多壁碳纳米管填充丁苯橡胶的增强改性

1、-材料科学与工程专业成型加工工艺课程设计题 目： 多壁碳纳米管填充丁苯橡胶的增强改性姓 名： 季 赛 学 号： 150412108 班 级： 2012级材料（1）班 指导老师： 张建耀 职 称：高级工程师/教授起止日期： 2015.11.232015.12.6  目录1.设计背景31.1改性加工目的31.2乳聚丁苯橡胶51.3溶聚丁苯橡胶61.4粉末丁苯橡胶72.丁苯橡胶增强改性加工工艺原理72.1增强丁苯橡胶应用72.2 MWNTs填充丁苯橡胶增强机理83.丁苯橡胶改性原料、助剂及设备介绍93.1原料及助剂91）原料92）MWNs93）硬脂酸104）氧化锌106）防老剂117)石蜡

2、油118)防焦剂129)促进剂1210)硫化剂123.2主要设备与仪器133.2.1混炼机133.2.2拉伸试验机144.加工工艺及加工流程图144.1 配方设计144.2加工方法151 ) MWNTs的制备和处理152）炼前处理153）MWNTs-橡胶混炼154）后加工工艺165）强度测量164.2产品性能测试项目、性能及测试标准161）性能指标162）性能参数标准184.3加工流程图185. 设计总结181.设计背景1.1改性加工目的丁苯橡胶 （SBR） 是合成橡胶中产量最大的品种， 其主链结构上的苯环，是造成分子链体积效应大， 柔性较低， 尤其是制品在多次变形时发热量增大的主要原因。炭黑

3、增强丁苯橡胶是以橡胶为基体，以炭黑颗粒为增强相的复合材料。炭黑在橡胶体系中起补强和填充作用，以改善橡胶制品性能。纯丁苯橡胶拉伸强度只有3.5MPa，没有应用价值，加入炭黑补强后，其拉伸强度提高到25MPa左右。然而已有实验表明：MWNTs填充丁苯橡胶复合材料的抗撕裂强度（25.9kN/m）、 硬度（58） 、 磨耗 （0.22ml/1.61km）性能较炭黑/ 橡胶体系要好。采用浓硝酸 （HNO3） 氧化处理后的多壁碳纳米管 （MWNTs） 与丁苯橡胶（SBR） 及其他配合剂在开炼机上进行混炼加工制备MWNTs/橡胶复合材料， 并与炭黑补强橡胶体系进行对比， 进而研究了MWNTs橡胶复合材料的物

4、理性能， 并初步探讨了该材料微观结构与性能之间的关系。由 23045 补强的橡胶对开发具有低滚动滞后性和抗疲劳损失的轮胎胎面胶将有很大的实用潜力。表1.1 丁苯橡胶（结合苯乙烯23.5%）的物理性能性能未硫化胶纯胶硫化胶填充50份炭黑硫化胶密度，kg/m39339801150体积膨胀系数，=(1/V)(V/T)，K-1932.5-933.5940-1000530×10-6玻璃化温度，K660×10-3660×10-6221比热容(cp)，KJ/(kg·K)209-214650-700×10-61.50C/T，KJ/(kg·K)1.89

5、221-导热性，W/(m·K)3.2×10-21.830.300燃烧值，MJ/kg-0.190-0.250-折射率(n)-56.5-dn/dT，K-11.5345-介电常数(1kHz)1.534-1.535-2.50体积弹性模量(等温)，GPa-37×10-52.66400-600扯断伸长率，。%2.51.9617-28拉伸强度中，MPa1.89400-600-表1.2 SBR与NR强度对比表性能SBRNR生胶格林强度/MPa0.51.4-2.5纯胶硫化胶拉伸强度/MPa1.4-3.017-25填充50份炭黑硫化胶拉伸强度/MPa17-2825-35填充50份炭黑

