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杜仲/顺丁共混胶相态演变规律及性能研究

杜仲/顺丁共混胶相态演变规律及性能研究

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作者：俞敏莉北京化工大学

学位级别：硕士

顺丁橡胶拥有十分优异的特性,主要有弹性高、耐磨、耐寒、耐曲挠性、生热低以及滚阻低等优点,它可以用来开发高性能节油轮胎。但是顺丁橡胶的劣势也较明显,主要表现在力学强度低,抗湿滑性差,加工性能不佳,一般不单独使用,通常和其他种... 详细信息

顺丁橡胶拥有十分优异的特性,主要有弹性高、耐磨、耐寒、耐曲挠性、生热低以及滚阻低等优点,它可以用来开发高性能节油轮胎。但是顺丁橡胶的劣势也较明显,主要表现在力学强度低,抗湿滑性差,加工性能不佳,一般不单独使用,通常和其他种类的橡胶一起使用。杜仲胶是从杜仲树上提取出来的天然高分子材料,在室温下易结晶,具有特殊的“橡-塑二重性”。此外,杜仲胶具有强度高、耐撕裂、耐磨、耐刺扎、和耐曲挠等优点。本课题主要任务是将杜仲胶与顺丁胶进行物理机械共混,改善了顺丁胶综合力学性能,同时调控杜仲胶的并用量,对共混胶进行相态演变分析,探究宏观力学性能与相态结构间的关系。再将杜仲胶并用到传统的载重胎胎侧胶配方中,得到了低生热、低滚阻以及优异的高温力学性能的胎侧胶配方。第一部分研究了天然橡胶、丁苯胶、杜仲胶和顺丁胶四种橡胶的生胶及其硫化胶结构与性能之间的关系,以及其硫化特性。顺丁胶由于分子链间作用力小,拉伸强度最低只有0.9MPa;丁苯橡胶没有拉伸结晶现象,所以未补强时拉伸强度和撕裂强度较低;天然橡胶由于有应变诱导结晶现象其拉伸强度比顺丁胶和丁苯胶高,约为2.7MPa;杜仲胶由于常温下结晶,力学性能最好,拉伸强度能达到25.6MPa,其力学强度远高于其余种类的橡胶。第二部分研究了杜仲/顺丁共混生胶中杜仲胶含量与相态结构以及性能的关系。随着杜仲胶份数的增加,共混生胶的各项力学性能均有明显的提高,拉伸强度在50份之后提升较为明显,在70份的时候能达到10.5MPa,撕裂强度和邵A硬度均在30份之后提升较快,杜仲胶并用量为70份时撕裂强度可以达到28.6kN·m-1。在微观形貌上随着杜仲胶的用量的提高,表现为从“海岛结构”变化到“山脊连续结构”再到“两相双连续结构”的演变过程,界面过渡层由于未交联厚度较薄约为100nm,硬质结晶的杜仲胶在顺丁胶中更多的是起到类似填料补强的作用。第三部分研究了杜仲/顺丁共混硫化胶中杜仲胶含量对相态结构以及性能的影响。随着杜仲胶用量的增加,各项力学强度均有提高,当杜仲胶含量为70份时,比纯顺丁硫化胶相比,共混胶的拉伸强度提高了约13倍,最后能达到13.7MPa,撕裂强度为54.2kN·m-1,抗切割性能在35份的时候达到最优,生热总体都会增加。共混硫化胶的相态结构演变规律与共混生胶的类似,但是形态上略有区别,硫化胶的岛状粒子由于交联,形状更为规整圆润,趋于球形,且过渡层不分明,厚度较宽约为200nm是生胶体系中过渡层厚度的2倍。第四部分研究了杜仲/顺丁纳米炭黑复合材料中杜仲胶含量与力学性能之间的关系,对于纳米复合硫化胶体系,杜仲胶能提高定伸应力,特别是在高温测试环境下的定伸应力,在杜仲胶为20份的时候,生热会有下降。对于相态结构由于炭黑的分散使原有的两相结构变得不明显,但总体来看炭黑更多地分散在顺丁胶中,自身力学性能较差的顺丁胶得到了更多的补强填料,会整体提高炭黑复合材料的力学强度。第五部分主要将杜仲胶等量替代原有载重子午线轮胎胎侧胶的配方中的顺丁胶,并对其各项性能进行测试。实验结果表明,杜仲胶加入以后室温测试条件下的拉伸强度、撕裂强度以及抗切割性能有所下降,但定伸应力提高,高温测试力学性能虽然提高不多但均有所提高,杜仲胶份数为10份时,能降低生热和滚阻。总体来看,将杜仲胶的用量控制在10份之内,能对胎侧胶的综合性能起到优化作用。

关键词：杜仲/顺丁共混胶顺丁胶杜仲胶共混相态结构综合性能胎侧胶

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