畢業(yè)設(shè)計納米凹凸棒土在乙丙橡膠中的應(yīng)用研究

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）納米凹凸棒土在乙丙橡膠中的應(yīng)用研究（凹凸棒土與炭黑并用）nano - attapulgite clay in research and application of ethylene - propylene rubber ( attapulgite clay combined with carbon black )班級 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 導(dǎo)師單位 論文提交日期 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書課題名稱 納米凹凸棒土在乙丙橡膠中的應(yīng)用研究 課題性質(zhì) 生產(chǎn)和社會實際研究 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 導(dǎo)師職稱 一選題意義及背景本課題主要解決納米凹凸棒土部分替代炭黑用于乙丙

2、橡膠制品，同時對于推廣納米材料應(yīng)用領(lǐng)域，在塑膠跑道面層膠、汽車密封膠條、汽車橡膠配件、工程橡膠制品等有重要指導(dǎo)作用。研究主要涉及不同粒徑的凹凸棒土材料的變量對硫化特性、工藝性能的影響和物理機械性能的影響，找出代替或部分代替炭黑用于乙丙橡膠制品的有效途徑。二畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：內(nèi)容包括不同品種納米凹凸棒土材料（不同表面活性劑處理的品種和未經(jīng)過表面處理的品種）與炭黑并用對乙丙橡膠性能影響研究1） 結(jié)合不同產(chǎn)品性能指標(biāo)，對各種材料的選擇與論證，擬定變量試驗配方2） 膠料的制備3） 測定不同補強體系進(jìn)行硫化特性（硫化速度曲線、硫化參數(shù)t10、t90）、進(jìn)行試片硫化實驗4） 冷卻停放后測定硫化膠的

3、物理機械性能（硫化膠硬度、膠料門尼粘度、耐磨性能、撕裂性能、耐老化性能、拉伸強度、定伸應(yīng)力、拉伸永久變形和壓縮永久變形、扯斷伸長率、撕裂強度，并測定相應(yīng)性能，計算老化系數(shù)）對比5） 確定優(yōu)化配方，以最佳配方重復(fù)試驗一次，進(jìn)而對炭黑、白炭黑、納米凹凸棒土并用性能進(jìn)行研究，確定部分代替炭黑，以降低配方成本。三計劃進(jìn)度：畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)行主要分四個階段：1第一周查資料，寫開題報告3000字，同時擬定配方。2第二周第五周進(jìn)行變量試驗實驗、確定優(yōu)化配方、分析實驗數(shù)據(jù)。3第六周書寫畢業(yè)論文（30005000字），準(zhǔn)備畢業(yè)答辯，寫答辯提綱，制作多媒體答辯材料。4.第七周畢業(yè)論文答辯。四畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)束

4、應(yīng)提交的材料：1、原始數(shù)據(jù)記錄本2、開題報告3、畢業(yè)論文指導(dǎo)教師 ： 教研室主任： 年 月 日 年 月 日論文真實性承諾及指導(dǎo)教師聲明學(xué)生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實可靠，不存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。如被發(fā)現(xiàn)論文中存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為，本人愿承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任和一切后果。畢業(yè)生簽名： 日 期： 指導(dǎo)教師關(guān)于學(xué)生論文真實性審核的聲明本人鄭重聲明：已經(jīng)對學(xué)生論文所涉及

5、的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格審核，確定其內(nèi)容均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對他人論文及成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 凹凸棒土在乙丙橡膠中的應(yīng)用研究摘 要：本文研究納米凹凸棒土材料與炭黑并用對乙丙橡膠性能影響研究，結(jié)合不同產(chǎn)品性能指標(biāo)，對各種材料的選擇與論證，擬定變量試驗配方，膠料的制備，測定不同補強體系進(jìn)行硫化特性，硫化膠的物理機械性能對比研究?；鞜掃^程中，凹凸棒土分散速度慢，但膠料硬度變大。當(dāng)添加石蠟油時，出現(xiàn)膠料打滑、不包輥現(xiàn)象，膠料之后還會出現(xiàn)黏輥情況。為此在添加補強劑的同時添加石蠟油，這樣就可以加快膠料吃粉速度，改善加工工藝。硫化過后，膠料光潔度較好，均無氣

