低门尼NBR配合体系的优化与性能研究

论文摘要

丁腈橡胶（NBR）,作为七大通用合成橡胶之一,已广泛应用于密封制品中,但由于丙烯腈刚性链段的存在,给加工成型造成困难。低门尼NBR.的研制提高了其加工性能,但是限制了低门尼NBR在高温、高动态条件下的应用。本课题为改善低门尼NBR强度、耐高温以及动态性能,优化了低门尼NBR的硫化体系,考察了树脂、有机改性蒙脱土OMMT、HNBR在低门尼NBR中的应用,以及树脂、甲基丙烯酸镁对低门尼N B R与金属粘合性能的影响,系统研究了树脂/OMMT/LXNBR纳米复合材料的制备、结构性能及应用。实验结果简述如下:（ 1 ）硫化体系的优化。研究表明半有效硫黄硫化体系有较短的正硫化时间、安全的加工时间,硫黄/促进剂质量比为1/1,用量为1.41.8份时胶料有优异的物理机械性能和老化性能。（2）低门尼NBR共混改性发现:等量的树脂与DOP具有相当的增塑效果,树脂增塑时硫化胶的强度保持效果更佳,在一定用量下,随着树脂的增加亦有延迟硫化的作用。S-105/7530E/G-25质量比为3/8/6时,在保证增塑效果的同时具有最佳的综合性能:低门尼NBR/HNBR质量比90/10时,共混胶老化性能优于低门尼NBR,在成本与物理机械性能上保持平衡。（3）OMMT与N550在低门尼。NBR中有相近的补强效果,考察了OMMT用量对低门尼NBR物理机械性能和加工性能的影响,通过实验优化,OMMT为20质量份时低门尼NBR有最佳的综合性能。（4）对低门尼NBR与金属粘合性能进行了研究,Mg（MAA）2的加入对粘合强度和物理机械性能的提高较明显,且用量为ll份时最佳,硫化过程发现双焦烧期现象,说明Mg（MAA）2在无过氧化物条件下即可引发;D-RS、S-105和SPl068树脂的增粘效果明显,当SPl068用量约为6.2份时具有较好的粘合和物理机械性能。（5）首次采用溶液一熔融复合插层法制备树脂/OMMT/LXNBR纳米复合材料。通过实验优化,确定了最佳制备工艺,在80℃下以100r/min搅拌3小时进行溶液插层,130℃下以150r/min搅拌4小时进行熔融插层。对复合材料微观结构进行X-RD、SM、偏光显微镜表征,清晰地显示出树脂对蒙脱土的插层效果较好,蒙脱土以剥离和插层形态存在,层间距己接近5nm,结合对力学和加工性能的考察,确定OMMT/树脂最佳配比为20/35。（6）通过物理机械性能、DMTS动态性能和RPA2000加工性能的对比考察,与炭黑补强橡胶相比,树脂/OMMT/LXNBR纳米复合材料补强硫化胶的大部分性能己经超过或持平相同质量份数高耐磨炭黑补强低门尼NBR的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 绪论
• 1.1 课题简介
• 1.2 课题有关研究领域的历史、现状和前沿发展情况
• 1.2.1 丁腈橡胶的结构与性能
• 1.2.1.1 丁腈橡胶的结构
• 1.2.1.2 NBR 基本性能
• 1.2.1.3 丙烯腈的含量对性能的影响
• 1.2.2 橡胶纳米复合材料
• 1.2.2.1 炭黑和白碳黑/橡胶纳米复合材料
• 1.2.2.2 原位二氧化硅/橡胶纳米复合材料
• 1.2.2.3 丙烯酸金属盐/橡胶纳米复合材料
• 1.2.3 树脂/橡胶复合材料
• 1.2.3.1 树脂补强机理
• 1.2.3.2 传统树脂类型
• 1.2.3.3 补强树脂加工工艺
• 1.2.4 蒙脱土的结构与性质及应用情况
• 1.2.5 酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料
• 1.2.6 橡胶配方的设计方法与优化
• 1.3 课题研究的目的及主要内容
• 1.3.1 课题研究的背景及意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第二章 低门尼NBR 配合体系的优化
• 2.1 实验准备
• 2.1.1 主要原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.1.3 试样制备
• 2.1.3.1 力学性能试样制备
• 2.1.3.2 DSC 试样制备
• 2.1.3.3 RPA2000 试样制备
• 2.1.4 性能测试
• 2.2 不同硫化体系对低门尼丁腈胶性能的影响
• 2.2.1 实验安排
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 不同硫化体系对硫化特性的影响
• 2.2.2.2 不同硫化体系对NBR 力学性能及老化性能的影响
• 2.2.2.3 半有效硫黄硫化体系硫化剂用量的确定
