有机蒙脱土在橡胶中的耐磨机理与应用分析

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1、引言引言磨耗性能是橡胶制品的一项非常重要的性能指标，它主要表征硫化胶抵抗摩擦力作用下因表面破坏而使材料损耗的能力。目前我国是世界第一橡胶消费大国，占世界橡胶消耗量的近20％，同时国内的橡胶资源十分匮乏，半数以上都需要进口。轮胎是橡胶制品中耗胶量最大的品种，占我国耗胶量的50％左右，每年因为橡胶磨损破坏的数量非常惊人。在轮胎、胶管、胶带、密封件及鞋底等橡胶制品中，人们对于其耐磨性的要求越来越高。耐磨耗性是一个与橡胶制品使用寿命密切相关的力学性能，提高橡胶制品的耐磨性能和使用寿命，可以在节约原材料、能源、润滑剂等方面带来非常可观的经济效益和社会效益。因此，国内外

2、的专家和学者对此产生了浓厚的兴趣，橡胶磨损磨耗研究成为当今材料摩擦学领域研究的热点之一。纳米复合材料是近年来迅速发展起来的一种新型复合材料，它是采用不同的技术把各种纳米材料与原材料进行复合，充分发挥纳米粒子的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，从而赋予了纳米复合材料许多特殊的性能。纳米复合材料的提出为高分子材料改性和高性能化开辟了崭新的途径，为获得多功能性和优异性能的材料提供了一条有效途径。‘聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料是纳米复合材料中很重要组成部分，由于蒙脱土具有特殊的纳米层状结构，经过一定的有机化改性后可以使蒙脱土片层间距增大

3、，并且以纳米级尺寸均匀地分散在聚合物基体中，制备出插层型或剥离型的纳米复合材料，从而赋予聚合物优异的力学性能、阻隔性、耐磨性、耐溶剂性、耐热性及耐候性等。另外，纳米蒙脱土还具有低填充高补强的特点，一般情况下在橡胶中添加3％～5％的有机蒙脱土，就可以使橡胶的综合性能得到很大程度的提高。纳米层状硅酸盐的出现打破了炭黑和白炭黑占主导地位的传统局面，粘土硅酸盐材料在我国资源丰富，且由于蒙脱土片层特殊的结构，与橡胶复合后不仅提高了复合材料的拉伸强度、撕裂强度、弹性模量和阻隔性能等，而且在磨损的过程中蒙脱土片层还会阻碍裂纹的扩展和气体的扩散，从而降低了对偶面对橡胶的磨损

4、破坏，提高了橡胶的耐磨性。但是，目前国内外仍然没有关于有机蒙脱土对橡胶耐磨性及耐磨机理的研究，只有弄清楚有机蒙脱土在橡胶中的耐磨机理，才能够确定橡胶制品耐磨性与橡胶物理机械性能之间的关系，这也为有机蒙脱土在橡胶制品中的工业化生产打下坚实的基础。因而，有机蒙脱土对橡胶耐磨性影响及耐磨机理的研究就显得非常重要，且具有十分重要的理论研究和应用价值。本课题是在实验室多年研究聚合物／有机蒙脱土纳米复合材料的基础上，采用传统的机械共混法制备了几种有机蒙脱土／橡胶纳米复合材料，研究了不同牌号OMMT的耐磨性与橡胶之间的关系，并且分析讨论了OMMT的含量对NR及并用胶耐磨性

5、青岛大学硕士学位论文的影响，采用TEM和SEM对纳米复合材料的亚微观结构及磨耗表面形貌进行了表征，并分析讨论了OMMT的耐磨机理。结合OMMT的耐磨机理，分析讨论了OMMT在轮胎胎面胶、胎侧胶及耐磨胶管工业配方中的应用价值。研究表明，制备出的纳米复合材料都具有优异的耐磨性能，具有极高的理论研究价值和实际应用价值，也为将来有机蒙脱土的工业化应用、降低生产成本奠定基础，它必将成为一个新兴的极富生命力的研究领域。本课题注重OMMT耐磨机理的理论分析和各项物理机械性能的研究，并结合生产实际对工业化生产配方进行了相应的初步研究，这对橡胶／层状硅酸盐纳米复合材料的工业化

6、生产和理论研究具有重要的指导意义。2第一章文献综述1．1前言橡胶是非常重要且用量很大的工业材料之一，据有关部门不完全统计，2003年我国橡胶总消耗量为280万吨，已超过美国，列世界第一。另外，根据《中国橡胶工业发展战略研究》猜测，2010年，我国生胶总消耗量将达N500万吨。而磨耗性能是橡胶制品非常重要的性能指标之一，如橡胶轮胎的耐磨性能、刹车性能和行车效率、胶管、密封件、传送带、活塞环及鞋底的耐磨性等【l】，它们在使用过程中必然会产生摩擦与磨损，制品的使用安全性及材料的失效等问题都与其摩擦磨损性能密切相关。提高橡胶制品的耐磨性能，延长其使用寿命，在节约原材

7、料、能源和润滑剂等方面可以带来非常可观的社会效益和经济效益。因此，关于橡胶摩擦磨损的研究早已成为材料摩擦学研究的热点之一。橡胶制品的摩擦性能在许多应用场合都非常重要，在各种路面状况下行驶的汽车轮胎，其摩擦力的大小不仅影响轮胎的磨损磨耗，而且还涉及到行车的安全性，汽车在启动、快速拐弯或紧急刹车时往往需要较大的摩擦力，但是为了减少磨损和提高行车效率又希望减小滑动摩擦力；往复运动和旋转运动的橡胶密封件处在与金属表面相对滑动的摩擦过程中，会使橡胶件产生磨损和生热，最后导致密封件失效。此外，胶鞋、运输带和制动阀的衬里等橡胶制品也都需要有较大的摩擦系数。半个世纪以来，国

8、内外的科研工作者通过表面处理、添加各种耐磨粒子等方法