6、泡。研究表明：（1 ）凹土可以取代和炭黑并用作為橡膠補強材料;（2 ）應(yīng)用過氧化物體系硫化，能克服過氧化物及硫黃為主的體系硫化的缺點， 并能提高e p d m 橡膠的綜合性能;（3 ）at加入量為10份、n330 40份時綜合力學(xué)性能最好，補強效果好、可塑性好、壓縮變形小、扯斷伸長率高，可以大批量應(yīng)用與實際生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：凹凸棒土，三元乙丙橡膠application of attapulgite in ethylene - propylene rubber researchabstract：study on nano - attapulgite material in this article

7、and study on the effect of carbon black and on ethylene - propylene rubber, combined with performance indicators for different products, selection and demonstration of various materials to develop variable test formula, preparation of rubber compound, a vulcanizing properties of different reinforcem

8、ent system, comparative study on physical and mechanical properties of vulcanized rubber. in the mixing process, attapulgite clay dispersion slow, but larger rubber hardness. when a liquid paraffin is added, skids, excluding roll of rubber compound behavior occurs, rubber adhesive roll happens after

9、. to do this to add reinforcing agents while adding paraffin oil, so that you can speed up the eating of rubber compound powder speed, improved processing technology. after vulcanization, rubber finish better is no bubble. research indicates that : ( 1 ) au soil can replaced and carbon black and as

10、rubber supplement strong material ; ( 2 ) application peroxide system sulfide , can overcome peroxide and the sulfur yellow mainly of system sulfide of shortcomings , and can improve e p d m rubber of comprehensive performance ; ( 3 ) at joined volume for 10 copies , and n330 40 copies shi comprehen

11、sive mechanical performance best , supplement strong effect good , and plasticity good , and compression deformation small , and pulled broken elongation rate high , can large volume application and actual productionkeywords : attapulgite, epdm rubber目 錄第一章 前言11.1凹凸棒土的結(jié)構(gòu)及其成份11.1.1凹土電鏡照片11.1.2凹凸棒石晶體結(jié)

12、構(gòu)21.2乙丙橡膠的結(jié)構(gòu)及其性能21.3各種原材料的選擇與論證21.3.1生膠體系21.3.2硫化體系21.3.3 補強、填充體系31.3.4 軟化增塑體系31.3.5 防護(hù)體系3第二章 實驗部分32.1實驗原材料與實驗設(shè)備32.1.1實驗原材料32.1.2實驗儀器設(shè)備42.2 試驗配方42.3 膠料的制備42.4工藝流程52.5工藝要求52.5.1塑煉52.5.2混煉52.5.3硫化52.6測試項目與標(biāo)準(zhǔn)52.7 實驗結(jié)果與討論62.7.1 硫化特性62.7.2 門尼粘度72.7.1 物理機械性能82.8實驗分析10第三章結(jié)論10參考文獻(xiàn)10致謝11第一章 前言1.1凹凸棒土的結(jié)構(gòu)及其成份a

13、t棒土一種天然的一維無機納米材料，原料來源廣泛，制備成本低，易于較大批量生產(chǎn)，可較好的解決未來因納米技術(shù)改造傳統(tǒng)復(fù)合材料所出現(xiàn)的人工納米單元材料批量小、成本高等問題。因此利用at的一維納米棒晶對at進(jìn)行高附加值開發(fā)無論從理論上還是實際應(yīng)用都具有重要的意義。1.1.1凹土電鏡照片 圖1.1 凹土電鏡照片1.1.2凹凸棒石晶體結(jié)構(gòu)圖1.2 凹凸棒石晶體結(jié)構(gòu)模型1.2乙丙橡膠的結(jié)構(gòu)及其性能乙丙橡膠具有好的優(yōu)異性能：首先，乙丙橡膠以具有高度的耐臭氧性、耐候性而著稱，被譽為“無裂紋橡膠”。其他性能，如耐熱性、耐化學(xué)介質(zhì)性、耐紫外光，也較其他碳?xì)湎鹉z優(yōu)。另外，乙丙橡膠也具有高度的填充型，可填充大量的油類、

