本科畢業(yè)論文-不同發(fā)泡劑對橡膠發(fā)泡行為及力學性能的研究.doc

學科代碼：080502學號：082301010064貴州師范大學（本科）畢業(yè)論文題目：不同發(fā)泡劑對橡膠發(fā)泡行為及力學性能的研究學院：材料與建筑工程學院專業(yè)：金屬材料工程年級：2008級姓名：指導教師：副教授完成時間：2012年5月05日i目錄摘要.1Abstract.1第一章文獻綜述.21.1發(fā)泡材料的概述及國內(nèi)外的研究狀況.21.1.1發(fā)泡材料的概述.21.1.2國內(nèi)外對發(fā)泡材料的研究狀況.41.2選題的理論、實際意義.51.3研究思路、方法、技術(shù)路線.61.3.1研究思路.61.3.2研究方法.61.3.3技術(shù)路線.7第二章實驗部分.82.1實驗原料與實驗儀器.82.1.1實驗原料.82.1.2實驗儀器.82.2樣品制備.92.3測試與表征.92.3.1發(fā)泡行為測試.92.3.2力學性能測試.11第三章不同發(fā)泡劑對橡膠發(fā)泡行為的影響.123.1前言.123.2不同發(fā)泡劑對橡膠發(fā)泡質(zhì)量的影響.133.3不同發(fā)泡劑對發(fā)泡橡膠泡孔結(jié)構(gòu)的影響.163.4小結(jié).17第四章不同發(fā)泡劑對發(fā)泡橡膠力學性能的影響.184.1前言.184.2不同發(fā)泡劑對發(fā)泡橡邵爾硬度的影響.184.3不同發(fā)泡劑對發(fā)泡橡沖擊回彈性能的影響.194.4不同發(fā)泡劑對發(fā)泡橡膠壓縮永久變形的影響.204.3小結(jié).22第五章結(jié)論.23參考文獻.24致謝詞.261不同發(fā)泡劑對橡膠發(fā)泡行為及力學性能的研究（貴州師范大學材料與建筑工程學院貴州貴陽550014）摘要通過在天然橡膠中加入白陶土、促進劑TT、硫磺，ZNO，SA，并改變不同發(fā)泡劑種類（AC、OBSH）及含量，在密煉機和開煉機中混煉，研究不同發(fā)泡劑對天然橡膠發(fā)泡行為及力學性能的影響，實驗結(jié)果表明：使用OBSH發(fā)泡劑制得的發(fā)泡橡膠泡孔較細且較均勻，且泡孔密度適中，在其含量為3份時，其泡孔密度為9106個/cm3，泡孔直徑為93m，泡孔直徑標準差為10m，表觀密度為0.52g/cm3；壓縮永久變形明顯小于使用AC發(fā)泡劑的發(fā)泡橡膠，且在含量為3份時效果最佳，其壓縮永久變形量為17%，沖擊回彈55%，邵爾硬度為40.關(guān)鍵詞：天然橡膠；發(fā)泡劑；發(fā)泡性能；力學性能AbstractThroughtheinnaturalrubberwithwhiteclay,promotingagentsTT,sulphur,ZNO,SA,andchangethedifferenttypesoffoamingagent(AC,OBSH)andcontent,inclosemixingmillandopeninmixingmillmixedrefine,studyofnaturalrubber,foamingdifferentfoamingagentbehaviorandthemechanicspropertiesof,theexperimentalresultsshowthatbyusingOBSHmadefoamrubberfoamingagentbubbleholeisfineandiseven,andthebubbleholedensitymoderate,initscontentisthreeparts,thebubbleholedensityfor9x106a/cm2,bubbleholediameterfor93m,bubbleholediameterstandarddeviationof10m,apparentdensityof0.52g/