天然橡胶发泡材料的制备和结构性能的研究

ucan

天然橡胶发泡材料的制备和结构性能的研究
$ X4 @+ E2 |! }9 l* i9 f- k摘要
$ V% ]& x' _9 j( n- ^' y" u9 K弹性体发泡材料由于多孔特性，广泛应用在抗冲减震隔音保温等领域。减轻材料重量、提高材料性能一直都是工业界追求的目标，而材料的泡沫化显著地拓宽了其在工程领域中的应用。目前橡胶发泡材料的生产技术超前于基础研究，多数依靠经验和大量实验来订制配方和工艺。定性与定量地探讨发泡与硫化过程的相互匹配，成为橡胶发泡领域必不可少的应用基础研究。本文以天然橡胶(NR)为基体，以发泡剂H为主发泡剂，旨在系统地定量地研究NR发泡材料的制备过程，以及发泡材料的结构与性能之间的关系。
% h: z0 e: \- c& N$ g( [' s4 M3 J: q4 u传统的方法测定发泡剂分解规律需要特殊装置，操作和数据处理复杂，因此寻找一种简单快速的测定发泡剂分解特性的方法是非常必要的。本文应用无转子发泡硫化仪同时测定胶料的硫化特性与发泡特性，通过一系列配方设计，归纳出用硫化仪测定的压力曲线来表征发泡胶料发泡特性的最佳条件，从而使硫化仪测定的发泡曲线能够正确的表达的发泡剂在橡胶介质中的分解规律，并以此进行发泡动力学研究。本文进一步应用这种表征方法，详细研究了用发泡剂H制备NR发泡材料的过程，系统探讨了发泡体系、硫化体系以及工艺条件对NR发泡材料性能的影响规律，发现发泡剂与硫化剂两者之间在硫化发泡过程中相互影响，发泡助剂的应用或发泡剂之间并用能有效地调节发泡特性。同时结合发泡体的密度以及泡孔形态，为设计特定性能的发泡材料，定量地提供了相关实验参数。最后，我们还通过压缩应力应变曲线研究了发泡材料的压缩行为，以吸能能力W、吸能效率E和理想参数I系统地研究了NR发泡材料的能量吸收特性。
. R' G3 N+ l7 t- Y4 @) [本论文对于检测橡胶发泡胶料的发泡特性提供了简便有效的方法，对橡胶发泡材料的配方与工艺设计提供了指导，兼具理论意义和实用意义。
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关键词：天然橡胶；发泡材料；发泡剂；发泡特性；压缩特性

& S3 g, h" Q- Q) e8 e" o$ S5 u4结论
5 z" o7 ]0 G4 i# n9 l$ |" d本论文应用无转子发泡硫化仪同时测定橡胶发泡胶料的硫化特性与发泡特性，系统考察了用发泡剂H制备天然橡胶发泡材料的过程。研究了配方与工艺等各种因素对硫化和发泡过程的影响，定量地表征了发泡剂以及硫化体系对发泡材料结构性能的影响，并在着重研究了NR发泡材料的压缩行为与能量吸收特性。主要结论如下：
1.无转子发泡硫化仪测定的压力在一定条件下能够正确地表征发泡胶料的发泡特性，即在体积填胶量为模腔体积的70%，发泡剂H的用量不超过10份时，其测定的压力差与发泡剂的用量成正比，且重现性好，此时的发泡曲线可以用于胶料发泡动力学的研究。
2.影响发泡过程的主要因素包括发泡剂的种类和用量、发泡助剂和硫化体系。经发泡剂AC，OBSH和H在橡胶介质中的分解特性比较，发泡剂H在天然橡胶正常硫化温度下的分解特性易与硫化过程匹配，发泡助剂尿素可以提高H的发气量并加快其发泡速度。发泡剂相互并用时发气量比单独使用两种发泡剂的发气量总和要大，表现出协同作用。
3.发泡剂也影响橡胶的硫黄硫化过程，OBSH发泡剂延迟焦烧时间，降低了硫化速度。发泡剂H缩短了焦烧时间和正硫化时间，加快了硫化速度。发泡剂AC对硫化的影响较小，与硫化温度下AC未发生分解相关。
4.影响发泡材料的性能的因素主要有发泡剂含量、填料含量和工艺条件。发泡剂H用量增加，发泡体密度减小，但H用量超过10份时对减小密度的作用已不明显。填充剂的应用提高了发泡体的尺寸稳定性，随着填料用量的增加发泡材料泡孔尺寸的多分散性增大。
5.天然橡胶发泡材料的压缩应力应变曲线有两个阶段：线形弹性阶段，致密化阶段。随着发泡材料密度的减小，线形弹性区变宽，相对弹性模量降低。吸能能力W取决于材料的密度和外加应力的大小。用吸能能力－应力图可以很好的表示不同密度材料吸收的能量，从而为可以为某一特定用途选择密度最合适的发泡材料。材料的吸能效率E和理想参数I都是衡量橡胶发泡材料能量吸收特性的重要参考指标。
6.对于橡胶发泡材料而言，其应力松弛行为不仅包含高分子链段的松弛，还包含在外压作用下气体扩散的影响。发泡倍率高的发泡材料，应力松弛速度更快，且松弛程度更高。
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6 L! b* ]# ?5 B, J2 o[ 本帖最后由 ucan 于 2008-7-10 08:32 编辑 ]