6、硫化胶撕裂强度/(KN/m)40-6090-1601.2乳聚丁苯橡胶乳聚丁苯橡胶是合成橡胶中消费量最大的胶种，乳聚丁苯橡胶产品分为通用品种和特殊品种两大类。 通用品种有1000、1500、1600、1700、1800和1900 共计6个系列， 其牌号多达数百种。特殊品种包括液体丁苯橡胶、高苯乙烯丁苯橡胶、丁苯吡橡胶和羧基丁苯橡胶等。SBR1500是通用污染型软乳聚丁苯橡胶的最典型品种，生胶粘着性和加工性能均优，硫化胶耐磨性能、拉伸强度、撕裂强度和耐老化性能较好。SBR-1500广泛用于以炭黑为补强剂和对颜色要求不高的产品，如轮胎胎面、翻胎胎面、输送带、胶管、模制品和压出制品等。SBR1502是

7、通用非污染型软乳聚丁苯橡胶的最典型品种，其性能与SBR1500相当，有良好的拉伸强度、耐磨耗和屈挠性能。SBR-1502广泛用于颜色鲜艳和浅色的橡胶制品，如轮胎胎侧、透明胶鞋、胶布、医疗制品和其他一般彩色制品等。SBR1712是一种填充高芳香烃油的软乳聚丁苯橡胶的污染性品种，它具有优良的粘着性、耐磨性和可加工性以及价格便宜等优点。SBR-1712广泛用于乘用车轮胎胎面胶，轮胎胎面胶、输送带、胶管和一般黑色橡胶制品等。乳聚丁苯橡胶的生产技术在19世纪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。目前，乳聚丁苯

8、橡胶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，在解决乳聚丁苯橡胶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。通过开发新型官能化引发剂、高效、环保的新型助剂，引入第三单体，提高结合苯乙烯含量等技术，乳聚丁苯橡胶在产品性能方面得以优化。通过采用环保型助剂、环保型填充油等，环保型乳聚丁苯橡胶开发也取得了显著进展。1.3溶聚丁苯橡胶溶聚丁苯橡胶具有耐磨、耐寒、生热低、收缩性低、色泽好、灰分少、纯度高以及硫化速度快等优点，兼具有滚动阻力小，抗湿滑性和耐磨性能优异等优点，在轮胎工业，尤其是绿色轮胎、防滑轮胎、超轻量轮胎等高性能轮胎中具有广泛的应用。另

9、外，由于溶聚丁苯橡胶具有触感好、耐候性好、回弹性好以及永久变形小等优点，可用于制作雨衣、毡布、风衣及气垫床等，还可制作发泡均匀、结构致密的海绵材料。溶聚丁苯橡胶由于其良好的辊筒操作性、压延性、耐磨性以及高填充性，还广泛地用于制鞋业，用它制作的鞋，具有色泽鲜艳、触感良好、表面光滑、花纹清晰、不易走型以及硬度适中等特点。与乳聚丁苯橡胶相比，溶聚丁苯橡胶具有生产装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点，是目前重点研究开发和生产的新型合成橡胶品种之一，开发利用前景十分广阔。按照聚合方式，溶聚丁苯橡胶的聚合工艺主要有间歇聚合工艺和连续聚合工艺两种。按溶剂回收方式可分为直接

10、干燥法和湿法（汽提）干燥法两种。间歇工艺操作灵活性大，不同牌号之间切换灵活。与间歇工艺相比，连续工艺物耗能耗低、生产效率高、产品质量稳定，代表了溶聚丁苯橡胶等锂系高聚物合成工艺的发展方向。随着溶聚丁苯橡胶市场需求量的不断增加，更具经济技术优势的连续聚合技术在溶聚丁苯橡胶的生产中的地位将变得越来越重要。溶聚丁苯橡胶最早由美国Phillips公司于1964年实现工业化，Firestone公司于1969年也实现溶聚丁苯橡胶的工业化。同期Shell化学公司也成功推出锂系催化剂制备的嵌段共聚物，并实现工业生产。这一时期的溶聚丁苯橡胶产品被称为第一代溶聚丁苯橡胶1 。第一代溶聚丁苯橡胶分子链规整性好，产品