14、炭黑等而保持其有效物性，從而得到充油橡膠和高填充低成本制品。1.3各種原材料的選擇與論證1.3.1生膠體系：三元乙丙橡膠1.3.2硫化體系：在硫化體系上， 我們選擇了半有效硫化體系硫化， 即以硫載體代替硫黃對e p d m 膠料進(jìn)行交聯(lián)。可使其生成的硫化膠主要具有單硫鍵或雙硫鍵，因而可以改善膠料的耐熱和高溫下的壓縮變形性能，延長焦燒時間。采用促進(jìn)劑t m t d 作硫化劑。促進(jìn)劑t m t d 是有機載硫體，其加熱至1 0 0 以上可慢慢分解析出活性硫，有效硫含量為1 3 . 3 % ，一個t m t d 分子上只有一個硫原子能夠脫掉， 這樣可使硫化膠的橡膠烴分子之間形成c - s - c 單

15、硫鍵，從而有效地防止硫化膠的硫化后交聯(lián)老化。此外為增大硫化膠拉伸強度、定伸應(yīng)力，減少噴霜，還配有促進(jìn)劑ts和促進(jìn)劑dm。（1）多種促進(jìn)劑并用，容易達(dá)到硫化作用平衡。（2）許多促進(jìn)劑在較低濃度時，就會發(fā)生噴霜，因此用量不宜太高。（3）促進(jìn)劑這間的協(xié)同效應(yīng)，有利于導(dǎo)致硫化時間的縮短和交聯(lián)密度的提高。而不采用過氧化物硫化體系， 雖能使橡膠耐熱， 耐老化性能優(yōu)異，但該體系有臭味，硫化速度慢，抗撕裂性能低， 價格較高等缺點；不采用硫黃硫化體系， 雖其橡膠力學(xué)性能好， 但有耐熱性、永久變形差的弱點。我們所采用的半有效硫化體系正克服和改善了以上缺點。在半有效硫化體系中， 還應(yīng)用了無機活性劑z n o ，它在

16、e p d m 中有良好的導(dǎo)熱作用又起到協(xié)調(diào)促進(jìn)劑發(fā)揮促進(jìn)硫化的作用。它與t m t d 反應(yīng)生成鋅鹽，可加快硫化速度，改善硫化膠的物理機械性能， 應(yīng)用了有機活性劑硬脂酸與氧化鋅相結(jié)合， 則有促進(jìn)硫化作用。1.3.3 補強、填充體系三元乙丙橡膠屬非結(jié)晶橡膠,一般情況下只有加補強填充劑才有使用價值.三元乙丙橡膠可以較大量地充油和添加填充劑，但充油過多，由于硫化體系濃度降低和橡膠被稀釋，從而減慢硫化速度。我們采用了補強劑高耐磨爐黑n330，其具有加工性能好、硫化膠強度高、耐磨性能好的特點， 有助于硫化膠在性能上穩(wěn)定、提高。1.3.4 軟化增塑體系目前廣泛用于乙丙橡膠的增塑劑主要有石油系油,包括芳香

17、烴油、環(huán)烷油和石蠟油三大類；石油系油是乙丙橡膠最常用的增塑劑。我們選用石蠟油，石蠟油含揮發(fā)分最低，重量損失最小，填充石蠟油的膠料，壓縮變形較小。石蠟油既是增塑軟化劑， 又是防老劑。它可以增加膠料的粘著性， 有助于各種配合劑的分散和降低混煉溫度， 有良好的加工性能， 改善硫化膠的性能。1.3.5 防護(hù)體系乙丙橡膠具有優(yōu)越的耐老化性能，一般乙丙橡膠制品不需要加防老劑。第二章 實驗部分2.1實驗原材料與實驗設(shè)備2.1.1實驗原材料原材料名稱生產(chǎn)廠家epdm4050蘭州石化有限公司zno河南省固始縣鵬鑫鋅化有限公司硬脂酸中國石化有限公司石蠟油蘭州市西固城有限公司at玖川科技有限公司硫磺浙江黃巖浙東橡膠

