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防老剂在水滑石/橡胶复合材料中的迁移特性研究

防老剂在水滑石/橡胶复合材料中的迁移特性研究

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作者：窦疏威北京化工大学

学位级别：硕士

轮胎在长期停放和使用的过程中会逐渐出现变色,不仅影响产品的外观和性能,造成大批成品的报废,还会污染环境。究其原因,橡胶基体中的防老剂、促进剂、蜡类、增塑剂等配合剂,容易从胶料内部迁移到橡胶表面,产生“喷霜”现象。橡胶材料组... 详细信息

轮胎在长期停放和使用的过程中会逐渐出现变色,不仅影响产品的外观和性能,造成大批成品的报废,还会污染环境。究其原因,橡胶基体中的防老剂、促进剂、蜡类、增塑剂等配合剂,容易从胶料内部迁移到橡胶表面,产生“喷霜”现象。橡胶材料组分复杂,影响橡胶试片变色的因素较多。为此,本文首先研究了轮胎配方中常见的防老剂的迁移情况以及石蜡、环保芳烃油(TDAE)对防老剂迁移和橡胶表面变色情况的影响,并建立了基于红外光谱分析、荧光光谱分析技术定性表征橡胶试片表面防老剂迁出量的方法。研究结果表明,防老剂4020(简称4020)是导致橡胶表面变色的主要原因。石蜡促进了4020的迁出和显色;TDAE用量较高时会促进石蜡迁出,进而促进4020的迁出,因此同时含有石蜡、TDAE的橡胶试片变色更加显著。其次,为了改善轮胎的变色问题,本文将具有二维片层结构的水滑石(LDHs)引入到以天然橡胶(NR)/顺丁橡胶(BR)为基体的胎侧胶体系中,研究了LDHs在橡胶复合材料中的分散状态及其对橡胶复合材料的硫化特性、力学性能、抗热氧老化性能、耐迁移性能的影响。研究结果表明,LDHs穿插在炭黑粒子之间,形成均匀分散;LDHs可以促进硫化,提高定伸应力,改善抗老化性能;LDHs含量越多,对4020迁移的阻碍效果越好。为了探究LDHs抑制4020迁出的机制,构建了LDHs/4020模型复合物和橡胶模型样品,发现LDHs与4020之间存在静电吸附作用,同时均匀分散的LDHs片层可以延长4020的迁出路径,LDHs在吸附和阻隔协同作用下抑制了4020的迁出。最后,本文研究了加工工艺对LDHs分散状态的影响,通过密炼机、开炼机强剪切薄通片叠层贴合两种工艺制备了硫化试片,研究了强剪切取向对LDHs分散及橡胶复合材料抗老化性能、耐迁移性能的影响;研究了絮凝母胶法制备的LDHs/橡胶复合材料中LDHs的分散性以及橡胶复合材料的抗老化性能、耐迁移性能。研究结果表明,开炼机薄通工艺制备的橡胶复合材料中LDHs分散更均匀,样品的力学性能和抗老化效果更好;开炼机的强剪切作用使LDHs分散尺寸更小,片层更薄,因此抑制4020迁出的效果更显著。絮凝母胶法制备的橡胶复合材料抗老化性能、耐迁移性能更好;絮凝工艺可以改善LDHs的片层堆积问题,提高LDHs片层在胶料中的有效体积占比,从而延长4020的迁移路径;而LDHs在胶料中有效体积占比增加,也可增大对4020的吸附量,起到缓释效果。

关键词：水滑石/橡胶复合材料防老剂抗老化性能迁移特性

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