耐辐射橡胶材料的研究进展

橡胶材料因其出色的弹性、密封性能和阻尼减振性能作为涉核设备的关键材料之一。但橡胶材料在辐射环境下长期服役容易老化变质,进而导致相关元器件的性能不可逆下降甚至其失效,这大幅缩短了涉核设备的使用寿命。本文综述近年来耐辐射硅橡胶材料、三元乙丙橡胶材料、丁腈橡胶材料和天然橡胶材料的研究进展,并阐述耐辐射助剂与橡胶基体的相互作用及橡胶材料的耐辐射机理,希望为高性能耐辐射橡胶材料的开发提供参考,为耐辐射橡胶材料的设计提供借鉴。

天然橡胶/顺丁橡胶并用胶的耐磨性能与磨屑分形维数的关联性

对不同并用比的天然橡胶(NR)/顺丁橡胶(BR)并用胶进行阿克隆磨耗试验,并表征和计算NR/BR并用胶的磨屑分形维数,探究NR/BR并用胶的耐磨性能与磨屑分形维数的关联性。结果表明:随着NR/BR并用比的增大,NR/BR并用胶的阿克隆磨耗量先减小后增大,NR/BR并用比为60/40时并用胶的阿克隆磨耗量最小;NR/BR并用胶的磨屑分形维数先增大后减小,NR/BR并用比为60/40时磨屑分形维数最大,NR/BR并用胶的磨屑分形维数与阿克隆磨耗量的变化趋势相反;NR/BR并用胶的磨屑团聚程度越大,磨屑基团分形维数越大。

乙烯基硅烷对EVM/ATH复合材料性能的影响

研究了硅烷种类和用量对乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/氢氧化铝(EVM/ATH)复合材料硫化特性、动态力学性能、动态热机械性能、物理机械性能等方面的影响。结果表明,当VTMO硅烷用量为1份时,混炼胶的门尼黏度、最低扭矩、最高扭矩、扭矩差、焦烧时间、正硫化时间较低。硅烷用量相同时,加入乙烯基三甲氧基硅烷(VTEO)的混炼胶的结合胶含量较高,混炼胶的储能模量、损耗模量较高;当应变低于10%时,VTMO硅烷用量的变化对混炼胶储能模量、损坏模量的影响较大。加入VTMO硅烷的硫化胶的储能模量最大。硅烷的加入使硫化胶的玻璃化转变温度略微向高温方向移动,加入VTEO硅烷的硫化胶损耗因子峰值最低。当VTMO硅烷用量为1份时,硫化胶的物理机械性能较为优异,硫化胶的耐磨性与混炼胶中的结合胶含量有一致性。

交联密度和交联键分布对NR/TBIR硫化胶应用性能的影响

通过在普通硫磺硫化体系(CV)、半有效硫磺硫化体系(SEV)和有效硫磺硫化体系(EV)中变化促进剂/硫磺用量调控硫化胶的交联密度和交联键分布,研究其对天然橡胶(NR)和NR/反式丁戊橡胶(TBIR)硫化胶应用性能的影响。结果表明,交联密度是影响硫化胶应用性能的关键,在CV、SEV和EV硫化体系中提高交联密度,NR和NR/TBIR硫化胶的硬度、定伸应力、耐磨耗性能逐渐提高,拉断伸长率、耐疲劳性能和滚动阻力逐渐降低。在同样的交联密度下调控交联键类型由多硫键向单硫键和双硫键转变,NR和NR/TBIR硫化胶的耐疲劳性能显著下降。在同样的交联密度和交联键分布下,NR/TBIR硫化胶相比NR硫化胶均具有更优异的耐磨耗性能和耐疲劳性能以及更低的滚动阻力,相比NR硫化胶,降低交联密度会使NR/TBIR硫化胶在耐磨耗性能上具有更大优势,降低交联密度、提高多硫键比例会使NR/TBIR硫化胶在耐疲劳性能上具有更大优势。

耐高温阻燃输送带覆盖胶的研制

介绍了耐高温阻燃输送带覆盖胶的研制,经优化组合最终确定覆盖胶配方为:乙丙胶CO054/S537-370/30,炭黑N22050,Sunpar 2280/HY209树脂20,阻燃剂十溴二苯乙烷/三氧化二锑/硼酸锌16/8/7,过氧化二异丙苯/TAIC 6,防老剂MB/MC4454。采用该配方生产的输送带耐热性能达到了GB/T20021—2017中T4级别要求,阻燃性能达到了GB/T10822标准K2级别要求。

