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纤维素 丁苯橡胶 复合 性能 研究

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毕业论文任务书论文题目： 纤维素/丁苯橡胶复合材性能的研究 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074420 学生： 李雪飞 指导教师（含职称）： 孟美俊（讲师） 1课题意义及目标以丁苯橡胶为主体材料，用纤维素和其他补强剂，制得复合材料，对其力学性能和耐磨性能进行研究，对复合材料界面的形成及作用机理进行研究。通过合理的配方设计，研究复合材料所具备的较好的性能。对影响性能各种主要因素进行讨论。2主要任务 1）确定基础配方和性能配方；2）纤维素的处理；3）确定合理的工艺路线；4）进行力学基本性能测试和相应结构表征测试；5）对影响耐磨性能各种主要因素进行控制和考察；6）用扫描电镜等对其微观结构进行分析；7）对比实验结果，得出结论，完成毕业论文的撰写工作。3 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的实验研究方案；2）认真做好各环节实验，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决实验中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4. 主要参考资料 1 胡波. 丁苯橡胶磨耗性能的影响因素及机理探讨J. 橡胶参考资料, 2004(1): 67-70.2 董凌波. 溶聚丁苯胶耐屈挠疲劳性能的研究J. 特种橡胶制品, 2009(9): 1310-1312.3 黄玉东编著. 聚合物表面与界面技术M. 化学工业出版社, 2003(5): 30-35.5进度安排论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定实验方案 1月3日3月18日2购买原材料，制定实验方案，技术路线 3月19日3月25日3改变纤维素含量制备丁苯/胶纤维素复合材料 3月26日5月8日4对复合材料的性能进行测试（拉伸、撕裂，硬度等） 5月9日6月1日5分析实验数据，查漏补遗 6月2日6月4日6完成毕业论文及答辩工作 6月4日6月22日 审核人： 年 月 日 太原工业学院毕业论文开题报告学 生 姓 名：李雪飞学 号：102074420系 部：材料工程系专 业：高分子材料与工程论 文 题 目：纤维素/丁苯橡胶复合材料性能的研究指导教师:孟美俊 2014年3月18日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生的“学号”要写全号（如072074123），不能只写最后2位或1位数字；4. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”；5. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 开 题 报 告一论文研究目的及意义：1研究目的： 以丁苯橡胶为基体材料，纤维素为增强材料及相应的配合剂，制得复合材料，对其力学性能和相关性能进行研究。2 研究意义： 丁苯胶是一种产量最大的合成橡胶，据统计1991年全世界总产量为7.55Mt，约占合成橡胶的55%，占全部橡胶的34%，其中大约有70%用于轮胎业。 橡胶的磨耗性能是橡胶制品的一项非常重要的指标，橡胶制品耐磨性的好坏与他们的使用寿命和使用安全密切相关，因此对橡胶耐磨性的研究是当今摩擦学研究的热点。 对于各种辊、胶带等制品来讲，由于其使用条件与其他的橡胶制品不同，因此摩擦特性、耐磨特性是其重要的物性之一。 通过研究，增强其力学性能与耐磨性，有助于改善制品品质延长使用寿命。对于该产品的开发研究具有重要的市场价值。二国内外研究进展：丁苯橡胶是苯乙烯和丁二烯的共聚物。丁苯橡胶按聚合方法分类，可分为乳液聚合和溶聚二种，乳液聚合丁苯橡胶的合成技术是由德国I.G.Farben公司1933年研制成功的。溶聚丁苯橡胶是60年代投入工业化生产的，由于这种胶具有较低的滚动阻力，故发展较快。据统计丁苯橡胶在1991年全世界总产量为7.55Mt，约占合成橡胶的55%，占全部橡胶的34%，其中大约有70%用于轮胎工业。丁苯橡胶是浅黄色弹性固体，密度随苯乙烯含量的增加而变大，耐油性差，但介电性能较好，橡胶抗拉强度只有20-35Kg/cm2，加入炭黑补强后，抗拉强度可达250-280Kg/cm2；其黏合性弹性和形变发热量均不如天然橡胶，但耐磨性耐自然老化性耐水性气密性等却优于天然橡胶，因此是一种综合性能较好的橡胶。丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好，价格低，在多数场合可代替天然橡胶使用，主要用于轮胎工业，汽车部件、胶管、胶带、胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品。丁苯橡胶是一种耗量最大的通用合成橡胶，应用广泛，除要求耐油、耐热、耐特种介质等特殊性能外的一般场合均可使用。丁苯橡胶主要应用于轮胎工业。在轮胎工业中，丁苯橡胶在轿车胎、小型拖拉机胎及摩托车胎毕 业 论 文 开 题 报 告中应用比例较大，而在载重胎及子午胎中的应用比例则较小。丁苯橡胶在无特殊要求的胶带、胶管中及一些工业制品中也获得了广泛的应用。例如，用于运输带的覆盖胶、输水胶管、胶鞋大底、胶辊、防水橡胶制品、胶布制品等。20世纪80年代初期，英国的Duniop公司和荷兰的Shell公司通过高分子设计技术共同开发了新的低滚动阻力型SSBR产品。荷兰Shell公司和登录普轮胎公司共同开发了新型SSBR产品，日本合成橡胶公司与普利斯通公司共同开发了新型锡偶联SSBR等第二代SSBR产品，这标志着SSBR的生产技术己进入了新的阶段。中国SSBR的开发较晚，1982年北京燕山石化公司研究院对正丁基锂-四氢呋喃-环己烷体系的苯乙烯和丁二烯共聚进行了小试研究，1984年进行了放大试验，1989年研制了一种新型节能SSBR，1kt级的工业装置开发成功，1996年北京燕山石化公司开发成功10kt级的SSBR生产线，并与有关单位合作，在汽车轮胎、自行车胎、胶鞋、杂品和改性沥青等方面相继进行了应用研究。北京橡胶工业研究设计院对SSBR的基本物性、加工性能评价和轮胎胎面配方等方面进行了研究。 近年来中国开展了许多丁苯橡胶科研开发与技术改革，大连理工大学化工学院与燕山石化研究院以正丁基锂为引发剂合成了丁二烯-苯乙烯二嵌段共聚物，该共聚物与普通溶聚丁苯橡胶相比，不仅具有良好的物理机械性能，同时具有低滚动阻力和高抗湿滑性能，此外还采用由正丁基锂和二乙烯基苯合成的多螯型引发剂及SnCl4偶联剂等合成了具有宽相对分子质量分布、高门尼粘度的溶聚丁苯橡胶，并且采用湿法充油制得了物理机械性能优异的充油丁苯橡胶。