谷殼灰填充下NBR復(fù)合涂層的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、用農(nóng)業(yè)廢棄物–谷殼灰(RHA)作為填料制備橡膠材料,不但可以降低橡膠制品的生產(chǎn)成本,節(jié)約能源,而且可以減少RHA的堆積與處理成本,達到廢物利用、降低環(huán)境污染、可持續(xù)性使用資源的目的。同時制備的橡膠復(fù)合材料具有密度低、耐磨性好、高填充、可降解等優(yōu)點。但是RHA因其表面存在羥基易團聚,在橡膠基體中分散困難,從而影響了橡膠制品的性能,使其在橡膠中應(yīng)用受限。本文用多種改性方法包括RHA的預(yù)改性,NBR-RHA界面原位改性來改善RHA的分散性和N

2、BR-RHA界面作用,制備了NBR/RHA復(fù)合硫化涂層、NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層并研究了預(yù)改性和界面改性對其微觀結(jié)構(gòu)、泡孔形貌、各項性能的影響。同時,以RHA和原位生成的ZDMA為并用填料制備并研究了NBR/RHA/ZDMA雜化硫化涂層和NBR/RHA/ZDMA雜化發(fā)泡涂層。最后給出了具體應(yīng)用實例,即制備的橡膠-金屬復(fù)合密封材料應(yīng)用于密封、降噪等領(lǐng)域,起到密封、抗沖擊、減震、吸聲、隔熱等作用,對節(jié)約能源,規(guī)避因有機溶劑、燃油泄漏所造成

3、環(huán)境污染的風(fēng)險,降低因機械部件振動造成的噪聲污染均具有重要的意義。主要研究內(nèi)容如下:
　　通過基團貢獻法計算出丁腈橡膠的溶解度參數(shù),確定適合的溶劑溶解度參數(shù)范圍,同時考慮溶劑氫鍵力、揮速速度、對環(huán)境的影響以及價格等因素,最終確定溶解丁腈橡膠N32的溶劑種類、比例及用量。
　　以炭黑為填料探討了NBR發(fā)泡涂層的制備工藝,通過甲苯溶脹、金相顯微鏡、力學(xué)、耐老化、耐流體等測試,研究了主要工藝參數(shù)即發(fā)泡劑含量、發(fā)泡溫度、硫化體系、炭

4、黑含量對NBR發(fā)泡涂層泡孔結(jié)構(gòu)和性能的影響,得出較優(yōu)的工藝路線和配方。
　　以RHA為填料替換炭黑,采用液態(tài)共混工藝制備NBR/RHA復(fù)合硫化涂層和NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層。用多種改性劑即Si69、KH550、KH560、MAH,對RHA進行預(yù)改性,通過分散性實驗,共混膠中結(jié)合膠實驗,甲苯溶脹實驗、SEM、力學(xué)測試、TGA-DTG等多種實驗和測試,研究了預(yù)改性對RHA的分散性,NBR-RHA界面結(jié)合性以及對NBR/RHA復(fù)合硫化

5、涂層、NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層微觀結(jié)構(gòu)、泡孔形貌、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、耐流體性等的影響。研究表明,用Si69改性RHA,且其含量為20％RHA質(zhì)量濃度時,RHA的分散性、RHA與NBR基體的結(jié)合性以及NBR/RHA復(fù)合硫化涂層和NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層的微觀結(jié)構(gòu)、耐流體性、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等綜合性能較好,NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層泡孔大小均一,分布均均。
　　用界面改性劑MAA對NBR/RHA復(fù)合硫化涂層、NBR/RHA復(fù)合

6、發(fā)泡涂層進行原位界面改性。通過結(jié)合膠、交聯(lián)密度、微觀形貌(SEM)、力學(xué)性能、XRD、TGA-DTG、耐流體等多種測試,考察了原位界面改性對NBR-RHA界面作用,對NBR/RHA復(fù)合硫化涂層、NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成過程及力學(xué)性能、耐流體性能、熱穩(wěn)定性等的影響。研究發(fā)現(xiàn),在NBR/RHA共混膠中加入MAA硫化后,原位生成的ZDMA通過接枝共聚/絡(luò)合作用,將NBR基體與RHA相結(jié)合,MAA則通過接枝共聚/氫鍵作用將N