18、助劑有限公司促進(jìn)劑dm中國石化南京化工廠2.1.2實驗儀器設(shè)備名稱生產(chǎn)廠家單刀式切膠機660-1型無錫市第一橡塑機械設(shè)廠開放式煉膠機xk-160無錫市第一橡塑機械有限公司平板硫化機qlb-50d/q無錫市第一橡塑機械公司無轉(zhuǎn)子硫化儀gt-m2000-a高鐵科技股份有限公司電子式拉力試驗機dl-2500n江都市新真威試驗機械有限責(zé)任公司門尼粘度試驗機gt-7080-s2高鐵檢測儀器有限公司電子比重直讀天平xs365m高鐵科技股份有限公司橡膠硬度計紹爾式lx-a型江都市真威試驗機械有限責(zé)任公司沖片機cp-25江都市試驗機械廠老化箱401b江都市真威試驗機械有限責(zé)任公司2.2 試驗配方原料名稱123

19、456epdm300300300300300300zno151515151515硬脂酸333333促進(jìn)劑tmtd2.42.42.42.42.42.4促進(jìn)劑ts1.51.51.51.51.51.5促進(jìn)劑dm4.54.54.54.54.54.5硫磺3.63.63.63.63.63.6n3301501209060300at0306090120150石蠟油303030303030總計5105105105105105102.3 膠料的制備由于e p d m 自粘性差，混煉時不易包輥，需要采用小輥距， 滾壓成連續(xù)片狀， 使其包輥后略放寬輥距， 進(jìn)行加料混煉， 因在膠料配方材料配合上采用硫黃給予體體系硫化，

20、 促進(jìn)劑t m t d 其硫化臨界溫度低（1 0 0 1 0 2 ）在加工中防止膠料焦燒， 在混煉后期加入， 同時要控制加入時的溫度和時間。混煉溫度為4 0 5 5 。e p d m 生熱大、升溫快，應(yīng)開通設(shè)備上的冷卻水來控制輥筒溫度及膠料溫度。2.4工藝流程本次試驗主要工藝流程圖如下：配料塑煉混煉 混煉下片、停放硫化 配合劑性能測試數(shù)據(jù)處理分析主要工藝流程圖2.5工藝要求2.5.1塑煉生膠塑煉是橡膠制品生產(chǎn)的基本工藝之一，是其他工藝過程的基礎(chǔ)，其目的是使生膠獲得適宜的可塑性。但是乙丙橡膠是飽和性橡膠，分子間作用力小，不需要太多塑煉三元乙丙橡膠塑煉效果差，采用開煉機塑煉，在低溫下稍薄通即可。2

21、.5.2混煉在煉膠機上將各種配合劑均勻的加入具有一定塑性的生膠中。在混煉過程中要保證配合劑均勻分散，否則會對橡膠的一些性能造成影響。輥距為（1.70.2）mm，前輥溫55，后輥60；薄通35次；下片后為（3.00.2）mm乙丙橡膠在混煉時缺乏粘著性，不易“吃”炭黑，不易包棍，混煉時采用窄棍距。先將生膠薄通10次左右，使其形成連續(xù)包棍膠后，再放寬棍距進(jìn)行加料混煉。棍溫應(yīng)控制在60左右，前棍溫度稍低于后棍?；鞜捀咛畛溆秃透咛畛鋭┑哪z料時，可將油和填充劑先混合后再加入到膠料中，以改善混煉操作?；鞜捈恿享樞蛏z氧化鋅、硬脂酸、促進(jìn)劑dm固體軟化劑填充補強劑液體軟化劑促進(jìn)劑tmtd、促進(jìn)劑ts硫磺。2.