兰州石化公司石化研究院自行研制开发出了粉末丁苯橡胶制备技术，并实现了中试放大，经每年200吨规模的中试验证明该技术凝聚工艺平稳，过程易于控制，产品性能稳定，重复性好，属国内首创技术，该技术应用于沥青改性方面，具有掺混工艺简单、易于分散、改善沥青低温性能的特点，并填补了国内粉末丁苯橡胶改性沥青领域的空白。三本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1.需要解决的问题 （1）通过合理匹配及协同作用，可呈现出单一材料所不具备的优异性能； （2）讨论加入不同数量纤维素对丁苯橡胶合材料的增强效果，并找到合适的用量来增强复合材料。2.采用的研究手段毕 业 论 文 开 题 报 告 （1）原材料：丁苯橡胶，纤维素。 （2）基本配方：SBR-1500 100；氧化锌5；硬脂酸2；促进剂CZ 1：纤维素 变量；硫磺2.5。 （3）纤维素/丁苯橡胶复合材料耐磨性能测试：阿克隆磨耗实验。 （4）纤维素/丁苯橡胶复合材料的力学性能测试。3.具体步骤 （1）先在开炼机上（前辊50，后辊45）制好母胶，然后依次加入配方中的药品，最后加入硫磺，混炼均匀后经几次薄通后下片。在平板硫化机上进行硫化，温度160，压力10MPa。 （2）采用阿克隆磨耗试验机对复合材料耐磨性进行测试把样品裁成宽度为12.70.2mm，厚度为3.20.2mm，长度为胶轮的周长，两面打磨好，用胶水把样品粘在胶轮上，粘接时样品不应受到张力，接头粘接时应该平滑过渡，并呈45对接，粘接后样品在实验室环境中停放8小时以上。把粘好的样品固定在胶轮轴上，将砝码放置于砂轮支架上，接通电子计数器电源，打开电源开关，调节预置数按键至600转，启动电机，开始预磨试验。预磨后取下，用刷子刷干净胶屑，用电子天平称其重量m（精确到0.001g）。把称好的样品固定在胶轮轴上，设定试验次数，调节预置数建至1341转清零，启动电机，开始试验，待试验次数达到后，取下样品，用刷子刷干净胶屑，在1小时内，用天平称其重量m（精确到0.001g）。四论文工作进度安排：论文各阶段名称起止时间查阅文献资料，确定实验方案2014年1月3日-2014年3月18日购买原材料，制定实验方案，技术路线2014年3月19日-2014年3月25日改变纤维素含量制备丁苯胶/纤维素复合材料2014年3月26日-2014年5月8日对复合材料的性能进行测试（拉伸、撕裂）2014年5月9日-2014年6月1日分析实验数据，查漏补遗2014年6月1日-2014年6月3日完成毕业论文及答辩工作2014年6月4日-2014年6月22日五主要参考文献：1 胡波. 丁苯橡胶磨耗性能的影响因素及机理探讨J. 橡胶参考资料, 2004(1): 67-70.毕 业 论 文 开 题 报 告2 董凌波. 溶聚丁苯胶耐屈挠疲劳性能的研究J. 特种橡胶制品, 2009(9): 1310-1312.3 王林艳, 张涛, 胡刚, 谭英杰, 梁玉蓉. 有机粘土/NBR纳米复合材料的微观结构与性能, 2011, 58(11): 653-657.4 叶春葆.丁二烯苯乙烯系列共聚橡胶J. 特种橡胶制品, 2011, 20(1): 11-18. 5 王世朝. 高乙烯基溶聚丁苯橡胶技术开发及应用性能研究J. 世界橡胶工厂, 2003(7): 393-397.6 张萍. 溶聚丁苯橡胶SSBR2305的结构与性能J. 合成橡胶应用, 1999(4): 213-216. 7 黄玉东编著. 聚合物表面与界面技术M. 化学工业出版社, 2003(5): 30-35. 8 Rathanawan M, Woothiehai T, Ratree L O. Structure and Properties of natural rubber and modified montmorillonite nanocompositesJ. Rubber Chem. Technol, 2003, 76(2): 406-418.9 Lpez-Manchado M, Herrero B, Arroyo M. Organoclay natural rubber nanocomposites synthesized by mechanical and solution mixing methodsJ. Polym. Int, 2004, 53(11): 1766-1772.10 Kornmann X, Berglund L A, Sterte J, et al. Nanocomposites based on montemorillonite and unsaturated polyesterJ. Polymer Engineering and Seienee, 1998, 38(8): 1351. 毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见： 该生在查阅大量中外文文献的基础上，采用丁苯橡胶为原料，纤维素为添加剂变量，制备不同纤维素含量的丁苯橡胶/纤维素的复合材料。借助拉力试验机、XRD等研究手段研究结构与性能的关系。实验思路清晰，方案合理可行，对于丁苯胶/纤维素复合材料的制备有较强的理论指导意义和实用价值。同意开题。 指导教师： 年 月 日教研室审查意见： 专业负责人： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日太原工业学院毕业论文诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年 月 日毕业论文任务书论文题目： 纤维素/丁苯橡胶复合材料性能的研究 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074420 学生： 李雪飞 指导教师（含职称）： 孟美俊（讲师） 1课题意义及目标以丁苯橡胶为主体材料，用纤维素和其他补强剂，制得复合材料，对其力学性能和耐磨性能进行研究，对复合材料界面的形成及作用机理进行研究。通过合理的配方设计，研究复合材料所具备的较好的性能。对影响性能各种主要因素进行讨论。2主要任务 1）确定基础配方和性能配方；2）纤维素的处理；3）确定合理的工艺路线；4）进行力学基本性能测试和相应结构表征测试；5）对影响耐磨性能各种主要因素进行控制和考察；6）用扫描电镜等对其微观结构进行分析；7）对比实验结果，得出结论，完成毕业论文的撰写工作。3 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的实验研究方案；2）认真做好各环节实验，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决实验中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4主要参考资料 1 胡波. 丁苯橡胶磨耗性能的影响因素及机理探讨J. 橡胶参考资料, 2004, 1: 67-70.2 董凌波. 溶聚丁苯胶耐屈挠疲劳性能的研究J. 特种橡胶制品, 2009, 9: 1310-1312.3 黄玉东编著. 