cm3；CompressionpermanentdeformationissmallerthanthefoamrubberusingACfoamingagent,andincontentis3ofthebesteffect,thecompressionpermanentdeformationis17%,andtheshockrebound55%,ShaoErhardnessis40.Keywords：Naturalrubber；Foamingagent；Foamperformance；Mechanicalproperties2第一章文獻綜述1.1發(fā)泡材料的概述及國內(nèi)外的研究狀況1.1.1發(fā)泡材料的概述1.1.1.1發(fā)泡材料的定義及應(yīng)用發(fā)泡材料，又叫多孔材料或海綿材料，是一類包含大量孔隙的材料。它是由構(gòu)成材料本身的連續(xù)固相（基體或基材）和形成孔隙的流體相（孔隙）所組成。其中的流體相按照孔隙中所含介質(zhì)的不同而分為兩類，即介質(zhì)為氣體時的氣相和介質(zhì)為液體時的液相。作為發(fā)泡材料，須具備兩種條件，一是材料中含有大量的孔隙，二是所含孔隙被用來滿足某種或某些設(shè)計要求以達到所期待的使用性能指標。材料中的孔隙不同于材料使用過程中經(jīng)常遇到的孔洞、裂隙等以缺陷形式存在的孔隙，因為這些孔隙的存在會降低材料的使用性能。根據(jù)孔洞是否相互連通，可分為開孔發(fā)泡材料、閉孔發(fā)泡材料和混合孔發(fā)泡材料。許多材料都可以制成發(fā)泡材料，發(fā)泡材料按基體不同可分為：金屬發(fā)泡材料、陶瓷玻璃發(fā)泡材料、木材發(fā)泡材料、高分子泡沫材料，這其中又包括塑料發(fā)泡材料和橡膠發(fā)泡材料。按照發(fā)泡倍率的大小可以分為高發(fā)泡材料（發(fā)泡倍率大于5倍）和低發(fā)泡材料。自然界中廣泛地存在著發(fā)泡固體，并且被人類大規(guī)模地應(yīng)用，隨著科學的進步，天然的發(fā)泡材料難以滿足人類的需要，最近以來，人類已經(jīng)制造出各種各樣的發(fā)泡固體，如為人們所熟悉的是聚合物泡沫材料，可用于眾多場合，從可以回收處理的咖啡杯到飛機座艙的沖擊墊等。目前的技術(shù)不但可以制造泡沫聚合物，而且還可以制造金屬、陶瓷和玻璃的泡沫材料。這極大的豐富了發(fā)泡材料的性能，并進一步滿足人類的各種需求。1.1.1.2發(fā)泡材料的制備方法發(fā)泡材料獨特的性能特點以及其廣泛的應(yīng)用，已引起人類的廣泛的興趣。經(jīng)過近100多年的研究發(fā)展，目前幾乎所有的材料都可以進行泡沫化。當前使用最普遍的發(fā)泡材料是聚合物泡沫材料，但金屬、陶瓷、玻璃甚至復合材料也都可以制備其發(fā)泡體，發(fā)泡材料已成了材料加工中的一個重要的研究領(lǐng)域?；诎l(fā)泡材料是大量的泡孔分散于各種不同的基材中的結(jié)構(gòu)特點，研究者們從不同的角3度，提出各種方案、途徑來制備發(fā)泡材料。從文獻的調(diào)研來看，已經(jīng)有很多制備發(fā)泡材料的工藝方法，盡管有些利用材料獨特的特性而采用比較特殊的制備工藝，但一般按照工藝技術(shù)的特點，發(fā)泡材料的制備方法大致可分為：燒結(jié)法、占位填料法、物理發(fā)泡法、化學發(fā)泡法等。A、燒結(jié)法：燒結(jié)法是利用顆粒自身具有的燒結(jié)性能將材料顆粒堆積體燒結(jié)在一起而形成的發(fā)泡材料。在整個的加工過程中，材料粉末總是保持著固體狀態(tài)，僅僅是經(jīng)過燒結(jié)處理或其它固態(tài)操作。其固體骨架由球狀單個粒子通過燒結(jié)頸連接而成。燒結(jié)是多孔制品工藝中的關(guān)鍵步驟，在工藝上常被視為一種熱處理，即將粉末毛坯加熱到低于其中主要組分熔點溫度下保溫一段時間，然后冷卻到室溫。