ucan

目录
: E2 _2 q% O6 E: \& L3 f, |/ N) Q1前言.........................................................................................................................1
1.1发泡材料的概述..................................................................................................1
1.1.1分类......................................................................................................................1
1.1.2制备方法..............................................................................................................2
1.2弹性体发泡材料的发展概况.....................................................................................3
# s1 O' o' V. a- |. ?" p- P+ X8 d: E1.2.1橡胶发泡材料的制备工艺..................................................................................4
/ o9 @/ G* w9 Y1.2.2橡胶发泡材料的原料..........................................................................................6
8 T- g. `+ n' Q1.3发泡材料的应用.......................................................................................................10
1 d  n# b" v% U$ B2 l1.4橡胶发泡材料的相关研究.......................................................................................10
1.4.1发泡与硫化的匹配及对发泡材料影响............................................................11
; q1 \. K, l  P! v$ J8 |3 F1.4.2发泡剂及其分解规律........................................................................................12
1.4.3硫化动力学研究................................................................................................13
6 M& B5 w# o+ E, P4 T9 L6 ]1.5天然橡胶...................................................................................................................14
0 W9 C2 r' ~  V! C1.6本文研究目的和内容...............................................................................................14
2实验部分.........................................................................................................................15
2.1原材料.......................................................................................................................15
$ a/ E* R7 p; v2.2试样制备...................................................................................................................15
* K  l6 J( Z- y0 {7 I2.3硫化特性和发泡特性的测试...................................................................................16
2.4密度测定...................................................................................................................16
0 v4 Q( w) A$ ^7 C6 N2.5扫描电镜观察...........................................................................................................17
# l* v6 K; B3 b2 G% Y2.6硬度测试...................................................................................................................17
2.7压缩应力应变曲线测试...........................................................................................17
( |% m9 s) K$ L2.8压缩应力松弛...........................................................................................................17
' X2 m, y* g. i8 X5 P% X3结果与讨论.....................................................................................................................18
3.1发泡剂分解特性的表征...........................................................................................18
3.1.1用无转子发泡硫变仪表征胶料发泡特性........................................................18
3.1.2用发泡硫化仪测试发泡剂H在橡胶中的分解动力学规律...........................23
" h5 S" V+ u9 Q6 q! J; V3.2硫化与发泡过程的影响因素...................................................................................24
3.2.1橡胶发泡过程浅析............................................................................................25
$ X# ]7 w. |* L7 J# m3.2.2发泡剂种类对发泡过程的影响........................................................................26
% C& W% b9 h; h$ E3.2.3发泡助剂对发泡过程的影响............................................................................28
3.2.4硫化体系对发泡过程的影响............................................................................29
3.2.5发泡剂并用对发泡过程的影响........................................................................29
- P' h" H* Q% D! g3.2.6硫化过程的影响因素........................................................................................30
2 r: N$ J+ ^# h3 H! e3.3 NR发泡材料的制备及其物理性能.........................................................................32
2 t. G' @$ _" B% ~7 v3.3.1发泡剂含量的影响............................................................................................32
4 d5 D! x& I3 r: J) v' D& o& q9 Y3.3.2 CaCO3含量的影响.............................................................................................35
3.3.3温度对硫化和发泡曲线的影响........................................................................37
+ L9 E: |* _; @* j6 p9 Y+ a3.3.4加工工艺的影响................................................................................................39
- [* G3 ~6 E$ K0 O3 g3.4发泡材料压缩特性与能量吸收特性的研究...........................................................41
3.4.1基本配方............................................................................................................42
3.4.2 NR橡胶发泡材料的压缩行为...........................................................................43
( e9 i- H6 \2 L  ]( i5 P3.4.3 NR橡胶能量吸收特征.......................................................................................44
6 W" V9 y; Z8 y3.4.4发泡材料的应力松弛........................................................................................49
' K) I& [( g1 }: i* E* Q1 _4结论.................................................................................................................................51

LIUJUN_757

谢谢楼主........

张先生

真好需要这方面的资料，谢谢楼主的及时雨。

张先生

刚花了我5个积分没能下载。

ucan

原帖由 张先生 于 2008-7-16 15:15 发表

9 g; O0 H5 B2 z9 N0 ^                               
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我在广州

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rna770

谢谢!学习..

nmhsg

好资料，学习学习。

evajane

好东西啊！
( J3 Y* C9 Q; E$ r谢谢楼主