海泡石矿物与炭黑协调补强三元乙丙橡胶的制备与性能研究

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1、分类号：TB332密级：公开UDC：620编号：201421801025河北工业大学硕士学位论文海泡石矿物与炭黑协调补强三元乙丙橡胶的制备与性能研究论文作者：丁德宝学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料物理与化学指导教师：汤庆国职称：研究员DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsPhysicsandChemistrySTUDYOFPREPARATIONANDPROPERTIESOFTHEEPDMREINFORCEDBYCARBONBLACKANDSEPIOLiTEby

2、DingDebaoSupervisor:Prof.TangQingguoMay2017摘要炭黑作为橡胶填料，为复合橡胶的高性能、大规模应用提供了保障。炭黑在生产过程中会释放大量温室气体和粉尘等环境污染物，并且完全依赖化石燃料，生产成本较高。近年来，人们对环保日益重视，寻求绿色、环保、功能化的橡胶填料逐渐成为研究热点。海泡石是一种纳米级纤维矿物，不仅储量丰富、无污染、低成本，而且对复合材料的补强性能优越，有望替代炭黑作为复合橡胶补强填料。所以，本文拟采用三元乙丙橡胶（EPDM）为基体，使用改性海泡石和炭黑作为填料，制备一种新型的汽车密封材料。研究双相填料的协同作用对复合橡胶力学性能的影响，并

3、对其补强橡胶机理进行初步探讨。通过正交试验对橡胶硫化配方中助剂用量进行了优化，并在此基础上对改性方法、球磨机转速、盐酸浓度进行了研究，得到了最优改性工艺。并以不同类型硅烷偶联剂以及钛脂酸偶联剂改性的有机化海泡石为填料，补强三元乙丙复合橡胶。当硅烷偶联剂KH-570的用量为4%时的补强效果最佳，这是由于改性后的海泡石粉体与橡胶基体的相容性提高、分散性得到明显改善。对改性粉体的傅里叶红外光谱分析（FTIR）证实改性海泡石表面接枝了-CH2、-CH3、-C=O等特征官能团，光电子能谱分析（XPS）和热重分析表明，改性过程中，偶联剂官能团与海泡石表面Si-OH上的O原子上发生接枝反应，且当偶联剂含

4、量为3%时，化学接枝率约为38.3%。海泡石/炭黑协同补强橡胶实验表明，当KH-570用量为4%，海泡石/炭黑质量比为7:3，填料总量为100份时，填料补强效果最佳，复合橡胶拉伸强度达到14.28MPa，扯断伸长率达到301.56%，与炭黑补强复合橡胶相比，拉伸强度虽然略有降低，但扯断伸长率升高了125.6%，超过国标对汽车密封材料力学性能要求的两倍，从而显著降低生产成本。动态热机械测试分析（DMA）表明，使用改性海泡石部分取代炭黑填充复合橡胶，可明显减缓其储能模量下降的速度。随海泡石用量增多，复合橡胶损耗因子tanθ峰值减小且向高应变方向移动，表明海泡石的加入使复合橡胶内网络结构承担形变

5、的能力得到更好的改善。关键词：海泡石EPDM双相填料化学接枝率网络结构IABSTRACTCarbonblack,asakindofreinforcingfillerforrubber,providesaguaranteeforhighperformanceandapplicationofcompositerubber.Itwillreleasealotofgreenhousegasesandotherenvironmentalpollutantswhencarbonblackhasbeenproducted.Inaddition,theproduceofcarbonblackcomplet

6、elydependonfossilfuelsandneedhighercosts.Inrecentyears,peopleincreasinglypayattentiontoenvironmentalprotection,soithasgraduallybecomeahotresearchtoseekthegreenandfunctionalrubberfiller.Sepioliteisananoscalefibermineral,whichisplentiful,withnopollutions,lowcosts,isexpectedtoreinforcerubberreplacing

7、carbonblack.Therefore,inthispaper,sepiolitemodifiedbycouplingagentandcarbonwereadoptedasfillersofEPDM,whichhasbeenpreparaedanewtypeofautomotivesealingmaterial.Theeffectofsynergisticeffectofbiphasicfilleronmechani