2种凝固工艺制备的天然橡胶热降解表观活化能

用热重-微商热重(TG -DTG )方法研究了在流动的空气状态下 2 种凝固工艺制备的天然橡胶(NR )的热降解动力学,用 O zaw a 方程求取不同转化率 α 时的反应活化能 E,外推至转化率 α 为 0 的表观活化能 Eα→0,并用 Coats-Redfern 方程求取不同的加热速率 β 的反应活化能 E,外推 β 为 0 的表观活化能 Eβ→0。结果表明:甲酸凝固制备的 NR 在空气气氛中热降解反应表观活化能 Eα→0 为 101.6 kJ/mol,Eβ→0 为 104.5 kJ/mol,确定其表观活化能为 101.6￣104.5 kJ/m ol;自然凝固 7 d 制备的 N R 热降解反应表观活化能 Eα→0 为 107.7kJ/mol,Eβ→0 为 106.6 kJ/mol,确定其表观活化能为 106.6￣107.7 kJ/mol。自然凝固工艺制备的 NR 热降解反应的表观活化能高于甲酸凝固工艺制备的 NR 热降解反应的表观活化能。

导电聚苯胺/橡胶复合材料的制备及力学、电学性能研究

采用溶液法合成的具有较高电导率的盐酸掺杂态聚苯胺(HCl PAn)粉末分别与天然橡胶(NR)和丁腈橡胶(NBR)共混,制备了聚苯胺/天然橡胶(PAn/NR)、聚苯胺/丁腈橡胶(PAn/NBR) 复合材料。用透射电子显微镜和红外光谱表征了聚苯胺的形态结构;研究了聚苯胺用量对复合材料电导率和力学性能的影响。实验结果表明,在天然橡胶中添加50份聚苯胺,复合材料电导率达到10-9 S·cm-1,比未添加聚苯胺时提高了6 个数量级;聚苯胺添加到NBR中,复合材料的电导率无明显变化,只起到一定的补强作用。

镀镍石墨/MVQ复合材料的导电稳定性研究

以镀镍石墨(NCG)为导电填料,制备NCG/甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)导电复合材料,并对其物理性能、导电性能和导电稳定性进行研究。结果表明,当NCG用量为180份时,复合材料的导电性能和物理性能均较好;随着储存时间和热老化时间的延长,NCG/MVQ复合材料的体积电阻率均小于0.1Ω.cm,导电稳定性良好;随着伸长率的增大,NCG/MVQ复合材料的体积电阻率先缓慢增大后迅速增大;当伸长率为25%时,随着拉伸次数的增加,复合材料体积电阻率逐渐增大。

多官能团不饱和单体对天然橡胶辐射预硫化效应的研究

以天然橡胶(Natural rubber,NR)为基材,采用γ射线辐射技术对其进行辐照预硫化,研究了三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(Trimethylopropane trimethylacrylate,TMPTMA)和三烯丙基异氰尿酸酯(Triallyl isocyanurated,TAIC)两种多官能团不饱和单体(Polyfunctional unsaturated monomers,PFM)对NR辐射预硫化的敏化效应。辐射预硫化效果以NR的交联度(1/Mc)和格林强度进行评价,结果表明,在0～100kGy剂量范围内,TMPTMA对NR的辐射预硫化有较好的促进作用,TAIC的辐射敏化效果则不明显;NR/TMPTMA敏化体系的交联度和格林强度随辐照吸收剂量的增加而提高,使NR的辐射预硫化效率获得优化;同时,适当增加TMPTMA的用量可提高NR的交联度和格林强度。

阻尼橡胶材料研究进展

由阻尼橡胶材料的设计要求出发,从橡胶分子结构和相态结构的改性、新型填充剂(包括增强填充剂和非增强填充剂)的选择等方面总结了近年来阻尼橡胶材料的研究进展,并对其发展方向做了展望。

基于有限元法进行铁道车辆橡胶元件的设计

介绍了描述橡胶类超弹性材料的几个应变能函数 ,并从橡胶材料实验数据的曲线拟合得到Yeoh模型的材料常数 ,进而采用有限元法对铁道车辆用橡胶元件粘合圆柱块及圆锥形橡胶弹簧进行了设计分析。

弹性体材料应变率相关力学行为模型

研究弹性体材料应变率相关力学行为模型。对弹性体材料在单轴拉伸情况下进行受力分析,得到应力与应变能之间的关系,并在热力学分析的基础上研究材料的内禀时间变量。将内禀时间变量与广义maxwell模型相结合得到表达弹性体材料粘性的模型,并将此模型与Mooney-Rivlin超弹性模型结合建立弹性体材料应变率相关力学行为模型。分析表明,模型中的各项参数与物理事实相符,该模型在减震和缓冲领域具有工程应用价值。

生物质材料在橡胶中的应用进展

生物质的资源化利用是科技进步的重要手段,有时也是防止因废弃生物质导致的环境污染的有效途径。多样的生物质材料与有机合成高分子材料构成具有各种功能的复合材料已经成为当前研究的焦点。本文着重介绍了淀粉、纤维素、木质素和纤维蛋白对橡胶进行改性的研究工作,并就生物质材料在橡胶中的应用前景提出了观点和建议。

