促进剂种类对NR硫化胶结构和性能的影响.doc

青岛科技大学专科毕业论文促进剂种类对NR硫化胶结构和性能的影响摘要本文对等量的不同促进剂(NS.DZ.CZ.M)对NR硫化胶的结构和性能的影响进行了研究。讨论了等量情况下促进剂种类对NR硫化胶的交联密度和物理机械性能的影响。结果表明，在促进剂用量相同的情况下，由促进剂NS得到的NR硫化胶的交联密度最高，相应的NR硫化胶的综合物理性能最好。关键词：促进剂、NR、交联密度、结构与性能前言促进剂的硫黄硫化体系是橡胶工业生产中应用最广泛、历史最长的主要硫化体系。使用无机和有机促进剂来活化和促进橡胶的硫化反应是橡胶工业技术的巨大进步。自1921年布鲁尼发现了噻唑类促进剂之后，橡胶工业进入了一个重要发展阶段，橡胶配方日臻完善，形成了一个由硫化剂，促进剂，活化剂构成的完整硫化体系。促进剂的使用不仅大大缩短了硫化时间，降低了硫黄用量，降低了硫化温度，而且对橡胶工艺性能核物理机械性能也有较大的改善。目前使用的促进剂多数是噻唑类和次磺酰胺类促进剂。而次磺酰胺类促进剂具有焦烧时间长、硫化速度快的优点，因而获得了更为广泛的应用。对硫化历程和硫化机理的研究有利于分析各种配方因素和工艺因素对硫化胶结构和性能的影响。硫化反应是一个多元组分参与的复杂的化学过程。它包含橡胶分子与硫化剂及其它配合剂之间发生的一系列化学反应。硫化过程可分为三个阶段。第一为诱导阶段：是硫黄、促进剂、活化剂间相互作用，使氧化锌在胶料中溶解度增加，活化促进剂，使促进剂和硫黄之间反应生成一种活性更大的中间产物；XSH ZnO XSZnSXXSNR RCOOHRCOOH 代表硬脂酸由于亲核的硫原子和胺或羧酸所形成的不牢固的锌-S键，这些胺络合物就能使S8裂解开环和活化。上述反应的简化式为： R2NH或 XSZnSX XSS8ZnSX RCOOHXSSXZSXSX (过硫醇盐) 上面的过硫醇盐通常认为是一种很强的活化硫化剂。生成硫化先驱体过硫醇盐进一步引发橡胶分子链，生成促进剂封端的橡胶大分子（交联先驱体）。其反应通式为：RH XSSXZnSxSX RSxSX + ZnS + HSX在ZnO,SA的作用下，由于可溶性锌离子的存在与多硫侧基团形成络合物，这种鳌合结构保护了弱键。而在强键处断裂，形成了较短的多硫交联键即-Sx-,(它比-SxSy-短)。而游离基与橡胶分子反应生成新的侧挂基团，又能作为交联先驱体形成新的交联键。因此活化剂的存在会使硫化胶的交联密度增大，并改善硫化胶的耐热性能。第二阶段为交联反应：交联先驱体分解为橡胶大分子自由基（或离子）即可交联的自由基（或离子），与其它的橡胶分子链产生反应，生成交联键。 RSXSX + RH RSXR +HSX第三阶段为网络形成阶段：此阶段的前期，交联反应已趋完成，交联键大多是多硫交联键，在中间产物即促进剂-过硫醇络合物的锌盐存在下，初始形成的交联键发生短化、重排和裂解反应，变成较短的二硫和多硫交联键。最后网络趋于稳定，获得网络相对稳定的硫化胶。不同促进剂对硫化胶性能的影响有很多报道，但多数局限于表面的结果，而对产生这种结果的原因没有作深层次的研究。本文拟从硫化机理出发，研究常用的几种促进剂在天然橡胶硫化中的应用，希望能从中得到有价值的结果。2实验21 原材料天然胶，一号烟片胶； 促进剂NS.DZ.CZ.M ，活化剂氧化锌、硬脂酸均为市售产品。