤维补强机理
• 1.5.3 短纤维在橡胶中的应用
• 1.6 稀土在橡胶中的应用简介
• 1.6.1 稀土元素
• 1.6.2 稀土对橡胶性能的影响
• 1.7 本论文选题的目的和意义
• 1.8 本论文的研究内容及创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原材料及其配方
• 2.1.1 实验原材料
• 2.1.2 实验配方
• 2.2 实验设备与测试仪器
• 2.3 试样制备
• 2.3.1 CSM增塑体系研究的样品制备
• 2.3.2 CSM阻燃体系研究的样品制备
• 2.3.3 CSM硫化体系研究的样品制备
• 2.3.4 CSM短纤维增强体系研究的样品制备
• 2.3.5 添加稀土氧化物体系的CSM样品制备
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 硫化特性测试
• 2.4.2 橡胶加工分析仪（RPA）
• 2.4.3 基本力学性能测试
• 2.4.4 耐热空气老化性能测试
• 2.4.5 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.6 动态力学性能测试
• 2.4.7 热失重分析（TGA）
• 2.4.8 低温脆性测试
• 2.4.9 阻燃性能测试
• 2.4.10 交联密度测试
• 2.4.11 差示扫描量热分析（DSC）
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 CSM增塑体系的研究
• 3.1.1 不同增塑剂对CSM性能的影响
• 3.1.2 增塑剂TOTM不同用量对CSM性能的影响
• 3.2 CSM阻燃体系的研究
• 2不同用量对CSM性能的影响'>3.2.1 纳米Mg（OH）₂不同用量对CSM性能的影响
• 2O₃不同用量对CSM性能的影响'>3.2.2 Sb₂O₃不同用量对CSM性能的影响
• 3.3 CSM硫化体系的研究
• 3.3.1 不同类型硫化体系对CSM性能的影响
• 3.3.2 双2,5硫化体系对CSM性能的影响
• 3.3.3 HVA-2硫化体系对CSM性能的影响
• 3.4 CSM短纤维增强体系的研究
• 3.4.1 尼龙66短纤维对CSM性能的影响
• 3.4.2 聚酯短纤维对CSM性能的影响
• 3.4.3 芳纶短纤维对CSM性能的影响
• 3.4.4 芳纶浆粕对CSM性能的影响
• 3.4.5 不同类型短纤维对CSM性能影响的相互比较
• 3.5 稀土氧化物在CSM中应用的初步探索
• 3.5.1 等量稀土氧化物替代氧化镁对CSM性能的影响
• 3.5.2 氧化钆不同用量对CSM性能的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 附件