聚合物表面与界面技术M. 化学工业出版社, 2003, 5: 30-35.5进度安排论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定实验方案 1月3日3月18日2购买原材料，制定实验方案，技术路线 3月19日3月25日3改变纤维素含量制备丁苯/胶纤维素复合材料 3月26日5月8日4对复合材料的性能进行测试（拉伸、撕裂，硬度等） 5月9日6月1日5分析实验数据，查漏补遗 6月2日6月4日6完成毕业论文及答辩工作 6月4日6月22日 审核人： 年 月 日 纤维素/丁苯橡胶复合材料性能的研究 摘要：本论文采用纤维素填充丁苯橡胶为基体，以SBR-丁苯橡胶、纤维素为原料制备纤维素/丁苯胶复合材料，研究纤维素含量对复合材料结构与性能的影响。采用拉力试验机、阿克隆磨耗仪等手段研究复合材料的拉伸性能、撕裂性能、磨耗性能。结果表明，相同的纤维素填充丁苯橡胶，纤维素的含量在0-30份之间时，纤维素用量越多，复合材料的性能越差。 关键词：纤维素，丁苯橡胶，复合材料，性能The research of property of the cellulose and SBR blendAbstract: This paper adopts the fiber filled styrene-butadiene rubber as the matrix, prepared cellulose/styrene butadiene rubber composites using SBR-styrene butadiene rubber as raw materials, the effects of content of cellulose on the structure and performance of composite materials were studied. The tensile property, tearing property and abrasion performance of the material were studied by means of tensile testing and Akron abrasion. The results showed that the properties of composites decreased with the increase of amount of added cellulose.Key words: cellulose, Styrene- butadiene rubber, Composite materials, performance - 3 -目录1 前言11.1 橡胶发展史11.2 丁苯橡胶21.2.1 丁苯橡胶的结构31.2.2 丁苯橡胶的成分、性能与分类31.2.4 丁苯橡胶的聚合方法51.2.5 丁苯橡胶的发展历史61.3 纤维素的结构及简介71.3.1 纤维素的合成方法81.3.2纤维素的发展历史91.3.3 纤维素的发展趋势121.4 本课题的研究内容和方向132 实验部分142.1 原料及仪器设备142.1.1 主要实验材料142.1.2 主要实验仪器142.1.3 试验配方142.2 样品的制备及步骤152.2.1样品的制备152.2.2 实验步骤162.3 性能测试182.3.1 拉伸测试182.3.2 撕裂强度测试192.3.3 邵氏硬度测试202.3.4 耐磨性能测试203 实验结果及分析讨论223.1 实验结果223.1.1 拉伸性能测试结果22II3.1.2 撕裂性能测试结果233.1.3 硬度测试结果244 结论29参考文献30致谢32III1 前言1.1 橡胶发展史橡胶是高分子材料中的一种，据统计，全世界1991年的橡胶产量为1507万吨，树脂为9985万吨，纤维为1780.6万吨。可见，橡胶的用量是比较大的。常温下的高弹性是橡胶材料的独有特征，是其他任何材料所不具备的，因此橡胶也被称为弹性体。橡胶的高弹性本质是由大分子构象变化而来的熵弹性。橡胶是一种材料，它在大的形变下能迅速而有力恢复其形变，能够被改性1。考古发现人类在11世纪就开始使用橡胶。西班牙文献中清楚地记述了南美人制造橡胶球、橡胶鞋及橡胶瓶的原始方法。14931496年哥伦布第二次航行发现新大陆到美洲时，海岛上土人玩的球能从地上跳起来，经了解才知道这是用一种树流出的浆液制成的，此后欧洲人才知道橡胶这种物质。这种树因割破皮就能留出浆液，所以当地印第安人称这种树为哭树，即卡乌-丘克，有些国家用这个词的译音为橡胶取名。作为科学文献详细的记载橡胶性质，采集方法及应用的是Condamine。1735年他参加巴黎科学院考察赤道附近子午线弧度的考察队，在南美生活8年，他详细地记述了橡胶的资料，收集了橡胶样品并寄回了巴黎，这样欧洲人对橡胶才有了进一步的认识2。可当时的欧洲人并不能把胶乳成功的运回欧洲。1761年英国人马凯尔和赫立桑发现了凝固的橡胶可溶于松节油及乙醚，这是橡胶制品生产成为可能的加工工艺的开端。马辛托希发展了溶解法，他于1862年创办了世界上第一个橡胶工厂，生产防水布，这就是橡胶工业的开始。1839年固特异经长期的艰苦试验研究发明了硫化，加上1862年Honcock发明了双辊机，这两项发明奠定了橡胶加工业的基础。17世纪中叶，工业上遥遥领先的英国已建立了相当规模的橡胶工业。橡胶进入市场，野生橡胶供不应求，于是拟定了人工栽培橡胶树的计划。当时皇家植物园负责人开始收集橡胶种子，但最初成绩很小。1876年英国在巴西的农场主偷运了70000颗种子回英国，有2000枚播种在英国皇家植物园3。之后将树苗移植到英属的锡兰。从此英国便在东南亚殖民地国家开始了橡胶的种植，曾经有人将种植橡胶称为第二代橡胶。合成橡胶的历史一般认为从1879年布却特发现异戊二烯聚合实验开始，实际上直到1900年人们了解了天然橡胶的分子结构后，人类合成橡胶才真正的成为可能。1932年前苏联工业生产丁纳橡胶后相继生产的合成胶有氯丁、丁苯及丁腈橡胶。50年代Zeigler-Natta发现了定向聚合是合成立体规整橡胶的开始，导致了合成橡胶工业的新飞跃，出现了顺丁、乙丙、异戊橡胶等新胶种。1965年-1973年间出现了热塑性弹性体，这是第三代橡胶，是橡胶领域分子设计成功的一种新尝试，是近代橡胶的新突破。1.2 丁苯橡胶丁苯橡胶是苯乙烯和丁二烯的共聚物。丁苯橡胶按聚合方法分类，可分为乳液聚合和溶聚两种。乳液聚合丁苯橡胶的合成技术是由德国I.G.Farben公司1933年研制成功的。溶聚丁苯橡胶是60年代投入工业化生产的，由于这种胶具有较低的滚动阻力，故发展较快。据统计丁苯橡胶在1991年全世界总产量为7.55Mt，约占合成橡胶的55%，占全部橡胶的34%，其中大约有70%用于轮胎工业4。以丁基锂为催化剂，在非极性溶剂中合成的丁苯橡胶。1964年，由美国费尔斯通轮胎和橡胶公司、壳牌化学公司开始生产。80年代，世界的年产量已达数十万吨。溶液聚合丁苯橡胶分嵌段共聚物（即热塑性橡胶）和无规共聚物两类。