• 2.3 树脂在丁腈胶中的应用
• 2.3.1 实验安排与测试结果
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.2.1 树脂和DOP 对NBR 门尼粘度的影响
• 2.3.2.2 不同树脂对NBR 物理机械性能的影响
• 2.3.2.3 不同树脂及用量对NBR 硫化性能的影响
• 2.3.2.4 不同树脂及用量对NBR 耐老化性能的影响
• 2.4 有机改性蒙脱土对 NBR 性能的影响
• 2.4.1 实验安排
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.4.2.1 不同用量的蒙脱土、炭黑对NBR 性能对照
• 2.4.2.2 蒙脱土用量对NBR 混炼胶加工性能的影响
• 2.5 NBR/HNBR 共混胶性能的研究
• 2.5.1 实验安排及测试结果
• 2.5.2 结果与讨论
• 2.5.2.1 HNBR 用量对硫化特性及力学性能的影响
• 2.5.2.2 HNBR 用量对硫化胶抗切口增长性能的影响
• 2.5.2.3 HNBR 的用量对热氧老化性能的影响
• 2.5.2.4 HNBR/NBR 共混胶热性能分析
• 2.6 反式异戊橡胶在 NBR 中的应用
• 2.6.1 基本配方与实验安排
• 2.6.2 结果与讨论
• 2.6.2.1 TPI/NBR 共混胶物理机械性能
• 2.6.2.2 TPI 和NBR 相容性分析
• 2.6.2.3 TPI/NBR 共混胶热分析
• 2.6.2.4 TPI/NBR、PVC/NBR 动态性能的比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 NBR 硫化胶与金属粘合性能的改善
• 3.1 实验准备
• 3.1.1 主要原料
• 3.1.2 实验设备
• 3.1.3 试样制备
• 3.1.3.1 力学性能试样的制备
• 3.1.3.2 橡胶－金属剥离试验试样的制备
• 3.1.4 性能测试
• 3.2 甲基丙烯酸镁对 NBR 与金属粘合的影响
• 3.2.1 配方安排
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 不同用量甲基丙烯酸镁基本物理性能比较
• 3.2.2.2 Mg（MAA）2 的用量对硫化特性的影响
• 3.2.2.3 不同用量甲基丙烯酸镁剥离强度的比较
• 3.2.2.4 Mg（MAA）2 的用量对热氧老化性能的影响
• 3.3 增粘树脂对 NBR 与金属粘合性能的影响
• 3.3.1 实验安排
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.2.1 三种树脂基本性能和剥离强度比较
• 3.3.2.2 树脂/NBR 混炼胶SEM 分析
• 3.3.2.3 剥离过渡层分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 蒙脱土/树脂/丁腈橡胶复合材料的研究与应用
• 4.1 有机改性蒙脱土插层制备理论分析
• 4.2 树脂牵引 LXNBR 导入蒙脱土的模型
• 4.3 实验准备
• 4.3.1 主要原料
• 4.3.2 实验设备
• 4.3.3 试样制备
• 4.3.3.1 力学性能试样的制备
• 4.3.3.2 偏光显微镜测试试样的制备
• 4.3.3.3 树脂/蒙脱土纳米插层复合材料的制备
• 4.3.4 性能测试
• 4.4 蒙脱土/树脂复合材料的结构分析
• 4.4.1 蒙脱土/树脂复合材料X 射线衍射分析
• 4.4.1.1 溶液法阶段蒙脱土/树脂复合材料X 射线衍射分析
• 4.4.1.2 熔融法蒙脱土/树脂复合材料X 射线衍射分析
• 4.4.2 蒙脱土/树脂复合材料微观结构分析
• 4.4.2.1 蒙脱土/树脂复合材料SEM 分析
• 4.4.2.2 蒙脱土/树脂复合材料偏光显微镜分析
• 4.5 复合材料在NBR 中的应用
• 4.5.1 配方及实验安排
• 4.5.2 结果与讨论
• 4.5.2.1 蒙脱土/树脂用量比例优化
• 4.5.2.2 不同比例蒙脱土/树脂填充NBR 的断面形态结构
• 4.6 复合材料与炭黑对NBR 硫化胶性能影响的对比
• 4.6.1 配方及实验安排
• 4.6.2 结果与讨论
• 4.6.2.1 复合材料和N330 用量对NBR 硫化胶物理机械性能的影响
• 4.6.2.2 复合材料和N330 对NBR 硫化胶动态性能的影响
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录