（毕业设计论文）《硅烷偶联剂改性白炭黑对NBR硫化胶性能的影响》.doc

前言 丁腈橡胶(NBR)是具有耐油、耐热、耐化学药品和机械性能等综合特性良好的橡胶材料，故其是应用于石油钻探、石油化工及汽车等苛刻动态环境中的传统橡胶材料，在这种苛刻使用环境中，橡胶制品的破坏主要是由机械疲劳和滞后生热引起的。文献报道添加少量白炭黑能够降低胶料基体的生热性，但白炭黑与橡胶的表面能的差异较大。 硅烷偶联剂的发展促进了白炭黑填充轮胎的商品化，尤其是沉淀法白炭黑获得了重大突破。使用硅烷偶联剂对白炭黑进行改性，可提高白炭黑与橡胶之间的相容性，降低胶料的门尼粘度、生热和滚动阻力，改善胶料的加工性能，提高硫化胶的耐磨性，使橡胶具有较好的综合性能。目前偶联剂对橡胶改性方面的研究以双?[(三乙氧基硅烷基)?丙基]四硫化物(Si69)作为偶联剂的方法研究和应用的最多。 本次试验首先研究了偶联剂品种及并用对填料在NBR橡胶基体中的网络化研究，并用扫描电镜(SEM)微观表征了偶联剂对填料在橡胶基体中微观分散性的影响，及其对NBR硫化胶物理机械性能、耐介质性及动态性能的影响，优选出最佳的偶联剂品种；在此基础上，研究了了该偶联剂品种用量对NBR硫化胶综合性能的影响，选出最佳的用量。 1 文献综述 1.1丁腈橡胶概述 丁腈橡胶(NBR: Nitrile Butadiene Rubber)为浅黄色略带香味的橡胶，是丁二烯与丙烯腈的共聚物。1937年工业化生产。聚合方法类似于乳液聚合的丁苯橡胶，有低温乳液聚合(5℃)和高温乳液聚合(50℃)两种。目前主要采用低温乳液聚合。 1.1.1 结构式与结构特点 丁腈橡胶是苯乙烯与丁二烯为单体，采用乳液聚合方法，通过自由基反应历程制得的无规共聚物。 结构式： 在NBR中，丁二烯(B)和丙烯晴(A)链节的连接方式一般为BAB，BBA，ABB，ABA和BBB的三元组，但随着丙烯晴含量的增加，也有呈AABAA五元组连接的，甚至可能出现丙烯腈的均聚物。 共聚物链节中丁二烯单元的微观构型以反式1-4构型为主，丁二烯链节的微观构型与聚合温度的关系见表1-1 表1-1丁二烯链节的微观构型与聚合温度的关系 Tab 1-1 Butadiene segment of the micro-configuration of the relationship with the polymerization temperature 聚合温度/℃ 丁二烯链节的微观构型与聚合温度的关系 顺式1-4构型 反式1-构型 1-2构型 10 12.2. 74.5 13.3 20 13.1 73.1 13.8 30 14.8 70.9 14.3 1.1.2 主要特性 NBR中由于有极性氰基的存在，因此对非极性或弱极性的矿物油、动植物油、液体燃料和溶剂等有较高的稳定性，而芳烃溶剂、酮、脂等极性物质则对其有溶涨作用。丁腈橡胶在溶剂中的溶胀性与溶剂的性质有关，溶剂的苯胺点越低或芳烃含量越高，溶胀能力越大，而丁腈橡胶在溶剂中的稳定性越差。NBR中由于存在着易被电场极化的氰基，因而降低了介电能力，丁腈橡胶属于半导体橡胶，其结合丙烯腈量越高，介电性能越差。NBR的耐热性介于天然橡胶、丁苯橡胶和氯丁橡胶之间。与其他橡胶相比，丁腈橡胶有较宽的使用温度范围，可在空气中于120℃下长期使用，若隔绝空气，则可在160℃下长期使用。NBR的耐热性能随其结合丙烯腈量而提高。 NBR的主要缺点是耐臭氧和耐强氧化剂的性能差。为此，常加入抗臭氧剂对苯二胺和石蜡及抗氧剂多元胺、多元酚和有机压磷酸酯。 1.1.3 基本性能与结构的关系 表1-2 溶剂稳定性和结合丙烯腈含量的关系 Tab1-2 Solvent stability and the relationship between the combined acrylonitrile content 溶剂 结合丙烯腈量/% 28 33 38 55 溶胀度/% 异辛烷(20d，20℃) 4..3 1.6 0.5 0.0 异辛烷/甲苯=70/30(20d，20℃) 29.0 23.3 18.5 11.2 异辛烷/甲苯=70/30(20d，50℃) 30.2 24.0 18.6 11.3 异辛烷/甲苯=50/50(20d，20℃) 43.8 35.2 30.7 18.3 异辛烷/甲苯=50/50(20d，50℃) 50.8 40.7 31.3 20.1 NBR按结合丙烯腈的量可分为五种：极高腈(42%-53%)，高腈(35%-41%)，中高腈(28%-34%)，中腈(24%-27%)和低腈(16%-23%)。NBR中结合的丙烯腈含量增加时，其分子极性增加，玻璃化温度(Tg)和溶解度参数(Sp)提高，对NBR的性能也产生重大影响，如对溶剂的稳定性提高(见表1-2)，耐磨性和气密性改善；耐寒性、回弹性及压缩永