溶液聚合丁苯橡胶在共聚合过程中，有自发形成聚苯乙烯嵌段的倾向，为了合成苯乙烯在主链上无规分布（即不含聚苯乙烯嵌段）的共聚物，可采取连续补加单体、90150高温聚合,以及添加醚、叔胺、亚磷酸盐、硫化物或表面活性剂作无规剂等措施。溶液聚合无规丁苯橡胶的分子量分布比乳液聚合丁苯橡胶窄，支化度也低。为了减轻生胶的冷流倾向，需在共聚过程中添加二乙烯基苯或四氯化锡作交联剂，使聚合物分子间产生少量交联。还可以将分子量不同的共聚物掺混，使分子量分布加宽。溶液聚合无规丁苯橡胶的顺式-1,4异构体含量为35%40%，耐磨、挠曲、回弹、生热等性能比乳液聚合丁苯橡胶好，挤出后收缩小，在一般场合可代替乳液丁苯橡胶，特别适宜制浅色或透明制品，也可以制成充油橡胶。目前，国际上正在探索调整大分子链上的乙烯基含量，使溶液法丁苯橡胶既有很好的耐磨性，又有满意的抗滑性，以适用于高速车胎5。丁苯橡胶是浅黄褐色弹性固体，密度随苯乙烯含量的增加而变大，耐油性差，但介电性能较好；橡胶抗拉强度只有20-35千克力/平方厘米，加入炭黑补强后，抗拉强度可达250-280千克力/平方厘米，其黏合性弹性和形变发热量均不如天然橡胶，但耐磨性耐自然老化性耐水性气密性等却优于天然橡胶，因此是一种综合性能较好的橡胶6。丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好、价格低，在很多场合可代替天然橡胶使用，主要用于轮胎工业、汽车部件、胶管、胶带胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品。1.2.1 丁苯橡胶的结构 丁苯橡胶是苯乙烯和丁二烯的共聚物。结构如图1.1所示：图1.1 丁苯橡胶的结构 Figure1.1 The structure of styrene-butadiene rubber1.2.2 丁苯橡胶的成分、性能与分类 丁苯橡胶是不饱和非极性碳链橡胶，与天然橡胶同属一类。因此，它具有这类橡胶的共性，但也有它自身的特性。 物理机械性能：具有良好的弹性。虽然丁苯橡胶的弹性低于天然橡胶，但在橡胶中仍属于较好的。丁苯胶是非自补强橡胶，它不能结晶，其未补强硫化胶的拉伸强度、撕裂强度以及生胶的格林强度远远低于天然橡胶。丁苯橡胶的耐磨性能优于天然橡胶。耐起始龟裂性能优于天然橡胶，但裂口增长比天然橡胶快。抗湿滑性能较好，对湿路面抓着力比顺丁橡胶大。丁苯橡胶的耐溶剂性能及其电性能均与天然橡胶相近。丁苯橡胶乳聚SBR溶聚SBR高温乳聚低温乳聚（为主）聚合方法和条件 按填料品种分按苯乙烯含量分充炭黑丁苯橡胶充油丁苯橡胶充炭黑充油丁苯橡胶丁苯橡胶-10丁苯橡胶-30(最常用）丁苯橡胶-50丁苯橡胶和天然橡胶一样均是不饱和非极性碳链橡胶，所以具有类似的化学反应，即可以用硫磺硫化，不耐老化等共性。丁苯橡胶的化学反应活性比天然胶略低，表现在硫化速度稍慢，耐老化性比天然胶稍好，其使用上限温度大约可以比天然胶提高10207。丁苯橡胶的微观结构中，随着结合苯乙烯含量的增加，其共聚物可以由橡胶变成树脂，因为聚苯乙烯就是树脂。随丁苯橡胶中结合苯乙烯含量的增加，其性能产生变化，硬度上升，模量上升，弹性下降，压出收缩率下降，压出制品光滑，耐低温性能下降，在空气中热老化性能变好。此外，随结合苯乙烯含量的增加，溶聚丁苯橡胶的磨耗指数下降，加工性能及抗湿滑性提高。丁苯橡胶的聚集态结构是非结晶的。丁苯橡胶中含有一些非橡胶烃成分，特别是乳液聚合的丁苯橡胶中非橡胶烃成分约占10%。按照HG-11380-82标准规定，丁苯-1500中的非橡胶烃物质有松香酸、松香皂、防老剂D、灰分、挥发分。溶聚丁苯橡胶非橡胶烃成分较小，只含少量残留催化剂。这些成分对于丁苯橡胶性能有一定影响8。例如，松香酸的残存对硫化速度有一定的影响，这也是丁苯橡胶硫化速度比天然橡胶慢的原因之一，丁苯橡胶配合中可以不加硬脂酸，不过一般配合中仍加12份。1.2.3 丁苯橡胶的聚合方法以丁基锂为催化剂，在非极性溶剂中合成的丁苯橡胶。1964年，由美国费尔斯通轮胎和橡胶公司、壳牌化学公司开始生产。80年代，世界的年产量已达数十万吨。溶液聚合丁苯橡胶分嵌段共聚物（即热塑性橡胶）和无规共聚物两类。溶液聚合丁苯橡胶在共聚合过程中，有自发形成聚苯乙烯嵌段的倾向，为了合成苯乙烯在主链上无规分布（即不含聚苯乙烯嵌段）的共聚物，可采取连续补加单体、90150高温聚合，以及添加醚、叔胺、亚磷酸盐、硫化物或表面活性剂作无规剂等措施。溶液聚合无规丁苯橡胶的分子量分布比乳液聚合丁苯橡胶窄，支化度也低。为了减轻生胶的冷流倾向，需在共聚过程中添加二乙烯基苯或四氯化锡作交联剂，使聚合物分子间产生少量交联。还可以将分子量不同的共聚物掺混，使分子量分布加宽。溶液聚合无规丁苯橡胶的顶式-1,4-异构体含量为35%40%，耐磨、挠曲、回弹、生热等性能比乳液聚合丁苯橡胶好，挤出后收缩小，在一般场合可代替乳液丁苯橡胶，特别适宜制浅色或透明制品，也可以制成充油橡胶。目前，国际上正在探索调整大分子链上的乙烯基含量，使溶液法丁苯橡胶既有很好的耐磨性，又有满意的抗滑性，以适用于高速车胎9。ESBR的生产技术在20年代后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了不断的改进，并朝着装置大型化方向发展，自动化控制水平有了明显的提高，并且己达到相当先进的水平。ESBR在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决ESBR滚动阻力与抗湿滑性能矛盾问题，优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。美国Goodyear轮胎与橡胶公司不使用溶剂，用含有抗降解剂、金属失活剂，光敏剂，增效剂，颜料，催化剂和/或促进剂的官能化苯乙烯与含有2%-3%离子表面活性剂和平共处0%-70%增塑剂的丁二烯在0-25下进行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化ESBR10。日本Zeon公司通过引入第三单体，开发出一种生热低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、门尼粘度为10-200的ESBR。日本JSR公司发明了一种用两步法聚合工艺生产中苯乙烯含量的ESBR新方法。美国Xerox公司通过将单体加入聚合釜，引发聚合，反应放热后用惰性气体净化反应器，并将聚合温度升到规定值的方法，制取了残余单体含量低的ESBR。日本三菱化成公司用自由基引发剂和常规乳液聚合助剂，用两步聚合工艺制成了结合苯乙烯含量分布范围宽、耐磨性和抗湿滑性比常规的ESBR好的新型ESBR11。日本Lion公司用二元酸双酯作ESBR的软化剂，以改善胶料的低温抓着性。日本住友橡胶工业公司将接枝有硅烷偶联剂的SBR胶乳与一种化合物（如四乙氧基硅烷）混合，通过溶胶凝胶化反应而制成一种高强度、高回弹率、低能耗的原位增强ESBR。目前，SSBR己经发展到了第三代，有的发达国家己经开始研究第四代乃至第五代SSBR。