畢業論文-nrlldpe共混體系性能的研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 發［ 2022］ 10 號 )，進一步明確了 39。天然橡膠是重要的戰略物資和工業原料 39。的戰略定位，肯定了我國天然橡膠產業所做出的重大貢獻，指出了當前我國天然橡膠產業發展中存在的 問題和面臨的挑戰，提出了今后發展我國天然橡膠產業的指導思想、基本原則、發展目標和具體措施?！兑庖姟访鞔_提出到 2022 年，我國國內天然橡膠年生產能力要達到 80 萬噸以上，境外生產加工能力達到 60 萬噸以上的目標?！兑庖姟窞槲覈烊幌鹉z產業的快速健康發展明確了前進的方向、創造了良好的環境、開辟了廣闊的工作空間，這是新時期指導我國天然橡膠產業發 展的一部劃時代的綱領性文件，具有重大的現實意義和深遠的歷史意義。 課題方案擬定及研究意義 課題的研究方案擬定依 據 橡膠的硫化特性，而目前 將 LLDPE作為共混的原料來研究共混 改性的內容很少。通過將 LLDPE 分散在天然橡中，在硫化條件下形太原工業學院 畢業論文 7 成新的體系，其對基體的性能提升是相當明顯的。 LLDPE 在基體中的分散，將宏觀上影響原來 天然橡膠 的力學性能。 本課題主要任務是通過適宜的剪切力、復合溫度，制備 NR/LLDPE 復合材料，重點考察加工設備、工藝參數、 LLDPE 含量對復合材料結構和性能的影響；目標是實現 LLDPE 在天然橡膠中的均勻分散 ，最終獲得綜合性能優異的NR/LLDPE 復合材料，為尋找一種獲得 復合材料最佳性能的加工工藝技術提供解決方案和理論依據。 太原工業學院 畢業論文 8 2 實驗部分 實驗原料及配方 實驗原料 表 實驗原料 Table Experimental materials 原料 天然橡膠（ NR） 線性低密度聚乙烯（ LLDPE） 氧化鋅（ ZnO） 硬脂酸 促進劑 M 硫磺（ S） DCP 炭黑 白炭黑 碳酸鈣（ CaCO3） 陶土 實驗配方 本實驗使用的硫化劑為硫磺， NR 基本配方如下表 所示。 太原工業學院 畢業論文 9 表 基本配方 Table Basic formula 原料 含量 /g NR 100 ZnO 4 硬脂酸 2 促進劑 M 1 硫磺（ S） 3 實驗設備及測試儀器 表 設備、儀器的廠家和型號 Table devices, equipment manufacturers and models 設備名稱 型號 生產廠商 開放式煉膠機 5 X(S )K 160 上海橡膠機械一廠 平板硫化機 XCBD 3503502 上海第一橡膠機械廠 拉伸試驗機 LJ500 廣州實驗儀器廠 紅外光譜分析儀 TENSOR 27 BRUKER 掃描電鏡 KYKYEM3800 北京中科科儀技術發展有限公司 X衍射儀 TD3000 丹東通達儀器有限公司 邵爾硬度計 XL— 邵爾 A型橡膠硬度計 實驗工藝過程 混煉 （ 1） 將開煉機加熱到 110 攝氏度 太原工業學院 畢業論文 10 （ 2） 將線性低密度聚乙烯 （變量） 放在開煉機前后輥間加熱熔融 （ 3） 開動開煉機， 輥距為 ， 加入天然橡膠 100g， 包輥， 薄通 (打三角包 )，使其 與線性低密度聚乙烯 均勻混合，共混時間約 10 分鐘 （ 4） 加入 ZnO， 加入硬脂酸 ，兩邊各做一次 3/4 拉刀倒膠， 操作時間為 1min （ 5） 加入促進劑 M，每邊各操作 3 次 3/4 拉刀倒膠 ,操作時間約為 3min （ 6） 加入硫磺 ， 兩邊各做一次 3/4 拉刀倒膠，操作時間約為 2min （ 7） 取下膠料，調節輥距至 ，并將整輥膠豎著薄通 6 次，操作時間約為3min 硫化 （ 1） 將煉好的共混體系在室溫下放置兩個小時之后，測量其 T90。測量時設置其硫化溫度為 143 攝氏度，硫化時間為 30min。測量結束時記錄其 T90。 （ 2） 在平板硫化儀上設置硫化溫度為 143攝氏度，并將時間設置為已測定的 T90。 （ 3） 待平板硫化儀溫度到達之后， 將 已煉好的膠按照出輥方向與垂直于出滾方向放在模板的上下 側，然后將模板置于平板硫化儀上硫化。 （ 4） 待時間達到之后，取出試樣，在室溫下放置 12 小時。 力學性能測試 （ 1） 將放置 12 小時后的試樣在萬能制樣機上制樣，沿著出輥方向的一側壓制成啞鈴型以做拉伸性能測試，垂直于出輥方向的一側壓制成 直角 型以做扯斷性能測試。 （ 2） 將制作出的試樣在拉力機上測量其力學性能 具體操作的 整體步驟如下圖所示： 太原工業學院 畢業論文 11 圖 試驗操作具體流程 Figure Test operation of specific processes 實驗測試方法 常規力學性能測試 NR/LLDPE 復合材料的硬度、拉伸強度、斷裂伸長率、最大拉伸負荷、斷裂強度、撕裂強度等靜態力學性能的測試均按照試驗標準執行。 結構表征 紅外光譜分析儀分析 LLDPE 是否對 NR 改性，同樣也分析 NR/LLDPE 復合材料試樣的結構；用電子掃面顯微鏡觀察試樣斷口分析 LLDPE 在基體的分散情 LLDPE與 NR共混 室溫下放置 2 小時 測量 T90 硫化 室溫下放置 12h 制樣 力學性能測試 將制 品進行各種表征 太原工業學院 畢業論文 12 況； XRD 分析 LLDPE 對天然橡膠的結晶度的影響 。 太原工業學院 畢業論文 13 3 結果與討論 LLDPE 含量對共混體系性能的影響 橡塑并用體系中，共混比將直接影響共混物的性能 。共混體系的各性能如下所示 : 表 NR/LLDPE 復合材料綜合性能 Table NR / LLDPE posite overall performance LLDPE的含量 /g Fs/N Eb/% Tss/MPa Tsb/MPa 20 40 128 60 80 100 185 表 共混體系中 LLDPE 含量對硬度的影響 Table blends LLDPE content on hardness LLDPE的含量 /g 20 40 60 80 100 硬度 49 66 72 79 84 各種力學性能隨 LLDPE含量改變的曲線如下圖所示： 太原工業學院 畢業論文 14 圖 LLDPE 含量對共混物 撕裂最大應力 的影響 Figure LLDPE blends tear content on the impact of the maximum stress 圖 LLDPE 含量對共混物 撕裂 伸長率的影響 Figure LLDPE blends content on the impact of tear elongation 太原工業學院 畢業論文 15 圖 LLDPE 含量對 撕裂強度的影響 Figure LLDPE content on the tear strength 由圖 ，圖 以及圖 ：共混體系的斷裂負荷以及斷裂伸長率隨著 LLDPE含量的增加而逐漸增加。 但拉伸強度的變化卻有些不同，當 LLDPE用量小于 80 份時，并用體系的拉伸強度在 LLDPE 質量為 80g 時較大，當 LLDPE超過 80份時，并用體系的拉伸強度則隨 LLDPE 用量增加而增大。 太原工業學院 畢業論文 16 圖 LLDPE 質量對共混物斷裂強度的影響 Figure LLDPE blends the quality of the breaking strength 圖 LLDPE 含量對共混物斷 裂強度的影響。由上圖可以看到，共混物的斷裂強度隨著 LLDPE 含量的增加而逐漸增加，當 LLDPE 質量為 80 份時，共混物的斷裂強度出現最大值。當 LLDPE 的質量繼續增大時，共混物斷裂強度不再增加。 