国产稀土异戊橡胶的微观结构、基本性能及其在轮胎胎面胶的应用研究

摘要

异戊橡胶是替代天然橡胶最好的一种合成橡胶。随着我国橡胶需求量的不断扩大和天然橡胶价格的不断高涨，加之国内碳五资源日益丰富，为异戊橡胶产业化提供了充分的条件。国内企业采用稀土催化剂生产异戊橡胶，进口异戊橡胶则基本采用钛系催化剂生产，本文对国产异戊橡胶性能进行了应用研究，为国产稀土异戊橡胶的工业化应用和推广使用提供数据和参考。主要工作如下:
　　 1、通过凝胶色谱仪、差示扫描量热仪和红外光谱对马来西亚20＃标准橡胶(SMR20)、青岛伊科思新材料股份有限公司异戊橡胶(IR70)和俄罗斯异戊橡胶(SKI-3)进行分析研究，发现与SMR20相比，IR70和SKI-3的数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)均小。在氮气气氛下，两种异戊橡胶的耐热性能优于天然橡胶。两种异戊橡胶的玻璃化转变温度高于天然橡胶。在红外谱图上，SMR20在1538cm-1处附近会出现一个弱的蛋白质吸收谱带，IR70和SKI-3均没有此吸收峰，此峰是区别天然橡胶和合成异戊二烯橡胶的关键。
　　 2、采用ASTMD3403-异戊二烯橡胶(IR)的评价方法对国产异戊橡胶的基本性能进行检测，结果表明，在IR70与SMR20的并用胶中，随着IR70用量的增加，胶料的正硫化时间(T90)延长，焦烧时间延长，加工性能变差，炭黑分散性不变。硫化胶的邵尔A型硬度、300％定伸应力、回弹性和撕裂性能逐渐下降，当IR/NR并用比大于50/50时，胶料性能下降速度明显;而在添加IR后，胶料的压缩生热性能和耐屈挠性能变好。综合各种性能和节约成本考虑，NR/IR并用比为50/50时，具有实际的应用前景。
　　 3、在全钢载重胎胎面胶进行试验，结果表明，采用密炼机加工胶料，随着IR用量的增加，密炼机能耗逐渐降低，当IR/NR并用比为100/0时，混炼能耗能降低13％,并且排胶温度也随之降低，为工厂节能减排带来显著效果，也保证胶料混炼过程的安全性。随着IR用量的增加，胶料的加工性能变差，加工安全性能变好，胶料的口型膨胀相近，混炼胶的T90逐渐延长，当IR/NR并用比为100/0时，混炼胶T90延长了约63％，当提高促进剂用量时（增加20％），混炼胶的正硫化时间缩短，接近纯天然橡胶配方正硫化时间。随着IR用量的增加，胶料的硬度降低、拉伸强度降低、300％定伸应力降低降低、扯断伸长率上升，当纯IR胎面配方中增加20％促进剂用量后，胶料硬度上升、300定伸应力上升、扯断伸长率降低，其性能接近天然橡胶配方性能。随着IR用量的增加，回弹性和磨耗性能与NR配方相差不大，但撕裂强度和耐切割性能降低，IR与NR相比，耐切割性能下降37％，加入更多量促进剂后，耐切割性能下降49％。但其他物理机械性能，如压缩生热、曲挠龟裂和滚动阻力性能都变好。通过硫化胶动态力学分析(DMA)预测轮胎使用性能可知，在干牵引性能方面，NR配方性能略好于IR配方。但滚动阻力性能IR配方好于NR配方。其他动态力学性能相当。经过热空气老化后NR比IR配方胎面胶性能更好。
　　 综上所述，轮胎生产企业在使用青岛伊科思新材料股份有限公司IR70产品时，建议IR/NR并用比为50/50，不用调整或稍微调整配方即可使用。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 天然橡胶

1．1．1 天然橡胶介绍

1．1．2 天然橡胶组成、性能及应用

1．1．3 天然橡胶供需状况

1．2 异戊橡胶

1．2．1 异戊橡胶介绍

1．2．2 异戊橡胶供需现状

1．2．3 异戊橡胶的结构及性能

1．2．4 异戊橡胶的聚合技术

1．2．5 异戊橡胶的改性

1．3 异戊橡胶应用研究进展

1．4 本课题目的和意义

第二章 实验部分

2．1 实验原材料

2．2 实验设备

2．3 实验配方

2．4 试样制备

2．5 测试方法

第三章 结果与讨论

3．1 微观结构

3．1．1 基本分子量

3．1．2 热失重

3．1．3 玻璃化转变温度

3．1．4 红外

3．1．5 小结

3．2 异戊橡胶检验配方性能

3．2．1 硫化特性与加工性能

3．2．2 分散性能

3．2．3 物理性能

3．2．4 小结

3．3 异戊橡胶在轮胎胎面胶中的性能

3．3．1 混炼工艺

3．3．2 加工性能

3．3．3 硫化特性

3．3．4 加工安全性能

3．3．5 交联密度

3．3．6 SEM

3．3．7 物理机械性能

3．3．8 DMA动态力学性能

3．3．9 老化性能

3．3．10 小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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