硫化胶粉的基本性能表征及其改性胶粉的并用研究

论文摘要

面向于废弃橡胶回收,通过生产精细胶粉及其与橡胶并用的方法实现废旧橡胶循环使用资源化,可有效地避免生产再生胶的二次污染,因此被认为是极具潜力的途径。然而,采用该法也存在着原料塑性差,制品性能不高等问题。基于此,本文以常温机械粉碎废旧轮胎生产的硫化胶粉为研究对象,在细致地分析硫化胶粉粒度及粒度分布、表面形态、组成含量与表面含氧基团含量等基本结构特征后,制备了胶粉硫化胶,研究了以不同来源、不同粒径的胶粉为原料所制备胶粉硫化胶的物理机械性能与其组成、粒径之间的关系；为了进一步改善原料形态,提高硫化胶制品性能,采用活化改性与挤出再生改性的方法对胶粉进行改性处理,讨论了活化改性与挤出再生改性工艺参数对活化改性胶粉硫化胶物理机械性能的影响；在此基础上,采用天然橡胶或丁苯橡胶为基体,分别与硫化胶粉、活化胶粉、挤出再生胶进行配合并用,研究了并用胶中组分含量、制备工艺等对并用胶物理机械性能的影响,优化组分含量与工艺参数,实现并用胶性能大幅度地提高。就胶粉原料、胶粉硫化胶、胶粉改性处理及其并用胶制备与性能研究,有以下结论：1.常温粉碎法生产的硫化胶粉主要由天然橡胶、丁苯橡胶、炭黑以及其它配合剂组成；200目胶粉粒径分布范围较窄,主要分布在40-85μmm之间,平均粒径66.61μm,比表面积33.81m2/kg；扫描电镜显示胶粉表面形状不规则,呈毛刺状态有无数的凹凸；硫化胶粉的基本组分为：橡胶烃51%、炭黑26%、灰分8%、丙酮抽出物14%、加热减量0.8%、铁0.03%；80目胶粉表面含氧基团酸值118,羰值2.68mmol·（100g）-1;以轮胎胎面为原料生产的胶粉制备的硫化胶相比整胎生产的胶粉制备的硫化胶的性能要好,拉伸强度增加了2MPa,伸长率增加了40%；胶粉的粒径越细,对应硫化胶的性能也在提高,100目比40目胶粉硫化胶拉伸强度提高2MPa,伸长率增加了30%。2.硫化胶粉表而活化改性,粒子表面电镜图上看出活化剂吸附或包覆在胶粉表面,从制备的胶粉、活化胶粉硫化胶的物理机械性能结果中可知,活化改性胶粉的塑炼性能和硫化特性得到了改善,活化工艺二硫化时间由未改性的6’01"短到5’31",粘度[ML（1+4）100℃]由6.53增加到21.22,力学性能中断裂伸长率相比未改性胶粉硫化胶提高了37%,综合考虑,活化改性工艺二改性的胶粉制备的硫化胶改性效果较好；通过胶粉以及改性胶粉与生胶配合制备并用胶的性能可以看出,活化改性胶粉所填充的硫化胶的物理机械性能都是明显优于填充未改性胶粉的硫化胶。与天然橡胶并用,拉伸强度未改性体系为18.46MPa,活化改性后达到了24.97MPa,伸长率由469.09%提高到522.32%,撕裂强度由25.53kN/m提高到45.87kN/m,尤其是在丁苯橡胶为基体的并用胶中,加入活化改性胶粉体系拉伸强度为16.81MPa,接近纯丁苯橡胶的18.18MPa,断裂伸长率及撕裂强度都超过了纯丁苯橡胶硫化胶,分别为555.13%、36.46kN/m,而纯丁苯橡胶为513.30%、35.54kN/m,门尼粘度[ML（+4）100℃]为17.35,接近纯丁苯橡胶的22.94。3.硫化胶粉经过挤出再生改性,形成了表面致密的块状胶粉再生胶,表面活性基团增多,从制备的挤出再生硫化胶的物理机械性能可以看出,与未改性的胶粉硫化胶相比,可塑性达到了0.33,未改性为0.04,门尼粘度[ML（1+4）100℃]为97.43,未改性为6.53,加工性能明显提高。对四种不同的挤出改性工艺得到了胶粉再生胶硫化胶物理机械性能进行对比,挤出工艺一和工艺二得到的胶粉再生胶性能最好。胶粉挤出再生胶与天然橡胶并用,断裂伸长率和撕裂强度均超过纯天然橡胶,达668.2%和85.56kN/m,纯天然橡胶为572.99%和70.47kN/m；与丁苯橡胶并用拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度均超过纯丁苯橡胶,分别为19.37MPa、669.09%和51.90kN/m。纯丁苯橡胶为18.18MPa、513.3%和35.54kN/m。并用胶的性能说明挤出再生制得了胶粉再生胶比活化改性的效果更好,提高胶料物理机械性能的同时可以大量掺杂到橡胶制品中使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 废旧橡胶的种类
• 1.1.2 国内外废旧橡胶概况
• 1.2 废旧橡胶资源的回收和利用
• 1.2.1 直接利用
• 1.2.2 间接利用
• 1.3 废旧橡胶资源制备硫化胶粉应用展望
• 1.4 硫化胶粉的生产方法
• 1.4.1 常温粉碎法
