炭黑的改性及其在三元乙丙橡胶中的应用

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1、——___●_______—●-__●____●_-———__-_--___-——●___I_●___-_———__-———————一——摘要本文采用固念原位接枝改性的方法制备了甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸2一羟乙酯(2-HEMA)和N一羟甲基丙烯酸胺(NMA)改性的炭黑，并将其应用到三元乙丙橡胶(EPDM)中。本论文首先讨论了改性过程中单体用量、反应时间和反应温度对改性炭黑表面性能以及接枝率的影响；还研究了改性炭黑补强EPDM橡胶的硫化性能、物理机械性能以及加工性能。采用热重分析(TGA)和透射电镜(TEM)研究了改性炭黑的表面化学结构

2、。结果表明改性炭黑表面接枝有GMA、HEMA和NMA。TGA分析表明改性炭黑的热分解温度有所降低；透射电镜(TEM)的观察结果表明改性炭黑的二次结构尺寸减小。采用动力学分析(DMA)、扫描电镜(SEM)和结合橡胶测定等方法研究了GMA、HEMA和NMA用量对改性炭黑增强EPDM橡胶硫化性能和物理机械性能的影响。研究结果表明：GMA和HEMA改性炭黑对EPDM胶料有明显的促进交联的作用，而少量NMA的存在抑止了硫化速率；当GMA、HEMA和NMA用量分别为3．75phr、3phr和3phr时，EPDM硫化胶各项物理机械性能最佳，其中，GMA改性炭黑补强E

3、PDM硫化胶的100％和300％定伸应力、拉伸强度和撕裂强度等物理机械性能最好，硬度最大，而HEMA改性炭黑补强EPDM硫化胶的疲劳性能最好，提高了九倍之多。动态力学分析(DMA)和交联密度测试表明改性单体参与了橡胶的交联反应使得硫化胶形成“整体网络效应”；结合橡胶测试的结果表明适量的结合橡胶有利于EPDM硫化胶物理机械性能的提高：SEM分析表明改性炭黑与EPDM胶料的相容性得到改善，分散性得到提高。采用橡胶加工分析仪RPA2000分析了GMA、HEMA和NMA改性炭黑对加工性能的影响。结果表明，改性炭黑改善了EPDM胶料的加工性能，提高了炭黑在胶料中

4、的分散性。同时，改性炭黑增强的EPDM硫化胶的损耗因子减小，使其内耗和生热减少。关键词改性炭黑；三元乙丙橡胶(EPDM)；甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)甲基丙烯酸2--羟乙酯(HEMA)；N一羟甲基丙烯酸胺(NMA)ABSTRACTThecarbonblackmodifiedwithglycidylmethacrylate(GMA)，hydroxyethylmethacrylate(HEMA)andhydroxymethylamide(NMA)werepreparedbysolidstategraftinginsitu，andthemodifiedca

5、rbonblackswereusedinethylene．propylene—dienemonomerrubber(EPDM)．Firstly,theeffectsoftheproportionofmonomer，timeandtemperatureOffthesurfacepropertiesofthemodifiedcarbonblackandthegraftingpercentagewereinvestigated；secondly，thevulcanizationproperties，physicalmechanicalpropertiesan

6、dprocessabilityoftheEPDMrubberreinforcedbymodifiedcarbonblackwerestudied．Thechemicalstructureofthemodifiedcarbonblackswasinvestigatedbythermogravimetricanalyzer(TGA)，andtransmissionelectricitymirror(TEM)．Theresultsshowedthattheglycidylmethacrylate(GMA)，hydroxyethylmethacrylate(H

7、EMA)andhydroxymethylamide(NMA)weresuccessfullygraftedOffthesurfaceofthecarbonblack．TheresultsofTGAshowedthattheheatdecomposingtemperatureofthemodifiedcarbonblackswasdecreased．ThephotographsofTEMshowedthatthemodificationdecreasedsecondstructureofthemodifiedcarbonblacks．Theeffects

8、ofGMA，HEMAandNMAcontentsonthecurecharacteristic