太原工業學院 畢業論文 17 圖 LLDPE 質量對共混物硬度的影響 Figure LLDPE blends the quality of the hardness 由圖 ，共混體系的 硬度隨著 LLDPE含量的增加而升高。 伸長率降低這是因為具有結晶性能的塑料 LLDPE， 其硬度、耐磨性均比 NR優越，而伸長率小于 NR，因此隨 LLDPE用量增加，逐步顯示出塑料特性。 隨 LLDPE用量的增大，體系的硬度增加，伸長率降低。 但拉伸強度的變化卻有些不同，當LLDPE 用量小于 80 份時，并用體系的拉伸強度在 LLDPE 質量為 80g 時較大，當LLDPE 超過 80 份時，并用體系的拉伸強度則隨 LLDPE 用量增加而增大。這一現象可從 LLDPE/NR 共混物的形態結構得到解釋 :NR/LLDPE 并用體系為兩相結構，當 LLDPE用量低時 (2060份 )，此時形成以 NR為連續相， LLDPE為分散相的“海一島”結構， LLDPE 以島相分散在 NR 中，并且由于 LLDPE 的結晶性能好、強度高的特點，對 NR起補強作用，因而共混物顯示出高強度的特點 。隨 LLDPE 用量增大，此時原來作為島相的 LLDPE逐步連接起來，形成兩個都是連續相的“海一海”結構，此時既不體現塑料的剛性和強度大的特點，也不具備橡膠的特性，共混物力學性能低下 。LLDPE用量超過 一定質量 時 LLDPE為連續相，而 NR則成為分散相 ，共混物顯示出 LLDPE 高強度、低伸長率的特點。 另外，共混體系中強度的增加也是由于 在拉伸時，天然橡膠的大分子鏈沿應太原工業學院 畢業論文 18 力取向方向形成結 晶，精力分散在無定形大分子中起到補強作用。例如拉伸到650%時，可能產生 35%的結晶。其次，天然橡膠中微小粒子的緊密凝膠業可能由一定作用。 補強劑對 NR/LLDPE 共混體系性能的影響 本實驗中選擇四種補強劑研究，分別為炭黑、白炭黑、陶土、 CaCO3。將四種補強劑分別加入 LLDPE 質量為 20 份的共混體系中，得出各個物理性能的結果如圖示： 表 補 強體系對共混體系性能的影響 Table reinforcement system on the performance of blends 補強劑 炭黑（ 330） 白炭黑（氣相法） 陶土（ CQ12） CaCO3 硬度（邵氏 A度） 90 84 74 68 拉伸強度（ MPa） 伸長率（ %） 290 490 560 520 以下各圖是補強劑對共混體系三種力學性能的 影響： 太原工業學院 畢業論文 19 圖 補強 體系對共混物性能的影響 Table reinforcement system on the performance of blends 從以上圖標 可以看 出，幾種補強劑的補強效果按 :炭黑 （ 330） 、白炭黑 （氣相法） 、陶土 （ CQ12） 、碳酸鈣順序遞減炭黑、白炭黑填充的山理 /NR 并用膠料的強度高，但硬度也偏大、伸長率較低 。而陶土、 CaCO3 填充的體系的硬度小，伸長率和永久變形都較大。 炭黑聚集體是炭黑的基本結構單元，如同聚異戊二烯大分子是天然橡膠的結構單元一樣，一種炭黑聚集體的大小，形狀也是不相同的，呈現某種分布。另外，炭黑聚集體是準石墨晶體，他的結晶很不完整，警惕小，缺欠多，甚至有的炭黑中還有單個層面及無定形碳存在。雖然這只說明結晶不完全，但畢竟是結晶，而且是 石墨型。 現在的白炭黑主要是二氧化硅類型的。白炭黑的一次結構和炭黑類似，是鏈枝狀聚集體。但白炭黑是無定形的，聚集體由相互之間化學結合的粒子構成，粒子的 化學成分是二氧化硅。例子中硅原子周圍由四個氧原子配位，而每個氧原子由兩個硅原子配位。白炭黑由于制法不同，例子結構不同。沉淀法白炭黑粒子內太原工業學院 畢業論文 20 部有無規則的二元線性結構，因而有毛細孔內表面，氣相法的離子內部為無規則的三元體型結構，呈現緊密填滿狀態。另外，白炭黑的聚集體是由粒子化學熔接而成的鏈狀枝物。 陶土是硅酸鹽類填料中用量