22 基本配方NR100100100100ZnO5555SA2222S2.52.52.52.5NS1000CZ0100DZ0010M000123 主要实验设备和仪器 160320mm双辊筒开炼机，上海轻工机械技术研究所GT-M2000-FA型硫化仪，台湾高铁检测仪器有限公司产品XLB型16MP型硫化机，佳鑫电子设备科技有限公司TS-2000万能拉力机，台湾晔中科技有限公司产品邵尔A硬度计，上海险峰电影机械厂HD10橡胶厚度计，上海化工机械四厂GT-XB320M型电子天平 ，高铁检测仪器有限公司GT-7016-AR型气压自动切片机 ，高铁检测仪器有限公司24 式样制备胶料混炼在160320mm双辊筒开炼机上进行。先将NR薄通塑炼，待均匀包辊后加入配合剂。先加小料（促进剂、氧化锌、硬脂酸），包辊混炼23分钟，然后加硫黄，混炼1分钟，薄通35次后下片。混炼温度前辊为55-60，后辊为50-55 。混炼胶停放8小时后用平板硫化机硫化。25性能测试251物理机械性能测试硫化胶拉伸强度、断裂伸长率和定伸应力按GB/T 528-1998标准测定，拉伸速度500mm/min。硫化胶硬度按GB/T 531-1999标准测定。252溶胀平衡法测交联密度将尺寸为d16mm2mm的试样放在在装有25ml的的磨口广口瓶中，赛好，在25溶胀48小时，达到平衡后取出，用滤纸吸净表面的溶剂，立即放入已经称好质量（m）的称量瓶中，并盖好瓶盖，用电子天平秤取其质量M1。然后在50真空干燥箱中干燥至恒重，并秤取质量M2,根据如下公式求取交联密度：Wd/p其中：Vr= Wd/p+（Ws-Wd）/ps Wd：NR硫化胶溶胀且干燥后的质量 Ws ：NR硫化胶溶胀且干燥后的质量 Ps ：溶剂的密度，值为0.682 g/cm3P ：橡胶的密度，值为0.92 g/cm3V1：溶剂的摩尔体积，值为146.62 cm3/gmolx ：作用参数，值为0.5（溶剂采用正庚烷）3 结果与讨论3. 1 促进剂种类对 NR胶料的硫化特性的影响促进剂的种类不但影响胶料的硫化速度，焦烧安全性，而且影响胶料的拉伸性能，耐热性能及压缩永久变形性能。 我们通过实验分别在145和155的条件下，得到在促进剂用量相同的情况下，不同促进剂对硫化特性的影响。如图3-1-1,3-1-2,3-1-3所示。从图上可以看出促进剂量种类不同，NR胶料的焦烧时间不同，硫化速度也不同，硫化曲线的转距不同。说明硫化特性与促进剂的种类有关。图3-1-1在145和155时促进剂种类对扭矩变化的影响 图3-1-2. 在145和155时促进剂种类对硫化胶焦烧性能的影响：图3-1-3. 在145和155时促进剂种类对硫化胶硫化时间性能的影响：由实验结果可以看出，在相同的硫化条件下，不同促进剂硫化试样时，硫化特是不相同的。焦烧时间的长短顺序为：MNSCZCZDZM，所得胶料的交联密度以NS最大，CZ次之，M最小试验结果表明：硫化胶性能随交联密度增加而变化，理论和实践都说明硫化胶的模量（动态模量和静态模量）与交联密度成正比。因为随着交联密度的增加，橡胶分子链的运动受到限制，产生一定变形所需要的力，即模变量更大。静态模量就是通常的应力应变的缓慢应力。随交联密度的增加，拉伸应力提高，本实验在采用相同量促进剂的情况下，NS硫化胶中硫和双硫交联键增多3，所得硫化胶密度大。而DZ,M生成的交联键不足，所以拉伸应力和胶料的硬度过低。4. 结论(1) 等量促进剂NS,CZ,DZ,M对NR胶料焦烧时间的优劣顺序为：MNSCZCZDZM。(4) 等量促进剂CZ,NS,DZ,NS对NR胶料的交联密度较好。得到硫化胶的交联密度的大小顺序为NSCZDZM。致 谢 通过将近两个月的实验，对促进剂变化对NR胶料物理性能方面的影响有了进一步认识。并且熟悉了实验步骤，能够熟练掌握实验器材。这篇论文是我通过实验所得到的指示。但是，由于时间紧迫，本人的水平和经验有限，本报告在许多方面不免有错误，仍需作进一