11、在耐磨性、回弹性、生热与滞后损失方面均较乳聚丁苯橡胶优异，但加工性能与抗湿滑性能不佳，从根本上限制了其应用。20世纪70年代后期，通过对产品乙烯基含量和苯乙烯单体序列分布的调整，结合分子链端改性技术的应用，产生了第二代溶聚丁苯橡胶2 。第二代溶聚丁苯橡胶兼顾了橡胶的滚动阻力和抗湿滑性，更好地满足轮胎节能和安全要求。20世纪80年代，集成橡胶的概念被Nordsiek提出，通过分子设计，对溶聚丁苯橡胶分子链的结构进行优化，使橡胶材料相互矛盾的几个性能集中于同一个分子链中，最大限度地提高橡胶的综合性能。集成橡胶产品通常被称作第三代溶聚丁苯橡胶3 。第三代溶聚丁苯橡胶的特点，一是在溶聚丁苯橡胶大分子链

12、中引入异戊二烯链段，二是通过分子链结构调整制成含有渐变式序列结构的嵌段型溶聚丁苯橡胶。更好满足轮胎胎面胶对低温性、抗湿滑性及安全性的要求。1.4粉末丁苯橡胶粉末丁苯橡胶（简称PSBR），是在乳聚丁苯橡胶的基础上接枝其它单体，添加防老剂和隔离剂，专为改性沥青生产的一种粉末丁苯橡胶，它除了具有丁苯橡胶显著改善沥青的低温性能特点外，粉末丁苯橡胶还能明显改善沥青的高温性能。同时粉末丁苯橡胶也可用于橡胶制品、塑料制品、石油树脂等改性。2.丁苯橡胶增强改性加工工艺原理2.1增强丁苯橡胶应用增强橡胶主要用于轮胎行业，还用于橡胶密封件、胶鞋底、减震器等。 2.2 MWNTs填充丁苯橡胶增强机理MWNTs/橡胶

13、体系在硬度、撕裂强度和磨耗性能上比炭黑/橡胶体系好，这是由增强剂的体积效果和表面效果决定的。由于MWNTs直径比炭黑小，比表面积和表面效应比炭黑大，与橡胶的自由体积相配好，因而在其表面能吸留更多的橡胶，在橡胶基体中形成的网络结构能阻碍聚合物分子链变形，表现出对材料的硬度、抗撕裂和耐磨性能有显著的贡献。如用作轮胎胎面胶，有利于降低轮胎的滚动滞后性，减少热疲劳损失，提高轮胎使用寿命。对于炭黑/橡胶体系，因炭黑在胶料基质中以二次聚集体的形式存在，即颗粒状态存在，大小从几百纳米到几微米，这种松散的物理聚集体结构的作用力为较弱的范德华力，在橡胶中形成网络结构的作用力远低于长径比大的MWNTs的结构作用力

14、，因而在橡胶的分子链运动过程中其阻碍作用相对较弱，在硬度、撕裂强度和磨耗性能上低于MWNTS橡胶体系。比较两体系表面电阻和体电阻性能，结果相差不大，这是由于MWNTs填加量太低不足以在胶料体相中形成连续的导电通道，而使MWNTS的高导电性能没有发挥出来。 研究得知，由于纳米材料的表面作用能大，易团聚，导致MWNTS在橡胶基体中分散性差，进而影响了MWNTS橡胶复合材料性能。可见制备纳米复合材料的前提是必须有一个良好的分散体系。最近，我们将高能量超声波分散和化学表面改J险两方法结合，获得了质量含量为30%的MWNTs在橡胶基体中均匀分散的复合材料。研究结果表明，在高能超声波和表面活性剂的共同作用

15、下，在橡胶基体中质量含量为30%的MWNTs没有聚集成团状，说明采用此方法可以使MWNTs在橡胶基体中以纳米级分散状态存在。目前，有关此方法以及材料加工工艺等对MWNTS结构和MWNTs橡胶复合材料各项物理性能影响的研究正在进行之中，以期获得高性能的MWNTS橡胶复合材料，尽早推广其实际化应用。 3.丁苯橡胶改性原料、助剂及设备介绍3.1原料及助剂1）原料丁苯橡胶结构简式：丁苯橡胶（SBR) ，又称聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线

16、电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。中文名: 丁苯橡胶 外文名: Polymerized Styrene Butadiene Rubber 密度: 1.04 g/mL 性状: 白色疏松柱状固体2）MWNs碳纳米管(CNTs)是C原子在一定条件下聚集而成的类似石墨结构六边形网络卷绕的中空管状结构，分为单(SWNTs)和多层(MWNTs)纳米管。CNTs独特的结构使其具有超高的强度、极大的韧性、独特的导电、导热等优异性能，用作增强剂可极大地改善复合材料的力学性能。据报道，理论估算SWNTs的杨氏模量可高达5 TPa，实验测得MW

