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纳米粒子在天然橡胶发泡中的应用研究

2020-12-16阅读(641)

纳米粒子在天然橡胶发泡中的应用研究

论文摘要

氧化锌(ZnO)和碳酸钙(CaCO3)是天然橡胶(NR)发泡材料中常用的助剂和填充剂。纳米ZnO和纳米CaCO3具有较小的粒径和较大的比表面积,在橡胶材料中的应用受到越来越多的关注。本文将这些纳米粒子应用到NR的发泡体系中,并与传统的微米粒子相比较,讨论纳米粒子对NR发泡特性、硫化特性以及发泡体性能的影响。本文综合运用差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TGA)、红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和无转子硫化仪(MDR)等多种分析手段首先对各种ZnO粒子和CaCO3粒子进行了表征,然后系统地研究了无机粒子对于发泡剂AC热分解的影响,对天然胶硫化性能和发泡特性的影响。实验结果表明,粒径较小的纳米ZnO无论是在NR纯胶还是在NR混炼胶中,都能使发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)的分解峰值温度低于粒径较大的化学纯ZnO对AC的活化温度。在NR发泡胶料中,使用2phr纳米ZnO替代5phr普通ZnO,可以得到相同的硫化效果和更好的发泡剂活化效果,纳米ZnO在发泡胶料中的应用更具实用价值。通过对CaCO3的表征和其在NR胶料中的研究表明,重质、轻质和纳米CaCO3的中位粒径分别为14.9、5.9、2.1μm;纳米CaCO3表面含有4%的表面活性剂,其填充的NR硫化胶与其它两者相比具有最好的物理机械性能。将重质、轻质和纳米CaCO3分别填充NR进行模压发泡,在填胶量为满模时(跳模法),填充纳米CaCO3的NR发泡倍率最小且发泡体停留后收缩率最小；在填胶量为40%～75%时(充模法),填充纳米CaCO3的NR发泡倍率最大。这些现象都表明了纳米CaCO3使NR的模量增高,泡壁强度增大。CaCO3的种类对NR发泡体的泡孔结构影响较大,粒径最小的纳米CaCO3填充NR具有最均匀细致的泡孔结构,粒径最大的重质活性CaCO3次之,中粒径的轻质CaCO3泡孔结构最差。NR发泡材料的压缩性能曲线有两个阶段：线性弹性阶段和致密化阶段。填充纳米CaCO3的NR发泡体可以形成泡孔结构致密的发泡材料,其线性弹性阶段较窄,材料致密化应变出现较早。本论文将天然橡胶发泡材料中用到的无机粒子全部换成相应的粒径更小的纳米粒子,制备出了泡孔结构和性能更加优越的NR发泡材料。这些结果为纳米无机颗粒在橡胶发泡材料中应用提供了基础数据,具有实用意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 本文使用的缩写词及符号
  • 1 前言
  • 1.1 聚合物发泡材料概述
  • 1.1.1 发泡材料定义
  • 1.1.2 发泡材料的分类
  • 1.1.3 发泡成型基础理论
  • 1.2 发泡剂
  • 1.2.1 发泡剂分类
  • 1.2.2 发泡剂及其作用特性
  • 1.2.3 发泡剂的发气量和分解速度
  • 1.2.4 发泡体系与硫化的匹配
  • 1.2.5 助发泡剂的影响
  • 1.3 纳米粒子在橡胶发泡中的应用状况
  • 1.3.1 纳米ZnO在橡胶中的应用
  • 3在橡胶中的应用'>1.3.2 纳米CaCO3在橡胶中的应用
  • 1.3.3 蒙脱土在橡胶发泡中的应用状况
  • 1.3.4 其他几种纳米粒子在橡胶中的应用
  • 1.4 本论文的主要内容
  • 1.4.1 研究目的和意义
  • 1.4.2 主要研究内容
  • 2 实验部分
  • 2.1 原材料
  • 2.2 主要仪器和设备
  • 2.3 试样制备
  • 2.4 FTIR测试
  • 2.5 TGA测试
  • 2.6 DSC测试
  • 2.7 TEM测试
  • 2.8 力学性能测试
  • 2.9 硫化特性和发泡特性的测试
  • 2.10 密度测定
  • 2.11 硬度测定
  • 2.12 微镜观察
  • 2.13 压缩应力应变曲线测试
  • 3 结果与讨论
  • 3.1 ZnO的表征
  • 3.1.1 ZnO颗粒形态观察
  • 3.1.2 ZnO的FTIR分析
  • 3.2 纳米ZnO对发泡剂AC活化作用的研究
  • 3.2.1 纳米ZnO对发泡剂AC热分解的影响
  • 3.2.2 ZnO的用量对发泡剂AC热分解的影响
  • 3.2.3 硬脂酸对发泡剂AC的影响
  • 3.2.4 纳米ZnO对发泡剂OBSH的活化作用
  • 3.3 纳米ZnO对NR硫化特性的影响
  • 3.3.1 ZnO种类对NR硫化的影响
  • 3.3.2 ZnO用量对NR硫化的影响
  • 3.3.3 温度对NR硫化的影响
  • 3.3.4 发泡剂AC对NR硫化的影响
  • 3的表征'>3.4 各类CaCO3的表征
  • 3的粒径分布'>3.4.1 CaCO3的粒径分布
  • 3的颗粒形态观察'>3.4.2 CaCO3的颗粒形态观察
  • 3的FTIR分析'>3.4.3 CaCO3的FTIR分析
  • 3的TGA分析'>3.4.4 CaCO3的TGA分析
  • 3在NR发泡中的应用研究'>3.5 纳米CaCO3在NR发泡中的应用研究
  • 3对NR硫化的影响'>3.5.1 CaCO3对NR硫化的影响
  • 3对NR硫化胶力学性能的影响'>3.5.2 CaCO3对NR硫化胶力学性能的影响
  • 3填充NR发泡性能的影响'>3.5.3 填胶量对CaCO3填充NR发泡性能的影响
  • 3对NR发泡材料性能的影响'>3.5.4 CaCO3对NR发泡材料性能的影响
  • 3.6 NR发泡材料的压缩特性研究
  • 3对于NR发泡体压缩性能的影响'>3.6.1 纳米CaCO3对于NR发泡体压缩性能的影响
  • 3.6.2 硫化温度对于NR发泡体压缩性能的影响
  • 3.6.3 填胶量对于NR发泡体压缩性能的影响
  • 4 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录

    • 相关论文文献

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