而中国的SSBR生产还停留在第一、二代之间，还有待于进一步的深入研究，开发新品种，增加技术含量。1.2.4 丁苯橡胶的发展历史20世纪50年代末期，美国Philips公司采用锂引发阴离子聚合成功地开发了溶聚丁苯橡胶（SSBR），并于1964年实现了工业化生产。SSBR的工业化生产通常使用烷基锂，主要是以丁基锂作为引发剂使用烷烃或环烷烃为溶剂，醇类为终止剂，四氢呋喃为无规剂。但由于SSBR的加工性能较差，其应用并没有得到较快的发展12。70年代末期，对轮胎的要求越来越高，对橡胶的结构和性能也提出了更高的要求，加之聚合技术的进步，使SSBR得到较快的发展。20世纪80年代初期，英国的Duniop公司和荷兰的Shell公司通过高分子设计技术共同开发了新的低滚动阻力型SSBR产品。荷兰Shell公司和登录普轮胎公司共同开发了新型SSBR产品，日本合成橡胶公司与普利斯通公司共同开发了新型锡偶联SSBR等第二代SSBR产品，这标志着SSBR的生产技术己进入了新的阶段。高分子设计技术共同开发了新的低滚动阻力型SSBR产品。荷兰Shell公司和登录普轮胎公司共同开发了新型SSBR产品，日本合成橡胶公司与普利斯通公司共同开发了新型锡偶联SSBR等第二代SSBR产品，这标志着SSBR的生产技术己进入了新的阶段。中国SSBR的开发较晚，1982年北京燕山石化公司研究院对正丁基锂-四氢呋喃-环己烷体系的苯乙烯和丁二烯共聚进行了小试研究，1984年进行了放大试验，研制了一种新型节能SSBR，1kt级的工业装置开发成功，1996年北京燕山石化公司开发成功10kt级的SSBR生产线，并与有关单位合作，在汽车轮胎、自行车胎、胶鞋、杂品和改性沥青等方面相继进行了应用研究。北京橡胶工业研究设计院对SSBR的基本物性、加工性能评价和轮胎胎面配方等方面进行了研究。近年来中国开展了许多丁苯橡胶科研开发与技术改革，大连理工大学化工学院与燕山石化研究院以正丁基锂为引发剂合成了丁二烯-苯乙烯二嵌段共聚物，该共聚物与普通溶聚丁苯橡胶相比，不仅具有良好的物理机械性能，同时具有低滚动阻力和高抗湿滑性能；此外还采用由正丁基锂和二乙烯基苯合成的多螯型引发剂及SnCl4偶联剂等合成了具有宽相对分子质量分布、高门尼粘度的溶聚丁苯橡胶，并且采用湿法充油制得了物理机械性能优异的充油丁苯橡胶。兰州石化公司石化研究院自行研制开发出了粉末丁苯橡胶制备技术，并实现了中试放大，经每年200吨的规模的中试验证明该技术凝聚工艺平稳，过程易于控制，产品性能稳定，重复性好，属国内首创技术，该技术应用于沥青改性方面，具有掺混工艺简单、易于分散、改善沥青低温性能的特点，并填补了国内粉末丁苯橡胶改性沥青领域的空白。1.3 纤维素的结构及简介纤维素是由葡萄糖大分子组成的多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的只要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，天然的最纯的纤维素来源。一般木材中，纤维素占40%50%，还有1030%的半纤维素和木质素。此外，麻、麦秆、稻草、甘蔗渣等都是纤维素的丰富来源。纤维素是重要的造纸原料13。此外，以纤维素为原料的产品也广泛用于塑料、炸药、电工及科研器材等方面。食物中的纤维素对人体健康也有着重要的作用。结构如图1.2所示：图1.2 纤维素的结构 Figure1.2The structure of cellulose1.3.1 纤维素的合成方法 生产方法一：纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，生产原料来源于木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。我国由于森林资源不足，纤维素的原料有70%来源于非木材资源。我国针叶材、阔叶材的纤维素平均含量约43-45%，草类茎秆的纤维素平均含量在40%左右。纤维素的工业制法是用亚硫酸盐溶液或碱溶液蒸煮植物原料，主要是除去木素，分别称为亚硫酸盐法和碱法。得到的物料称为亚硫酸盐浆和碱法浆14。然后经过漂白进一步除去残留木素，所得漂白浆可用于造纸。再进一步除去半纤维素，就可用作纤维素衍生物的原料。 生产方法二：用纤维植物原料与无机酸捣成浆状，制成-纤维素，再经处理使纤维素作部分解聚，然后再除去非结晶部分并提纯而得。 生产方法三：将选好的工业木浆板疏解，然后送入已加1%10%的盐酸(用量为5%10%)的反应釜进行升温水解，温度为90100，水解时间0.52h，反应结束后经冷却送人中和槽，用液碱调至中性，过滤后滤饼在80100下干燥，最后经粉碎得产品15。1.3.2 纤维素的发展历史自古以来，人类的生活就与纤维密切相关。5-10万年前，随着体毛的退化，人类开始用兽皮、树皮和草叶等天然衣料遮体保温。以后，人类掌握了将植物纤维进行分离精制的技术。1万年前，人类已能直接使用羊的绒毛。在中国、埃及和南非的早期文化中，都有一些关于用天然纤维纺纱织布的记载，这可以追溯至公元前3000年。例如，亚麻早在新石器时代就已在中欧使用16。棉在印度的历史之久犹如欧洲使用亚麻。蚕丝公元前2640年就已在我国被发现，商朝的出土文物证明，当时高度发达的织造技术中已经使用了多种真丝。羊毛也已在新石器时代末在中亚西亚开始使用。因此可以说，现在作为天然纤维广泛使用的麻、棉、丝、毛等，在公元前就已在世界范围内得到了应用。丝绸是一种天然高分子材料，它在我国有着悠久的历史，于十一世纪传到波斯、阿拉伯、埃及，并于1470年传到意大利的威尼斯，进入欧洲。专家们根据考古学的发现推测，在距今五六千年前的新石器时期中期，中国便开始了养蚕、取丝、织绸了。到了商代，丝绸生产已经初具规模，具有较高的工艺水平，有了复杂的织机和织造手艺。与天然纤维悠久的历史相比，化学纤维的历史还很短。尽管在1644年于“Micrographia”一书中已经就提出化学纤维的构思，但由于当时科学家无法了解纤维的基本结构，因此在开发化学纤维时显得茫然无措，这导致这一美好的设想在200多年后才成为现实。1846年，德国人通过用硝酸处理木纤维素制成硝酸纤维素。1855年，Audemars获得了世界化学纤维发展史上的第一个专利。他提出用硝酸处理桑树枝的韧皮纤维，溶解于醚和酒精混合物后通过钢喷嘴进行抽丝。1862年，法国人提出了使用喷丝头纺丝的设想。1883年，英国科学家约瑟夫斯旺尝试种种供灯泡发电用的灯丝材料。他得出结论，如果把硝酸纤维素和醋酸混合，然后将混合物从一系列微小孔眼中“挤压出来”，或者说强迫其流出，就能制造出纤维17。与此同时，法国的坎特希拉勒德查东内特也在通过孔眼挤出硝酸纤维素，来制造一种连续的细丝。查东内特称他的纤维是“人造丝”。后来它以“人造纤维”而闻名于世。于1891年以工业规模生产硝酯纤维，硝酸纤维素纤维，这标志着世界化学纤维的工业化开始。随后，各种形式的人造纤维素纤维，包括铜氨纤维、粘胶纤维和醋酯纤维相继问世。而硝酯纤维由于纺织用性能不如粘胶纤维而发展缓慢18。1857年德国人发明制备铜氨纤维素的方法。1890年提出了由铜氨溶液制备纤维素纤维的方法。