17、NTs的杨氏模量平均为1. 8 TPa弯曲强度为14.2 GPa，强度比钢高100倍，比重只有钢的1/6一1/7: CNTs的电导率高达1000 S/cm2000 S/cm，并能够通过大的电流密度106 A/c衬;在973 K以下空气中基本不发生变化，具有良好的化学和热稳定性。既可作为高性能复合材料的增强剂(增强橡胶、塑料、陶瓷、金属等)，又可作为高附加值的功能性材料(催化剂载体、电子元件、电磁屏蔽材料、储能材料、吸附材料等)，被认为是极有发展前途的高性能、高附加值的“超级纤维”。 利用CNTs优异的力学性能可为橡胶基体提供极好的补强性能并提高其抗疲劳性能，其独特的优势表现在:(1)当施加外力

18、负荷时，CNTs特殊的管状石墨结构决定其断裂行为不象有机纤维呈完全脆性断裂，而是沿管壁传递应力作用，一层断裂后再引发另一层断裂，Wagner等。研究了聚合物复合膜中MWNTS在拉伸下的断裂行为，测得聚合物/碳纳米管界面的传递应力能力达到500 MPa以上，比传统的炭纤维增强复合材料应力传递能力高出10倍。(2 ) CNTs在基体中形成的填充网络可将材料中积聚的热迅速散失，从而可降低橡胶制品的热疲劳损失，延长其使用寿命。<3>CNTs大的长径比(大于1000有利于提高橡胶的抗撕裂性和耐磨性。此效果是迄今为止包括炭黑、白炭黑、有机和无机纤维以及其他纳米颗粒与橡胶共混复合均不能达到的。因

19、此，研究开发CNTs填充橡胶复合材料，对橡胶工业开发新型的高性能橡胶产品，特别是开发具有低滚动阻力的轮胎具有重大意义。目前，日本三井化学公司己建成世界最大规模的碳纳米管生产装置，生产能力为120 t/a。日本昭和电工株式会社、美国(iood-Year Tire & Rubber(固特异)公司和(3eneral Motors(通用汽车)公司己看好纳米炭纤维在燃料电池、汽车轮胎(轮胎胎面胶)及其零部件(如刹车片、保险杠、燃料电池中的储氢材料等)方面的潜在应用价值，并准备斥巨资开发.3）硬脂酸分子式：C18H36O2；CH3(CH2)16COOH,由油脂水解生产，主要用于生产硬脂酸盐。每克溶

20、于21ml乙醇，5ml苯，2ml氯仿或6ml四氯化碳中。 硬脂酸在橡胶的合成和加工过程中起重要作用。硬脂酸是天然胶、合成橡胶和胶乳中广泛应用的硫化活性剂，也可用作增塑剂和软化剂。在生产合成橡胶过程中需加硬脂酸作乳化剂，在制造泡沫橡胶时，硬脂酸可作起泡剂，硬脂酸还可用作橡胶制品的脱模剂。4）氧化锌 氧化锌是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶

21、体管、发光二极管等产品中均有应用。此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用无机白色颜料。着色力不及二氧化钛及立德粉。广泛用于ABS树脂、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂和聚氯乙烯及油漆和油墨的着色。另外，在橡胶工业也可用作橡胶的硫化活性剂、补强剂和着色剂。还用于漆布、化妆品、搪瓷、纸张、皮革、火柴、电缆等的生产。也可用于印染、玻璃工业、医药工业等。也用作合成氨的脱硫剂。还用作电子激光材料、荧光粉、饲料添加剂、磁性材料制造等。 6）防老剂 橡胶及其制品在长期贮存和使用过程中，由于受到热、氧、臭氧、变价金属离子、机械应力、光、高能射线的作用，以及其它化