• 1.4.2 低温粉碎法
• 1.4.3 湿法或溶液法
• 1.4.4 固相剪切粉碎技术
• 1.4.5 其它粉碎方法
• 1.5 硫化胶粉的表面改性
• 1.5.1 硫化胶粉表面改性概述
• 1.5.2 硫化胶粉表面改性原因
• 1.5.3 硫化胶粉改性方法
• 1.6 胶粉表面改性设备
• 1.7 硫化胶粉的应用
• 1.7.1 概述
• 1.7.2 胶粉在橡胶工业中的应用
• 1.7.3 胶粉在塑料工业中的应用
• 1.7.4 胶粉在建筑材料中的应用
• 1.7.5 胶粉在铺装材料中的应用
• 1.7.6 胶粉在热塑性弹性体中的应用
• 1.7.7 胶粉在阻尼材料中的应用
• 1.7.8 胶粉的其它应用
• 1.8 废旧橡胶资源综合利用发展面临的问题
• 1.9 本论文的研究目的和意义
• 1.10 本论文的研究内容和创新点
• 第二章 硫化胶粉的基本性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 试验原材料及配方
• 2.2.1 试验原材料
• 2.2.2 试验配方
• 2.3 试验仪器及设备
• 2.4 试验方法及步骤
• 2.5 性能测试及表征
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 硫化胶粉的红外光谱分析
• 2.6.2 硫化胶粉的粒度及其分布
• 2.6.3 硫化胶粉的表面形貌
• 2.6.4 硫化胶粉的热重分析
• 2.6.5 硫化胶粉的基本组分含量
• 2.6.6 硫化胶粉的表面含氧基团
• 2.6.7 不同原料对硫化胶粉硫化胶的物理机械性能影响
• 2.6.8 不同粒径对硫化胶粉硫化胶力学性能影响
• 2.6.9 不同粒径胶粉硫化胶硫化特性及未硫化胶塑性
• 2.6.10 不同粒径硫化胶粉硫化胶的交联密度
• 2.7 本章小结
• 第三章 硫化胶粉的活化改性及与橡胶的配合
• 3.1 引言
• 3.2 试验原材料及配方
• 3.2.1 试验原材料
• 3.2.2 试验配方
• 3.3 试验仪器及设备
• 3.4 试验方法及步骤
• 3.4.1 硫化胶粉的活化改性
• 3.4.2 胶粉硫化胶的制备
• 3.4.3 胶粉与活化胶粉与橡胶并用硫化胶的制备
• 3.5 性能测试及表征
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 硫化胶粉活化改性前后表面形态
• 3.6.2 活化改性胶粉硫化胶的力学性能
• 3.6.3 不同改性工艺活化胶粉硫化胶的硫化特性及未硫化胶的塑性
• 3.6.4 活化改性胶粉与天然橡胶配合并用胶的力学性能
• 3.6.5 活化改性胶粉与NR配合并用胶的硫化特性及未硫化胶塑性
• 3.6.6 活化改性胶粉与丁苯橡胶配合并用胶的力学性能
• 3.6.7 活化改性胶粉与SBR配合并用胶的硫化特性及未硫化胶塑性
• 3.6.8 硫化胶断面扫描电镜
• 3.7 本章小结
• 第四章 硫化胶粉的挤出再生及与橡胶的配合
• 4.1 引言
• 4.2 试验原材料及配方
• 4.2.1 本论文试验原材料
• 4.2.2 试验配方
• 4.3 试验仪器及设备
• 4.4 试验方法及步骤
• 4.4.1 硫化胶粉的挤出脱硫再生
• 4.4.2 胶粉挤出再生硫化胶的制备
• 4.4.3 胶粉挤出再生胶与橡胶并用硫化胶的制备
• 4.5 性能测试及表征
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 胶粉挤出再生胶的表面形态
• 4.6.2 胶粉挤出再生前后接触角变化
• 4.6.3 胶粉挤出再生前后表面自由基含量的变化
• 4.6.4 不同挤出工艺对胶粉硫化胶的力学性能影响
• 4.6.5 不同挤出工艺胶粉硫化胶的硫化特性及未硫化胶塑性
• 4.6.6 胶粉及改性胶粉硫化胶的机械动态力学性能
• 4.6.7 胶粉挤出再生胶与天然橡胶配合并用胶的物理机械性能研究
• 4.6.8 挤出再生胶与天然橡胶配合并用胶的硫化特性及未硫化胶塑性
• 4.6.9 胶粉挤出再生胶与丁苯橡胶硫化胶的物理机械性能研究
• 4.6.10 挤出再生胶与丁苯橡胶配合并用胶的硫化特性及未硫化胶塑性
• 4.6.11 硫化胶断面扫描电镜
• 4.6.12 不同挤出改性胶粉与丁苯橡胶配合并用胶的交联密度
• 4.6.13 不同改性方法胶粉与天然橡胶配合并用胶的交联密度
• 4.6.14 不同改性胶粉与天然橡胶配合并用胶的机械动态力学性能
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间参加的会议及研究成果
• 致谢