德国首先用铜氨法生产纤维素纤维，并且于1899年成立了Glanzstoff公司，实现了铜氨纤维的工业化。以后公司进一步发展了铜氨法。铜氨纤维由于要以价格较高的铜氨作溶剂，在成本上无法与粘胶纤维竞争，因此只用作少数纺织品和人工肾。1891年，三个英国人发明了把纤维素溶解成溶液的新方法粘胶法，并于1892年在英国和德国取得专利。德国公司取得了在中欧地区使用此专利的许可，于1901年建厂，但直到1910年仍不能正常生产。英国公司购买了这一权利，于1904年首先实现了工业化，成为世界第一个大规模生产的化学纤维品种。在第一次世界大战将结束时，人们就用切断粘胶长丝的方法生产短纤维。1921年，德国工厂生产出了可用于纺织的粘胶短纤维。在此期间，还开发了工业用的高强力粘胶长丝。与此同时，1869年，德国人以实验室规模研究成功使用醋酸酐进行纤维素的乙酰化。染料公司根据德国人的发明，申请了纺制醋酯纤维的专利，但拖延了20多年才由两家公司公司合资在1926年投产。而美国的公司在1924年首先实现了醋酯纤维的工业化。醋酯纤维在纺织领域的用途局限于离子布等，因此发展不快。但它一直在香烟过滤嘴的材料领域大献身手。从20世纪初期起，还出现了各种再生蛋白质纤维19。1904年，药剂师发明了从牛乳中提炼酪素蛋白质进行纺丝制备酪素蛋白质纤维的方法。但此法直到30年代才由意大利公司使之在生产上成熟。40年代初，英国公司也开发了酪素蛋白质纤维。1938年，英国公司制备了花生蛋白质纤维。40年代，美国学者研制成功大豆蛋白质纤维。日本油脂公司也开发了大豆蛋白质纤维。1939年，美国公司将从玉米中提炼的蛋白质进行纺丝制得了玉米蛋白质纤维。1948年，美国化学公司了开发了玉米蛋白纤维。但早期研制的再生蛋白质纤维因纤维力学性能差、技术难度大等原因，在市场上没有取得重要的地位。英国的花生蛋白质纤维早在1957年停产，美国的玉米蛋白质纤维和大豆蛋白质纤维也只进行过短期生产。其中日本东洋纺公司的酪素蛋白质纤维在1968年成为世界化学纤维的十大发明之一。但其主成分是酪素蛋白质和丙烯腈的接枝共聚物。由于原料成本过高，而且其强力不足，耐热性能不好，至今未大量使用20。从19世纪末至20世纪30年代，可以称为人造纤维的创新与起步阶段。人造纤维是化学纤维的一个分支，因此当然也是化学纤维的创新与起步阶段。其特点是一大批以纤维素和蛋白质为原料的人造纤维品种陆续问世，特别是粘胶纤维已经开始大规模生产，弥补了天然丝的严重不足21。当然，玻璃纤维也有古老的历史，而且在20世纪30年代有了改进，在商业上变得重要起来。因此，它在第一代人造纤维中也应该有一席之地。从Staudinger建立大分子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。1932年，施陶丁格总结了自己的大分子理论，出版了划时代的巨著高分子有机化合物成为高分子科学诞生的标志。认清了高分子的面目，合成高分子的研究就有了明确的方向，从此新的高分子被大量合成，高分子合成工业获得了迅速的发展。为了表彰施陶丁格在建立高分子科学上的伟大贡献，1953年他被授予诺贝尔化学奖22。但化学纤维家族中的另一个分支合成纤维，直至人造纤维工业化半个世纪以后，随着人工合成高分子的大量问世和现代高分子概念的确立，才登上历史舞台。1913年，德国人取得用合成原料制造聚氯乙烯纤维的第一个专利。1931年，德国化学公司采用F.Klatte的发明，于1934年实现了聚氯乙烯纤维的工业化，使它成为世界上最早生产的合成纤维。但由于其耐热性差等缺点，发展缓慢。合成纤维发展史上最有名的是聚酰胺、尼龙、纤维。1928年，美国哈佛大学教授发表了关于缩聚成链状分子和环状分子的研究。这一开拓性工作导致了合成纤维时代的真正开始23。卡罗瑟斯选择了己二胺和己二酸进行缩聚反应，终于在1935年2月28日合成出聚酰胺66。这种聚合物不溶于普通溶剂，具有263的高熔点，由于在结构和性质上更接近天然丝，拉制的纤维具有丝的外观和光泽，其耐磨性和强度超过当时任何一种纤维，而且原料价格也比较便宜，杜邦公司决定进行商品生产开发。杜邦公司首创了熔体丝纺新技术，将聚酰胺66加热融化，经过滤后再吸入泵中，通过关键部件，喷丝头，喷成细丝，喷出的丝经空气冷却后牵伸、定型。1938年7月完成中试，首次生产出聚酰胺纤维，同月用聚酰胺66作牙刷毛的牙刷开始投放市场。1938年10月27日杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维正式诞生了，并将聚酰胺66这种合成纤维命名为尼龙，nylon，这个词后来在英语中变成了聚酰胺类合成纤维的通用商品名称。尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础，尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。用这种纤维织成的尼龙丝袜既透明又比丝袜耐穿，1939年10月24日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购，混乱的局面迫使治安机关出动警察来维持秩序。人们曾用“象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维，到1940年5月尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。聚酰胺纤维的问世还开了熔体纺丝技术的先河。因为以前所有的化学纤维均采用干法纺丝工艺，例如醋酯纤维，或湿法纺丝工艺，例如粘胶纤维、硝酯纤维、铜氨纤维、聚氯乙烯纤维，后者以后也采用干法纺丝。1930年，W.H发明了脂肪族聚酯，但熔点过低不于熔体纺丝。1941年，英国染整公司研究成功对苯二甲酸与乙二醇的缩聚，并于1944年采用熔体纺丝试制成丝条。1947年，英国采用熔体纺丝技术实现了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的工业化24。DuPont公司从英国买了专利，于1953年进行聚酯纤维的大规模生产。聚酯纤维用途广泛，产量至1972年起超过聚酰胺在化学纤维家族中排名第一。1894年，法国化学家首先制得聚丙烯腈。由于不能进行熔体纺丝，许多美国和德国公司于40年代开始寻找聚丙烯腈溶剂的研究。1934年，德国公司的H.Rein以季胺盐等无机盐的浓水溶液为溶剂，进行了聚丙烯腈湿法纺丝的试验。1942年，美国公司确定了以二甲基甲酰胺作聚丙烯腈的溶剂。聚乙烯醇1927年在德国合成。1931年，德国开始聚乙烯醇的湿法纺丝试验，但由于这种纤维易溶解于水，实用价值不大。1939年，日本樱田一郎通过对聚乙烯醇纤维进行缩甲醛化和热处理等研究，制成了耐热水性能良好的纤维。该纤维由日本投入工业化生产。德国公司于20世纪30年代开始开发聚氨基甲酸酯弹性纤维，开始采用二异氰酸酯加聚法合成了聚氨基甲酸酯弹性体。1949年，通过反应纺丝法制备了聚氨基甲酸酯弹性纤维。1959年，美国公司通过干法纺丝路线实现了聚氨基甲酸酯弹纤维的工业化。