7、BR基體與RHA相結(jié)合。其次,原位生成的 ZDMA自聚成 poly-ZDMA納米粒子分散在 NBR基體中對NBR/RHA復(fù)合硫化涂層、NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層進行補強。最后,由于RHA和MAA或ZDMA發(fā)生了相互作用,使得 RHA的分散性得到改善。同時,原位界面改性后,NBR/RHA復(fù)合硫化涂層、NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層力學(xué)性能、耐流體性能、熱穩(wěn)定性能得到了提高,NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層平均泡孔直徑、孔隙率、發(fā)泡倍率增大,泡孔密度

8、減小,當(dāng)MAA含量高于10phr時,破孔、并孔現(xiàn)象出現(xiàn)。綜合考慮,分別選擇12phr、10phr MAA進行原位界面改性NBR/RHA復(fù)合硫化涂層、NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層,可以獲得較優(yōu)的綜合性能。
　　以RHA和原位生成的ZDMA為并用填料,用液態(tài)共混工藝制備了NBR/RHA/ZDMA雜化硫化涂層和NBR/RHA/ZDMA雜化發(fā)泡涂層。通過對總交聯(lián)密度、共價交聯(lián)密度、離子交聯(lián)密度的測試,以及XRD、SEM、力學(xué)性能、耐流體性能

9、、TGA-DTG等多種測試,研究了原位生成ZDMA含量對NBR-RHA界面、泡孔形貌、交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成及演變的影響。在NBR/RHA/ZDMA雜化硫化涂層的研究中,考察了硫化過程中交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成過程并提出交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型。結(jié)果表明:在最初的7min里橡膠交聯(lián)的很快,并出現(xiàn)少量離子鍵,此時整個交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)主要由共價鍵主導(dǎo)。隨著硫化的進行,離子鍵增加的很快而共價鍵僅有少量增加。當(dāng)NBR/RHA/ZDMA雜化硫化涂層硫化完全,共價鍵和離子鍵就形成了

10、整個交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),且以NBR交聯(lián)形成的共價鍵所主導(dǎo)。硫化過程中原位生成的ZDMA在DCP自由基的引發(fā)下,發(fā)生均聚反應(yīng)及與NBR的共聚反應(yīng),其中NBR與ZDMA的共聚將形成離子鍵交聯(lián)。SEM、力學(xué)實驗、耐流體實驗、TGA-DTG結(jié)果表明,當(dāng)ZDMA含量適中時,原位生成的ZDMA對NBR/RHA/ZDMA雜化硫化涂層、NBR/RHA/ZDMA雜化發(fā)泡涂層均具有一定補強效果,有利于涂層耐流體和熱穩(wěn)定性能的提高。隨著ZDMA含量的增大, NBR/R

11、HA/ZDMA雜化發(fā)泡涂層,平均泡孔直徑、孔隙率、發(fā)泡倍率增大,泡孔密度減小。當(dāng)ZDMA含量大于20phr后,泡孔破孔、并孔現(xiàn)象出現(xiàn),且泡孔大小不等,分布不均勻。綜合考慮,認(rèn)為ZDMA含量分別為30phr、20phr時,有利于NBR/RHA/ZDMA雜化硫化涂層、NBR/RHA/ZDMA雜化發(fā)泡涂層綜合性能達到最優(yōu)。
　　以液態(tài)共混工藝制備了橡膠-金屬復(fù)合材料(包括炭黑填充的NBR發(fā)泡涂層,RHA填充的 NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層

12、、NBR/RHA復(fù)合硫化涂層、NBR/RHA/ZDMA雜化發(fā)泡涂層、NBR/RHA/ZDMA雜化硫化涂層),研究了NBR-金屬復(fù)合材料應(yīng)用于密封領(lǐng)域的基本性能,同時研究發(fā)泡 NBR-金屬復(fù)合材料(包括炭黑填充的NBR發(fā)泡涂層,RHA填充的NBR/RHA復(fù)合發(fā)泡涂層、NBR/RHA/ZDMA雜化發(fā)泡涂層)的聲學(xué)性能,探討了RHA作為填料及微孔結(jié)構(gòu)對吸聲、降噪的貢獻。制備的上述復(fù)合材料不僅用作密封材料,還可用于機械設(shè)備、機動車中作為減震降噪