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海泡石矿物补强三元乙丙橡胶的制备与性能研究

赵志刚  
【摘要】:海泡石是一种具有较高长径比的多孔富镁硅酸盐矿物,其表面含有大量的硅羟基活性基团,是三元乙丙橡胶(EPDM)的理想补强填料。本文以偶联剂改性海泡石粉体作为补强填料,采用机械共混方法制备出改性海泡石复合三元乙丙橡胶,研究海泡石的有机化改性工艺及其对EPDM性能的影响,探讨了改性海泡石补强EPDM的机理,以及借助热重-差热分析对复合橡胶的热氧化反应动力学进行了分析。对比试验表明,过氧化物的硫化胶的力学强度小于硫磺体系的硫化胶,但其热老化性能较好,并且海泡石填充量及助交联剂TAIC、PDM、S均对复合橡胶的热老化性能有显著影响。在硫磺硫化体系中,当KH570用量为海泡石质量的6%时,复合橡胶的性能最佳。复合橡胶的拉伸强度随着改性海泡石添加量的增加先增大而后减小,当添加100 phr时,达到最大值16.17 MPa,与相同份数未改性海泡石填充的橡胶相比,拉伸强度提高了74.1%,比同份数炭黑补强的复合橡胶提高了54.0%。通过红外光谱分析可知,海泡石粉体经偶联剂改性后,表面接枝了C-H、C=C和-CH_2-等特征官能团。由X射线光电子图谱分析可知,改性海泡石O1s和Si2p的电子结合能位置和半峰宽与未改性的海泡石相比均有很大变化,并且O1s光电子能谱在531.96、533.53 eV处出现新的吸收峰,Si2p光电子能谱在102.91 eV处产生了新吸收峰。X射线衍射分析表明,改性前后海泡石的晶体结构未发生明显改变,但混炼后海泡石的特征衍射峰出现向左偏移,晶面间距增大;硫化后其特征衍射峰出现向右偏移,晶面间距变小。这是由在混炼过程中双辊间强的机械挤压力以及在硫化过程中海泡石层间或孔道内的橡胶分子发生化学交联造成的。通过对复合橡胶的氧化反应动力学计算,求得反应速率常数、表观活化能和氧化诱导期,并与橡胶在老化箱中的热老化实验的结果相比较。结果表明:求得的氧化诱导期t_(70)与反应速率常数K_(70)的结果十分吻合,所得结果与橡胶老化箱老化试验实测的老化系数变化的趋势相一致,证明t_(70)能够很好地评价海泡石/EPDM的热氧稳定性。


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