轮胎硫化胶囊用丁基橡胶的硫化特性及耐热氧老化性能的研究

论文摘要

本文通过硫化特性测试（RPA）、物理机械性能测试（拉伸强度、撕裂强度等）、老化性能测试等多种测试方法和手段,系统的考察了影响丁基橡胶硫化特性及老化性能的各种因素,探讨了配方中各组分的用量对丁基橡胶硫化特性与老化性能的影响,运用正交设计的方法硫化胶囊的使用配方进行了优化。实验考察了IIR与XIIR并用的可行性,并在此基础上探讨了并用胶的硫化特性和物理机械性能。论文通过硫化动力学的方法,对丁基橡胶树脂硫化体系的硫化过程进行了分析,揭示了焦烧时间与转变点的关系。针对硫化胶囊在加工过程中焦烧时间短的问题,对配方中各组分进行了考察,运用正交设计的方法,最终针对焦烧时间优化出的最优配方,即IIR 100,CR 5,SP-1055 8,N330 50,ZnO 5,硬脂酸1,蓖麻油6,微晶蜡2,并对各组分对老化性能的影响进行了探讨。在丁基橡胶中使用各种防焦剂,发现MgO的防焦效果最好,但是其硫化时间增长,物理机械性能下降的非常明显;综合性能比较好的防焦剂是硫黄;其次是MgO/DM和DM;CTP对树脂硫化体系基本没什么影响。使用XIIR代替CR作为丁基橡胶硫化体系中的卤素活性剂,能够有效的提高丁基橡胶的焦烧时间,降低正硫化时间,对丁基橡胶的物理机械性能没有很大的影响,都在胶囊的使用范围内,其中效果最好的是CIIR,对其进行老化实验,200℃12h老化后,CIIR作为活性剂的硫化胶的各项性能的保持率最高,能够很好的替代CR。使用IIR/XIIR并用的方法,可以在一定程度上改善丁基橡胶的硫化特性和物理机械性能。在IIR/CIIR并用胶中,随着CIIR用量的增多,IIR的焦烧时间逐渐增大,正硫化时间逐渐变小,拉伸强度和撕裂强度有一定的增加,硬度基本没什么变化,扯断伸长率逐渐增加。在IIR/BIIR并用胶中,随着BIIR用量的增多,IIR焦烧时间开始变大,50份之后变化不大,正硫化时间开始降低很小,30份之后下降程度越来越明显,拉伸强度,撕裂强度和300%定伸应力都是不断升高的,而扯断伸长率则是不断降低的,硬度基本保持不变。以最优配方为基础,测定了185℃、190℃和195℃三个温度下的硫化曲线,对其进行了硫化动力学分析,发现树脂硫化体系中,第一段的反应级数是零级,第一段反应级数是二级,而第三段的反应级数没有规律,并且通过数据分析发现焦烧时间对应的时间点是曲线中的转折点A。通过对Arrhehius方程的分析,发现动力学方程和Arrhehius方程对于丁基橡胶树脂硫化体系的前两个阶段是适用的,对于第三段并不适用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 硫化胶囊生产发展的两个阶段
• 1.2.1 模压成型阶段
• 1.2.2 注射成型阶段
• 1.3 丁基橡胶及卤化丁基橡胶简介
• 1.3.1 丁基橡胶
• 1.3.2 氯化丁基橡胶
• 1.3.3 溴化丁基橡胶
• 1.4 各种配合体系简介
• 1.4.1 硫化体系
• 1.4.1.1 硫化机理
• 1.4.1.2 硫化体系特性
• 1.4.2 补强填充体系
• 1.4.3 增塑体系
• 1.4.4 防老体系
• 1.5 丁基橡胶与其他橡胶的共混
• 1.6 橡胶制品老化的研究概况
• 1.6.1 橡胶氧化老化
• 1.6.2 橡胶制品的老化性能变化
• 1.7 硫化动力学的研究方法
• 1.7.1 唯象理论方法
• 1.7.1.1 化学分析法
• 1.7.1.2 DSC 法
• 1.7.1.3 硫化仪法
• 1.7.2 动力学法
• 1.8 动力学法的研究进展
• 1.8.1 Coran A Y 关于硫化迟延动力学模型
• 1.8.2 Ding R 和Coran A Y 关于类SBR 橡胶硫化反应动力学模型
• 1.8.3 Ding 等关于NR 硫化过硫期返原动力学模型
• 1.8.4 龚蓬关于NR 硫化返原模型
• 1.8.5 Russel R 等提出的动力学模型
• 1.9 课题研究的背景、目的意义和主要思路
• 1.9.1 背景及目的意义
• 1.9.2 研究思路
• 第二章 硫化胶囊用丁基橡胶硫化特性的研究及配方优化
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原材料