22、学物质和霉菌等的侵蚀，会逐渐发粘、变硬发脆或龟裂。这种物理机械性能随时间而下降、弹性降低的现象叫做老化。随着老化过程的进行和发展，橡胶及其制品性能会逐渐降低以致完全丧失使用价值。为此，需在橡胶及其制品中加入某些化学物质来提高它对上述各种破坏作用的抵抗能力，延缓或抑制老化过程，从而延长橡胶及其制品的贮存期和使用寿命，这类物质叫做防老剂。根据防老剂的主要作用可以分为抗热氧老化防老剂、抗臭氧老化防老剂、有害金属离子作用抑制剂、抗疲劳防老剂、抗紫外线辐射防老剂等.7)石蜡油 也叫链烷烃油。石油系橡胶软化剂石蜡烃的碳原子(CP)数占总碳原子数的50%以上时，称为石蜡基油，主要采用石蜡基石油炼制

23、的副产物或由石油残渣抽炼的产品为原料，与丁基橡胶、乙丙橡胶等饱和橡胶有良好的互溶性，在提供优良加工性能的同时，确保硫化橡胶具有良好的综合物理机械性能。在丁基内胎、子午线轮胎气密层胶、乙丙橡胶车窗密封条等橡胶制品中大量使用。在天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶等不饱和橡胶的互溶性比较差，极易喷出橡胶制品表面，通常不使用或少量使用在不饱和橡胶中。用作一般软化剂，用量小于15份。其污染性小或不污染，但对胶料的粘合性不利（起抵制作用）.8)防焦剂 防焦剂：防止橡胶胶料在加工过程中产生早期硫化现象的物质。一般包括亚硝基化合物（如N-亚硝基二苯胺等）、有机酸类（如苯甲酸、邻苯二甲酸酐等）和硫代亚酰胺类

24、(如N-环已基硫代邻苯二甲酰亚胺)等。常用的有草酸、琥珀酸、乳酸、邻苯二甲酸酐、水杨酸、苯甲酸、油酸等，其中以邻苯二甲酸酐、水杨酸使用较多。但这些物质影响成品的物理机械性能，不宜多用。近年出现的新型防焦剂CTP（N-环己基硫代邻苯二甲酰胺）有优良的防焦效果，通过常握用量，可有效地控制焦烧时间。可以用作橡胶防焦剂的化学品有三类，即有机酸类、亚硝基化合物类和次磺酰胺类。9)促进剂 机理及影响：硫化促进剂简称促进剂。能促进硫化作用的物质。可缩短橡胶的硫化时间或降低硫化温度，减少硫化剂用量及提高橡胶的物理机械性能等。可分为无机促进剂与有机促进剂两大类。无机促进剂中，除 氧化锌 、氧化镁、氧化

25、铅等少量使用外，其余主要用作助促进剂。使用的大都是有机促进剂。种类繁多。硫化促进剂中有的带苦味（如硫化促进剂M），有的使制品变色（如 硫化促进剂D），有的有硫化作用（如 硫化促进剂TT），有的兼具防老作用或塑解作用（如硫化促进剂M）等。作用速度：根据作用的速度，可分为慢速、中速、中超速、超速、超超速等促进剂。此外，还有后效性促进剂等。主要是含氮和含硫的有机化合物，有醛胺类（如 硫化促进剂H）、胍类（如硫化促进剂D）、秋兰姆类（如硫化促进剂TT）、噻唑类（如硫化促进剂M）、二硫代氨基甲酸盐类（如 硫化促进剂ZDMC）、黄原酸盐类（如硫化促进剂ZBX）、硫脲类（如 硫化促进剂NA-22）、次磺酰胺

26、类（如 硫化促进剂CZ）等。一般根据具体情况单独或混合使用。10)硫化剂在天然胶中，与硫黄配合，能防止硫化返原，改善耐热性，降低生热，耐老化，提高橡胶与帘子线粘合力和硫化胶模量。用于载量轮胎肩胶、缓冲层等橡胶中，可解决斜交载重轮胎肩空难题，也可用于天然橡胶的大规格厚制品及各种橡胶杂品。例如：与硫黄，促进剂MPMCZ或TMTD此引发剂并用，硫化二烯类橡胶（天然胶、丁苯胶、丁晴胶、合成异戊二烯橡胶）具有延长焦烧时间，减少发热量，定伸强度高，抗硫化返原性优良等特点，同时，还可以增加H抽出，适用于橡胶的高温硫化（183），用量为2-3phr，适用于大型轮胎和加厚，加大制品。3.2主要设备与仪器3.2.