1953年，催化剂的问世使高密度聚乙烯在德国公司首先实现了工业化。1957年，又使聚丙烯成为有用材料，并在意大利的公司实现工业化。1958年该公司开发了商品名为的聚丙烯纤维。1.3.3 纤维素的发展趋势自从碳纤维工业化生产以来，世界各国都特别重视其应用开发。随着价格不断降低，其应用范围从满足性能要求高的航空、航天领域逐步向文体和民用领域推广。目前，碳纤维的市场需求在北美、欧洲、亚洲基本上呈鼎足之势。按应用领域划分，世界聚丙烯腈基碳纤维主要用于宇航、文体休闲用品、其它工业等领域，其总体消费比例分别为25.2%，31.4%，43.4%，不同地区各有侧重25。 由于碳纤维复合材料具有高比强度、设计性好、结构尺寸稳定性好、抗疲劳断裂性好和可大面积整体成型，以及特殊的电磁性能和吸波隐身的特点，目前已大量用于生产军用、民用飞机以及战略导弹和运载火箭上，需求量稳步增长。 文体用品方面，目前碳纤维材料已从钓鱼竿和高尔夫球棒推广到网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、冰雪运动器材、水上运动器材等方面，需求量稳步、较快增长。其中高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是体育用品用碳纤维复合材料的三大支柱产品，约占该类产品的80%。 一般产业对碳纤维材料的应用发展比较迅速，包括基础设施的修复、更新和加固；新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，以及风力发电机的螺旋桨和风叶；汽车的刹车系统、转动轴、车身以及环保汽车用的压缩天然气气瓶；电子领域的应用主要有通信、广播、地球观测、空间探测以及各种飞行器的高精度天线。一般产业的需求增长较快，将成为碳纤维新的主要应用领域。 碳纤维是一种性能优越的结构材料，具有极高的附加值，自商品化以来，应用范围已从最初的航空航天、军事部门逐渐向民用领域渗透，目前已扩展到整个工业民用的多种领域。随着应用研究的不断深入，特别是在民用方面仍将继续拓宽应用领域，扩大使用量。国外预测碳纤维除了在航空航天以及体育用品进一步应用外，近年内包括土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。 由此可见，当前世界碳纤维有如下发展趋势：产品性能趋向于高性能化，价格将大幅度降低，航天航空和文体用品领域用量稳定增加，民用工业用量增幅较大，已超过前两者。特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产，其价格将不断降低，民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势。1.4 本课题的研究内容和方向 从上述可以看到，丁苯橡胶和纤维素的应用范围非常广泛，前景也十分光明。本文研究了纤维素/丁苯橡胶复合材料，研究复合材料在加入不同含量的纤维素各项性能变化关系，讨论了纤维素含量对复合材料各项性能的影响。2 实验部分SBR是苯乙烯和丁二烯的共聚物，是一种性能优良的热塑性弹性体，它具有较好的耐热性、耐老化性和耐磨性。与纤维素共混后，使复合材料的强度有一定程度的降低。2.1 原料及仪器设备2.1.1 主要实验材料SBR-丁苯橡胶、纤维素、硫磺、防老剂D、促进剂CZ、硬脂酸、ZnO 2.1.2. 主要实验仪器表2.1 主要实验仪器Table 2.1 The main experimental instrument设备名称型号生产厂家开放式塑炼机SK160B型上海清华机械厂电脑无转子密闭型硫化仪MDR2000型上海登杰机器设备有限公司平板硫化机QLBD型上海第一橡胶机械厂厚度计HD型上海化工机械四厂拉力试验机LJ500型广州试验仪器厂X射线衍射仪KYKY-EM3800北京中科科仪技术发展有限公司电子天平JA5003B上海精密科学仪器有限公司2.1.3 实验配方表2.2 试验配方Table 2.2 Experimental formula原料 用量/份生产厂家SBR-丁苯橡胶100济南来汇化工实业有限公司纤维素变量市售氧化锌3潍坊恒丰化工有限公司促进剂CZ1上海永研化工科技有限公司防老剂D1郑州安诚科技有限公司硬脂酸2衡水宇祥橡胶化工有限公司硫磺2郑州安诚科技有限公司2.2 样品的制备及步骤2.2.1样品的制备将生胶先在开练机上塑练，按顺序加入各种填料、助剂混练均匀，得到胶料。剪出一小块胶料在橡胶硫化仪上测出正硫化时间，用模具在平板硫化机上压片。将制出的胶片用磨具制成哑铃状和裤状胶片，进行拉伸和撕裂测试。如图2.1所示：.2.2 实验步骤（1）混炼按照配方设计用量，称取一定量的SBR加到双辊开炼机上塑炼，在双辊开炼机上塑炼后，依次加入纤维素、硬脂酸、ZnO、促进剂CZ、防老剂D、最后加入硫磺。混入后，先打三角包（左右两端交替压入），再以0.5mm辊距薄通6次，最后下片。（2）硫化共混胶料冷却2小时后，剪取小块儿胶料进行硫化特性测试，测得正硫化时间T90。硫化历程图：根据硫化历程图的分析，橡胶的硫化历程可分为四个阶段，如图2.2：生胶纤维素助剂双辊塑练机橡胶硫化仪平板硫化仪力学性能测试胶料硫化时间胶片哑铃状和裤状胶片图2.1 工艺流程图Figure2.1 Process flow diagram 图2.2 硫化历程图Figure2.2 Vulcanization process diagram1）焦烧阶段为图中ab段是硫化反应中的诱导期，称作焦烧时间。它的长关系到生产加工安全性，决定于胶料配方成分，主要受促进剂的影响。2）热流化阶段即图中的bc段，这一阶段即是硫化反应中的交联阶段，其bc段的斜率大小代表硫化反应速率的快慢，斜率越大，硫化反应速度越快，生产效率越高。3）平坦硫化阶段图中的cd段，这一阶段相当于硫化反应中网构形成的前期。这时交联反应已基本完成，继而发生交联键的重排、裂解等反应，胶料强力曲线出现平坦区。平坦硫化时间的长短取决于胶料配方主要是促进剂及防老剂。4）过硫化阶段图中d以后的部分。这阶段中，主要是交联键发生重排作用，以及交联键和链段热裂解的反应，因此胶料的抗张性能显著下降。 测得硫化时间T90后，将混炼胶放入平板硫化仪，在硫化温度160下，输入硫化时间，压强为10MPa，进行硫化实验。硫化胶冷却后，利用切片机裁取实验所需的试样，进行物理性能测试。2.3 性能测试2.3.1 拉伸测试在冲片机上将胶制成如图所示的哑铃状的标准试样，如图2.3所示：平行长度夹头间距图2.3 哑铃状试样的形状Figure2.3 Dumbbell shape specimen拉伸强度T （式2.1）式中：T-拉伸强度 Fm-记录的最大力 b-试样工作部分的平行长度 h-试样工作部分的厚度拉伸强度按GB/T 528-1998进行测试断裂伸长率Eb （式2.2）式中： Eb扯断伸长率，%； Lb试样扯断时的标距，mm； L0试样初始的标距，mm。2.3.2 撕裂强度测试橡胶制品由于老化作用或受到尖锐的撞击而产生裂口，在受力的情况下裂口进一步扩展，易导致制品破损，故表示橡胶制品使用性能的优劣，可用撕裂强度表示。