N R/ N B R 并用胶硫化体系的研究

考察了几种典型硫化体系及硫黄／ 促进剂 Ｃ Ｚ／ 促进剂 Ｄ Ｍ 配合对 Ｎ Ｒ／ Ｎ Ｂ Ｒ 并用胶硫化胶力学性能的影响。结果表明，采用普通硫化体系、半有效硫化体系的效果明显优于有效硫化体系及无硫黄硫化体系。通过正交试验对硫黄／ 促进剂 Ｃ Ｚ／ 促进剂 Ｄ Ｍ 的配合进行了初步研究，发现硫黄／ 促进剂 Ｃ Ｚ／ 促进剂 Ｄ Ｍ 以１０／１０／０ 配合可使并用胶硫化胶各项力学性能获得良好的平衡。

不饱和羧酸盐对硅橡胶/EPDM并用胶结构与性能的影响

探索了2种不饱和羧酸盐对硅橡胶/三元乙丙橡胶并用胶结构与性能的影响,并与EVA树脂的补强效果进行了比较。实验结果发现,在甲基丙烯酸镁用量较少时,并用胶仍基本保持原有的交联结构,定伸应力升高,强度和伸长率提高;在大用量下,由于不饱和镁盐的就地聚合微米粒子的生成,使并用胶的交联和补强结构发生了变化,橡胶定伸应力、硬度和刚性大幅提高,但伸长率显著降低。甲基丙烯酸锌盐与镁盐相比,定伸应力更高,抗张强度和伸长率略低。EVA树脂的引入使并用胶的定伸应力轻微增大,拉伸强度和伸长率提高,扯断永久变形有所增大。

NR/炭黑/白炭黑/有机蒙脱土纳米复合材料的性能研究

将实验室自制的固相改性有机蒙脱土(OMMT)引入NR/炭黑/白炭黑体系中,并对复合材料性能进行研究。结果表明,OMMT(用量为6份)的加入可以显著改善NR/炭黑/白炭黑体系的加工性能、物理性能、耐热氧老化和耐屈挠性能,并降低动态疲劳生热。

TCY/硫黄对ACM/NBR并用胶的交联作用

从混炼胶的硫化特性和硫化胶物理性能等方面考察了三聚硫氰酸（ＴＣＹ）、硫黄和ＴＣＹ／硫黄对丙烯酸酯橡胶（ＡＣＭ）、丁腈橡胶（ＮＢＲ）及其并用胶的交联作用。结果表明，ＴＣＹ／硫黄硫化体系适用于ＡＣＭ／ＮＢＲ并用胶、并用胶的物理性能达到甚至超过了两种胶料的物理性能的加和水平；ＡＣＭ／ＮＢＲ共混并用。

氟橡胶与丁腈橡胶并用的研究

将氟橡胶与丁腈橡胶进行共混 ,采用过氧化二异丙苯 /三烯丙基异氰脲酸酯作为共硫化体系 ,测试了不同并用比硫化胶的常规性能及耐化学介质性。结果表明 ,并用胶所采用的共硫化体系是成功的 ,并用胶性能优良。三烯丙基异氰脲酸酯可显著提高氟橡胶与丁腈橡胶的硫化度。

丁腈橡胶－40／三元共聚型氯醚橡胶并用的研究

对丁腈橡胶－４０（ＮＢＲ－４０）与三元共聚型氯醚橡胶（ＣＨＣ）进行了并用研究．发现二者之间的相容性良好。ＮＢＲ－４０／ＣＨＣ并用比为８０／２０时，胶料的综合物理性能较好；为７０／３０时．胶料耐４０＃机油的性能最好；耐四氯化碳溶剂的性能随并用比的减小（ＣＨＣ用量增加）而提高。胶料硫化体系以过氧化物硫化体系［过氧化二异丙苯（ＤＣＰ）／硫黄／四氧化三铅／促进剂ＮＡ－２２］最佳，补强剂选用中超耐磨炭黑。

硅橡胶并用胶的开发和应用

以硅橡胶／ＥＰＤＭ、硅橡胶／氟橡胶、硅橡胶／丙烯酸酯橡胶（ＡＣＭ）和硅橡胶／ＰＵ并用胶为主，介绍硅橡胶并用胶的开发和应用情况。硅橡胶并用胶的耐热性、耐寒性、耐油性、耐水性好，强度高，压缩永久变形小，性能价格比合理，可广泛用于汽车、家电、建筑和医疗等行业橡胶制品的制备。硅橡胶并用胶存在的主要问题是硅橡胶与其它橡胶的相容性和共硫化性差，多用加入相容剂、选择合适的硫化体系和使橡胶间形成互穿网络结构等方法来解决。