27、1混炼机炼胶机分为开放式和密闭式两类。开放式机主要用于橡胶的热炼、压片、破胶、塑炼和混炼等，开放式炼胶机在1826年就开始用于生产，它的结构比较简单，现代仍普遍使用；密闭式炼胶机主要用于橡胶的塑炼和混炼，它比开放式炼胶机多一个密炼室。自从1916年发明椭圆形转子密闭式炼胶机以来，密闭式炼胶机在橡胶工业中迅速发展，后来又出现其他形式转子的密闭式炼胶机。现代密闭式炼胶机的炼胶周期为2.53分钟，密炼室的最大容量达650升。本机主要用于天然橡胶的混炼或再生胶脱硫后的混炼塑炼压片。本机适用用于再生胶厂、传动带厂、输送机带厂、橡胶制品厂、鞋厂、电缆厂、胶管厂、密封件等橡胶有关行业。本机主要有一体底座、机

28、架、前后辊筒、传动齿轮、减速机、调距装置、辊温调节装置、安全开关、电气控制系统组成。辊筒材料为合金冷硬铸铁，具有高硬度和耐磨性，辊温调节装置，可向辊筒内通入蒸汽或冷却水来调节辊温，以满足工艺要求。在辊筒运转过程中，热辊筒骤然冷却，即在发现辊温过高时，突然通入冷却水，在横压力及温差应力的联合作用下，会导致辊简损伤。因此，降温宜逐步进行，最好空车降温。辊筒运转中发现胶料中或辊筒中有杂物或档板胶、轴瓦处等有积胶时，必须停车处理。如遇到运输带积胶或发生故障也必须停车处理。如遇到突然停车，应按顺序切断电源，关闭水、汽阀门。严禁带负荷开车。 禁止在设备转动部位和料盘上依靠、站坐；不得在运转辊筒上方传送物件

29、；拉推车辆时要注意周围情况，防止撞、碰人，装料时防止偏重翻车伤人。3.2.2拉伸试验机拉伸试验机（英文名cupping machine）也叫材料拉伸试验机、万能拉伸强度试验机，是集电脑控制、自动测量、数据采集、屏幕显示、试验结果处理为一体的新一代力学检测设备。拉伸试验机广泛应用于计量质检；橡胶塑料；冶金钢铁；机械制造；电子电器；汽车生产；纺织化纤；电线电缆；包装材料和食品；仪器仪表；医疗器械；民用核能；民用航空；高等院校；科研实验所；商检仲裁、技术监督部门；建材陶瓷；石油化工及其它行业。拉伸夹具作为仪器的重要组成部分，不同的材料需要不同的夹具，也是试验能否顺利进行及试验结果准确度高低的一个重要

30、因素。 拉力试验机普遍应用于各类五金、金属、橡塑胶、鞋类、皮革、服装、纺织、绝缘体、电线、电缆、端子等各类资料，测试其拉伸，撕裂，剥离，抗压，弯曲等资料研发，检验测试，功用其全，用处普遍。拉伸试验机有电子式的、液压式的和电液伺服式的。4.加工工艺及加工流程图4.1 配方设计配方设计，就是根据产品的性能要求和工艺条件合理地选用原材料，确定各种原材料的用量和配比关系。橡胶材料是生胶与多种配合剂构成的多相体系，橡胶材料中各个组分之间存在着复杂的物理和化学作用。目前尚不能用理论计算的方法确定各种原材料的配比，也不能确切地推导出配方和物理性能之间的定量关系。在一定程度上仍依赖于长期积累的经验。配方设计方

31、法1.根据样品试用要求、物化指标等现有的条件推断橡胶品种，根据工程师的经验设计出相对应的试验配方。列出配方，精确称量各种小料的重量，按工艺条件成放到不同容器里面带混炼试用。2.按工艺条件要求，密炼、开练的投料顺序、温度、试验严格按照工程师设计配方要求操作，待停放硫化使用。 硫化：时间、温度、压力。三要素要控制好，按设计要求正确硫化，停放待检测物化性能。  3.通过测试配方设计出来试片，来检测待给数据是否满足现有成品使用要求和物化性能。4.2加工方法1 ) MWNTs的制备和处理 采用催化热解法制备MWNTs。将苯、二茂铁和含硫的助催化剂经预热炉气化与氢气共同导入高温反应炉(1 100