22、5.3硫化通過無轉(zhuǎn)子硫化儀gt-m2000a 測出最佳硫化時間，然后將膠料停放24后放入平板硫化機qlb-100中，在165-170、1015mpa下硫化，使橡膠制品的宏觀特征、微觀結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化，從而獲得制品要求的物理機械性能和相應(yīng)的使用性能的試片。2.6測試項目與標(biāo)準(zhǔn)門尼黏度:測試參照gbt1232.12000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混煉膠門尼黏度測試；硫化特性測定：參照gbt16584 1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行橡膠硫化特性測試。硬度：以國家標(biāo)準(zhǔn)gbt 5311999測定sbr試片的邵式a型硬度。 密度：據(jù)阿基米德定律，物體浸沒在水中時，其浮力等于其體積與水密度積 拉伸性能：參照gb/t528 測定伸長率、定伸應(yīng)

23、力、拉伸應(yīng)力、永久變形撕裂性能：參照gb/t529 測定撕裂強度2.7 實驗結(jié)果與討論2.7.1 硫化特性c份數(shù)/at份數(shù)50/040/1030/2020/3010/400/50硫化特性測試溫度()170170170170170170最大轉(zhuǎn)矩（dn-m）17.56420.96622.38120.37120.60421.175最小扭矩(dn-m)1.8261.8792.2863.1364.1025.403t10（s）505557616858t90（s）124143176193274313t100（s）198193265382579717表一 硫化轉(zhuǎn)矩對比曲線有表一可以看出隨著炭黑分?jǐn)?shù)的減少，凹凸

24、棒土份數(shù)的增加，最小硫化轉(zhuǎn)矩逐漸提升，最大轉(zhuǎn)矩也成上升趨勢，并且在c90份/at60份時轉(zhuǎn)矩最大，說明此時膠料的交聯(lián)密度最大。 表二 不同配方t10、t90、t100對比曲線由表二可知，工藝正硫化時間t90和理論正硫化時間t100均隨著炭黑分?jǐn)?shù)的減少凹凸棒土份數(shù)的增加，而不斷增加。說明膠料硫化時間延遲，硫化速度減慢。c份數(shù)/at份數(shù)50/040/1030/2020/3010/300/50門尼粘度lm 52.852.860.969.277.889.4maxmoony83.073.695.5100.0111.8120.72.7.2 門尼粘度表三 門尼粘度對比曲線由表三可知門尼粘度隨著炭黑分?jǐn)?shù)的減少

25、，凹凸棒土份數(shù)的增加，門尼粘度在不斷增加，說明膠料可塑性越來越差。2.7.1 物理機械性能c份數(shù)/at份數(shù)50/040/1030/2020/3010/300/50物理機械性能測試?yán)鞆姸萴pa17.9220.7319.2716.1610.816.43100%定伸應(yīng)力mpa2.482.552.652.202.162.04300%定伸應(yīng)力mpa7.406.475.724.203.593.29最大伸長率%509650641773782845壓縮永久變形22%44%42%52%48%55%表四 拉伸性能曲線由表四可知隨炭黑用量的減少，拉伸強度隨之降低，并知道當(dāng)c120/at30時拉伸強度最大。表五 最大伸長率 由表五可知膠料伸長率隨著炭黑用量減少，越來越高表六 壓縮永久變形曲線由表六可知壓縮永久變形隨炭黑用量減少而升高 2.8實驗分析混煉過程中，但一開始填充凹凸棒土?xí)r，原本包輥的乙丙橡膠整體性被破壞，出現(xiàn)粗糙、破碎的想象，填料分散速度慢，經(jīng)過3分鐘左右后，膠料重新可以包輥，但硬度變大。當(dāng)添加石蠟油時，出現(xiàn)膠料打滑現(xiàn)象，膠料不包輥，必須在滾筒上撒一些粉狀填充劑才能好轉(zhuǎn)，之后還會出現(xiàn)黏輥現(xiàn)象。為此在添加補強劑的同時添加石蠟油，這樣就可以加快膠料吃粉速度，改善加工工藝。黏輥可能與輥溫有關(guān)，輥溫過高或過低都有可能使膠料黏輥。