几种碳质填料补强乳聚丁苯橡胶的基本性能研究.doc

几种碳质填料补强乳聚丁苯橡胶的基本性能研究乳聚丁苯橡胶(ESBR)作为全球最大用量的通用合成橡胶,在众多领域中应用广泛。但作为非结晶性橡胶,其拉伸强度较低,不通过填料的补强几乎不具备使用价值。一直以来,橡胶工业中最为常用且最重要的补强填料就是炭黑,其已有100多年的应用历史。炭黑虽然补强效果好,但同时也具备一些缺点。一方面炭黑的来源依赖于紧缺的石油资源,并且填充量较大,另一方面炭黑的生产加工还会产生较大的环境污染,这都不利于橡胶材料的经济环保化。目前,新型的碳质填料受到橡胶补强领域研究的重视,尤其是石墨烯与碳纳米管,并且也取得了一定的成果,其可以部分取代炭黑作为高性能化橡胶复合材料的填料。本论文第一部分考察了胶乳共混共沉淀方法中体系胶水比例、填料加入方式、体系凝聚温度、搅拌强度、凝聚剂选择与用量等条件对填料填充效果的影响,确定了填料补强工艺的最优条件。结果显示该条件下的补强效果最佳:体系温度40℃,搅拌速度250-350rpm,体系水胶比例为5:1,填料采用湿法加入方式,干胶、防老剂、三烷基氯化铵比例按配方添加(100份干胶添加防老剂和三烷基氯化铵分别0.3份和0.06份),凝聚体系中饱和食盐水用量为350-500ml,pH值控制在3-5之间。论文第二部分研究了石墨粉对ESBR的补强效果。结果显示:石墨粉填充量为5-9g时的综合力学性能较好。石墨粉添加7g时,拉伸强度为27.6MPa,比原胶提高了0.8MPa,300%定伸应力由18.8MPa提高至21.4MPa;添加量为11g时,断裂伸长率最大为422%;添加5g时,硬度增加了1邵A;加入9g时,ESBR的磨耗体积由原胶的0.28cm~3降低至0.25cm~3,耐磨性能略有提高;石墨粉的加入先降低了胶料的门尼粘度,用量增大到11g后,门尼增大至49.3N·m,比原胶提高了0.7N·m;复合材料的老化性能有所增强,老化系数在石墨粉填充量为7g时最大,提高了0.039。论文第三部分研究了石墨烯补强ESBR的效果。结果表明:石墨烯填充量为3g时,复合材料的力学性能最好,拉伸强度提高了4.4MPa,断裂伸长率由327%提高到360%,300%定伸应力增加了5.2MPa,硬度增大了3邵A;硫化胶的耐磨性能提高,磨耗体积减小了0.048cm~3;ESBR的门尼粘度和老化性能也提高,添加5g时,门尼粘度最大为63.9N·m,比原胶增大了2.4N·m;加入7g时,老化系数增加了0.039。论文第四部分研究了碳纳米管补强ESBR的性能。结果显示:少量碳纳米管的加入提高了ESBR的拉伸强度、300%定伸应力、硬度、耐磨性能以及老化系数但却牺牲了硫化胶的断裂伸长率。碳纳米管添加5g时,拉伸强度最大,比原胶提高了2.8MPa,添加3g时定伸应力最大,提高了2.9MPa,此时的磨耗体积也是最小的,比原胶的减少了0.044cm~3,添加7g时,硬度增大至78邵A,比原胶增加了5邵A,硫化胶的老化系数比原胶的提高了0.151;而胶料的门尼粘度一直处于小幅降低趋势;总的来说碳纳米管加入量为3g时的性能较佳。