32、 0C)发生催化裂解反应制得MWNTs. 将MWNTs放入浓硝酸溶液(质量分数为67 % )中煮沸2h，然后用蒸馏水冲洗煮沸后的MWNTs，直到滤液由棕红变到无色，溶液PH值达5一6后，放入真空烘箱烘干。2）炼前处理生胶分子量很大，并伴有少量交联结构；为了提高其可塑性、共混性等；在混炼前，往往需要塑炼。塑炼前，生胶需预热等准备工作，而后，在开炼机进行塑炼。放置46小时后就可混炼。混炼前，应对炭黑种类选择 ；炭黑的种类不同，其粒径和比表面积不同；粒径小的，比表面积大，补强效果大，但不利于其分散。为提高炭黑与橡胶相容性，有时也加入少量偶联剂。其他配合剂有抗氧剂、紫外线吸收剂、促进剂等等；混炼前，有

33、的需要预处理，并且以上原料都需要干燥。3）MWNTs-橡胶混炼橡胶的混炼设备有开放式炼胶机、密闭式炼胶机、螺杆挤出机。将塑炼完的橡胶和MWNTs及各种配合剂置于高速捏合机等进行粉料设备中进行粉料共混，再将粉料共混物置于上述的机器中，进行混炼；得到宏观均匀、力学性能良好的混炼胶。4）后加工工艺将混炼后得到的混炼胶经些制品干燥后，再加入硫化剂混合均匀通过挤出成型、压延成型、注射成型并发生固化（硫化）可得到各种制品。右边是一的工艺及应用。将帘布、线绳、钢丝等做成车轮外胎的骨架，再用混炼胶和硫化剂均匀混合物进行压延，就可获得高强度、高稳定、强阻尼性的车轮外胎。将金属片材或金属网表面进行化学处理，在其两

34、面覆盖混炼胶和硫化剂均匀混合物，经辊轴压实，得到金属复合橡胶板，具有高强度、表观低硬度及优异的密闭性等性能，广泛用于汽车、建筑等行业中。如用于发动机等高性能的垫圈，属于微型的金属复合橡胶板。5）强度测量将MWNTs-丁苯橡胶注塑成标准样条，置于万能拉伸试验机中进行拉伸，其断裂强度比纯丁苯橡胶的拉伸断裂强度提高了好几倍，甚至接近十倍，但断裂伸长率有较大的减少。炭黑的种类、用量对其断裂强度有重要的影响，我们可以通过实验确定其最佳用量及最佳种类。4.2产品性能测试项目、性能及测试标准1）性能指标拉伸试验可测定材料的一系列强度指标和塑性指标。强度通常是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂

35、的能力。材料在承受拉伸载荷时，当载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象叫做屈服。产生屈服时的应力，称屈服点或称物理屈服强度，用S（帕）表示。工程上有许多材料没有明显的屈服点，通常把材料产生的残余塑性变形为 0.2%时的应力值作为屈服强度，称条件屈服极限或条件屈服强度，用0.2 表示。材料在断裂前所达到的最大应力值，称抗拉强度或强度极限，用b（帕）表示。拉伸曲线图由试验机绘出的拉伸曲线，实际上是载荷伸长曲线（见图），如将载荷坐标值和伸长坐标值分别除以试样原截面积和试样标距，就可得到应力应变曲线图。图中op部分呈直线，此时应力与应变成正比，其比值为弹性模量，Pp是呈正比时的最大载荷，p点应力为比例极限p。继续加载时，曲线偏离op，直到 e点，这时如卸去载荷，试样仍可恢复到原始状态，若过e点试样便不能恢复原始状态。e点应力为弹性极限e。工程上由于很难测得真正的e,常取试样残余伸长达到原始标距的0.01%时的应力为弹性极限,以0.01 表示。继续加载荷，试样沿es曲线变形达到s点，此点应力