一般测量的是裤型撕裂强度。裤型撕裂强度：用平行于割口的平面的外力作用于规定的裤型试样上，将试样撕断所需的力除以试样厚度。橡胶撕裂强度测量的试样种类有裤型试样、直角形试样、新月形试样。通常采用的直角形试样，如图2.4所示：图2.4 直角形试样Figure 2.4 Rectangular-shaped specimens撕裂强度计算公式： （式2.3）式中：F-试样撕裂时的强度 d-试样的厚度 Tsz-为橡胶的撕裂强度 每个试验样品至少要3个样，实验结果以每个方向试样的中值和最大值和最小值表示，数据精确，数字精确到整位数。撕裂强度按GB/T529-1999进行测试。2.3.3 邵氏硬度测试橡胶硬度值表示其抵抗外力压入及反抗变形的能力，其值的大小表示橡胶的软硬程度，其硬度的大小可以判定半成品的配炼质量及硫化程度，因而硬度作为混炼胶性能检测指标之一，同时可以间接了解橡胶的其他力学性能。目前硬度计可分为两类，一类是圆锥形平端针压头，二是圆头形压针，二者的共同点是在一定力的作用下，测量橡胶抗压能力。不同的是，除了针的形状不同外，加入负荷的形式也不同。 测试原理如下： 压入硬度实验是测量规定形状的压针在一定的压力橡胶深度，最后换算为一定的硬度单位来表示。如邵尔硬度计测量规定形状的压针在一定的条件下压入橡胶的深度2.5mm之差对压针露出长度比值百分率，可用下列公式表示 (式2.4) (式2.5)T-压针压入的深度，单位为mmh-邵尔硬度，单位为HA由此可知，对于一个流动性很好的材料T=2.5，所以h为0。对于刚性材料T=0，h为100，测量范围在0-100，测定的最佳值在20-90之间。2.3.4 耐磨性能测试 阿克隆磨耗机用于测定硫化橡胶的耐磨性能。试验时让试样与砂轮在一定的倾斜角度和一定的负荷作用下进行摩擦，测定试样在一定里程内的磨耗体积。具体步骤：（1）将两面打磨好，用胶水把样品粘在胶轮上。粘接后样品需在实验室环境中停放8小时以上；（2）把粘好的样品固定在胶轮轴上，将砝码放置于砂轮支架上，接通电子计数器电源，打开电源开关，调节预置数按键至600转（为预磨时间15-20min）,启动电机，开始预磨试验；（3）预磨后取下，用刷子刷干净胶屑，用电子天平称其重量m1；（4）把称好的样品再固定在胶轮轴上，开始正式试验；（5）待试验次数到达后，取下样品，用刷子刷干净胶屑，用电天平称其重量m2。3 实验结果及分析讨论3.1 实验结果3.1.1 拉伸性能测试结果对纤维素含量不同的复合材料进行拉伸性能测试，所得实验数据如表3.1所示：表3.1 拉伸测试结果Table 3.1 Tensile test results式样编号纤维素用量%拉伸强度MPa断裂伸长率%100%定伸应力MPa300%定伸应力MPa001.93960.61.0151.84180.60.92101.63850.60.93121.64330.71.04141.53930.71.05161.44010.81.06181.43220.91.17201.33780.70.98221.23240.71.09301.03080.70.9由图3.1可看出，纤维素的含量在0-30份之间，拉伸强度随着纤维素含量的增加而持续下降。影响拉材料拉伸强的因素有很多，其中分子间的距离越大，材料的拉伸强度越低。在丁苯橡胶中加入纤维素，两者的粘结性差，所以导致了分子间的距离增大，从而使复合材料的拉伸强度随着纤维素的增加而降低。纤维素与丁苯橡胶的融合性差，会使部分的纤维素附在橡胶的表面，不能充分的与橡胶融合，所以复合材料的表面会存在微小的裂痕，裂痕会成为材料破坏的薄弱环节，也导致了拉伸强度的降低。图3.1不同添加量的拉伸强度Figure3.1 The tensile strength of different amount of addition图3.2不同添加量的定伸应力Figure3.2 Constant stress of different amount of addition 由图3.2可看出，纤维素的含量在0-30份之间，复合材料的定伸应力随着纤维素含量的增加而上升，但当纤维素含量超过18%时，复合材料的定伸应力就会下降。因为加入纤维素后，橡胶的弹性变差，硬度上升，达到相同形变量所需的力会增大，所以定伸应力会增大。影响定伸应力的因素还有分子间的作用力。纤维素和橡胶的粘合性差，当纤维素含量超过18%时，分子间的作用力减小，复合材料的定伸应力下降。3.1.2 撕裂性能测试结果对纤维素含量不同的复合材料进行拉撕裂能测试，所得实验数据如表3.2所示：表3.2 撕裂测试结果Table 3.2 Results of tear the performance test式样编号纤维素用量g撕裂强度N/mm009.5159.32109.23129.14149.25169.16 189.17209.18229.19309.1 由图3.3可看出，纤维素的含量在0-30份之间，随着纤维素含量的增加，复合材料的撕裂强度缓慢的降低。引起复合材料撕裂性能下降的原因是共混物的相容性差，造成复合材料材质的不连续，从而产生了应力集中、载荷的不连续，使复合材料在进行撕裂性能测试时极容易在应力集中的地方断裂。图3.3不同添加量的撕裂强度Figure3.3 Tear strength of different amount of addition 3.1.3 硬度测试结果 对纤维素含量不同的复合材料进行硬度测试，所得实验数据如表3.3所示：表3.3硬度测试结果Table 3.3 Results of hardness test 纤维素用量（%）邵氏硬度（HA）03453610371241144216411844204522473048图3.4邵氏硬度Figure3.4 Shaw hardness图3.5阿克隆磨耗Figure3.5 Akron abrasion 由图3.4可看出，纤维素的含量在0-30份之间，邵氏硬度随着纤维素添加量的增加而上升。邵氏硬度的测量原理是看探针扎进试件的深度，因为纤维素和橡胶的粘合性能很差，使复合材料的弹性变差，在进行邵氏硬度的测量时，探针不易扎进复合材料的深处。所以，随着纤维素用量的增加，复合材料的邵氏硬度呈上升趋势。 由图3.5可看出，纤维素的含量在0-30份之间，复合材料的磨耗随着纤维素用量的增加而持续上升，耐磨性能变差。这是由于纤维素与橡胶的粘合性能很差，不能充分的和橡胶混合，导致了部分纤维素附在橡胶的表面，进行阿克隆磨耗测时，磨耗主要是以磨损为主，摩擦时因纤维素在橡胶的表面，极易脱落，所以复合材料的磨耗性能随着纤维素用量的增加而降低。4 结论（1） 纤维素的含量在0-30份之间时，随着纤维素含量增加，复合材料的 100%和300%定伸应力相应的增加，当纤维素的含量超过18%时，复合材料的性能就会下降。（2） 纤维素的含量在0-30份之间时，当纤维素的含量增加时，复合材料的拉伸强度、撕裂强度都会呈缓慢的下降趋势。（3）纤维素的含量在0-30份之间时，随着纤维素含量的增加，复合材料的硬度呈上升趋势。（4）纤维素的含量在0-30份之间时，随着纤维素含量的增加，复合材料的阿克