• 2.2.2 主要使用仪器及设备
• 2.2.3 实验配方
• 2.2.4 混炼工艺
• 2.2.5 分析测试
• 2.2.5.1 硫化曲线的测定
• 2.2.5.2 常规力学性能的测定
• 2.2.6 轮胎硫化胶囊的行业标准
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硫化体系用量对丁基橡胶硫化特性和机械性能的影响
• 2.3.1.1 酚醛树脂SP-1045 和SP-1055 对混炼胶硫化过程的影响
• 2.3.1.2 酚醛树脂 SP-1055 用量对丁基橡胶硫化特性和机械性能的影响
• 2.3.1.3 氯丁橡胶用量对丁基橡胶硫化特性和机械性能的影响
• 2.3.1.4 氧化锌用量对丁基橡胶硫化特性的影响
• 2.3.1.5 氧化镁的用量对丁基橡胶硫化特性的影响
• 2.3.1.6 不同卤素活性剂对丁基胶硫化特性的影响
• 2.3.2 补强剂炭黑对丁基橡胶硫化特性和机械性能的影响
• 2.3.3 微晶蜡对丁基橡胶硫化特性和机械性能的影响
• 2.3.4 防焦剂的使用对丁基橡胶硫化特性和机械性能的影响
• 2.3.5 实验配方的正交优化
• 2.3.5.1 实验指标、因素及水平
• 2.3.5.2 实验方案及结果分析
• 2.3.5.3 正交设计的验证实验
• 2.4 本章小结
• 第三章 丁基橡胶树脂硫化体系的硫化动力学分析
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原材料的准备
• 3.2.2 主要使用仪器及设备
• 3.2.3 实验配方
• 3.2.4 混炼工艺
• 3.2.5 分析测试
• 3.2.5.1 硫化曲线的测定
• 3.2.5.2 常规力学性能的测定
• 3.2.6 轮胎硫化胶囊的行业标准
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硫化各阶段硫化动力学方程的确定
• 3.3.2 硫化反应转变点规律的分析
• 3.3.3 硫化速度与温度的关系
• 3.3.4 丁基橡胶硫化动力学分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 IIR/XIIR 并用橡胶硫化体系的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料的准备
• 4.2.2 主要使用仪器及设备
• 4.2.3 实验配方
• 4.2.4 混炼工艺
• 4.2.5 分析测试
• 4.2.5.1 硫化特性的测定
• 4.2.5.2 常规力学性能的测定
• 4.2.6 轮胎硫化胶囊的行业标准
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 IIR/XIIR 的硫化特性研究
• 4.3.2 IIR/CIIR 的硫化特性和机械性能的研究
• 4.3.3 IIR/BIIR 并用胶的硫化特性及机械性能的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 丁基橡胶热氧老化性能的研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原材料的准备
• 5.2.2 主要使用仪器及设备
• 5.2.3 实验配方
• 5.2.4 混炼工艺
• 5.2.5 分析测试
• 5.2.5.1 老化特性的测定
• 5.2.5.2 常规力学性能的测定
• 5.2.6 轮胎硫化胶囊的行业标准
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同种类的酚醛树脂对硫化胶热氧老化性能的影响
• 5.3.2 SP-1055 用量对IIR 耐热氧老化性能的影响
• 5.3.3 不同氯丁橡胶用量对丁基橡胶热氧老化性能的影响
• 5.3.4 不同氧化锌用量对丁基橡胶热氧老化性能的影响
• 5.3.5 卤素活性剂对IIR 耐热氧老化性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
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