粉末顆粒的聚集體變成晶粒聚結(jié)體，從而獲得具有一定物理、機械性能的材料或制品。燒結(jié)區(qū)別于固相反應(yīng)的一個重要方面是，燒結(jié)過程可能包含某些化學反應(yīng)，但也可在不發(fā)生任何化學反應(yīng)的情況下進行。燒結(jié)過程存在多種形式的物質(zhì)遷移，從多孔材料在其間的孔隙變化出發(fā)，可將松裝或成型后壓坯的燒結(jié)過程大致分成顆粒間的初始金屬結(jié)合、燒結(jié)頸的生長、小孔道的閉合、孔的球化及孔道的圓柱體化、致密化或孔的收縮和粗化等幾個階段。早在1909年，國外專利就提到過粉末冶金多孔制件的報道。用球形粉末作原料制得的多孔體孔具有易于控制，透過性能好等優(yōu)點。另外，在粉末中添加各種造孔劑，如碳酸氫銨、尿素、甲基纖維素等可明顯提高其孔率和透過性。B、占位填料法：占位填料法是將發(fā)泡基材與占位體一起混合，或者將基材浸泡甚至是用粘合劑與占位材料相粘合，形成混合的固體料塊，然后依據(jù)占位體和基材的物理和化學的性質(zhì)，通過熱處理、溶解、濾除、電化學腐蝕等方式來除去占位材料，形成發(fā)泡材料。如在陶瓷配料中添加揮發(fā)性或可燃性造孔劑，利用造孔劑在高溫下?lián)]發(fā)或燃燒后在陶瓷中留下孔隙，而制備發(fā)泡陶瓷。其中有機泡沫浸漿工藝是一種使用最普遍的制備發(fā)泡陶瓷的方法，先將配置好的陶瓷漿料浸漬有機泡沫，然后燒除有機物并燒結(jié)陶瓷體即得多孔陶瓷產(chǎn)品。獨特之處在于其借助有機泡沫體的開孔三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，所得多孔制品的孔隙結(jié)構(gòu)與所用有機泡沫前驅(qū)體近乎相同，制品孔隙尺寸亦主要取決于有機泡沫體的孔隙尺寸，同時也與漿料在母體上的涂覆厚度以及漿料的干燥收縮、燒結(jié)收縮有關(guān)。4C、物理發(fā)泡法：物理發(fā)泡法是將非活性氣體，如二氧化碳或氮氣，高壓下將其壓入熱聚合物熔體，然后減壓使其膨脹成泡孔，或者將低熔點的液體如氟利昂或二氯甲烷混入聚合物使其加熱揮發(fā)從而形成氣泡。如在懸浮聚合的聚苯乙烯顆粒中摻入低沸點液體（如石油醚、丙烷、丁烷、戊烷及其異構(gòu)體等），使聚苯乙烯形成可發(fā)性珠粒，然后經(jīng)過預(yù)發(fā)泡、熟化和發(fā)泡成型而制成發(fā)泡制品。至于孔穴尺寸在10m量級的微孔泡沫材料，可由飽和滲透法制得。即在室溫或低溫下加壓將非活性氣體（如CO2等）滲入聚合物，形成氣體聚合物均相體系，然后升高溫度至聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并釋放壓力，氣體在聚合物中成過飽和狀態(tài)，導致泡核形成并長大，制備出孔穴尺寸在10m量級的微孔泡沫材料。D、化學發(fā)泡法：化學發(fā)泡法是在加工過程中伴隨著化學反應(yīng)產(chǎn)生氣體而導致基材發(fā)泡的工藝，它包括兩種類型，即外加發(fā)泡劑熱分解型和組分間相互作用而產(chǎn)生氣體型。如在聚乙烯，聚丙烯中加入熱分解型發(fā)泡劑如AC等混煉均勻，然后加熱，發(fā)泡劑分解產(chǎn)生氣體而使聚合物基材發(fā)泡1,2。熔融金屬經(jīng)過粘度調(diào)節(jié)后摻入釋氣發(fā)泡劑，在熱的作用下發(fā)泡劑分解，原位釋放氣體，氣體受熱膨脹從而推動起泡過程，引起熔體直接發(fā)泡，經(jīng)過冷卻形成泡沫金屬。該工藝可制備鋁、鋁合金、鉛、錫、鋅等低熔點的金屬發(fā)泡材料，通常使用的發(fā)泡劑有TiH2、ZrH2、CaH2、MgH2、ErH2等粉狀金屬氫化物。一旦發(fā)泡劑與熔融金屬接觸，就會十分迅速的分解，故釋氣粉末的均勻分布應(yīng)在瞬間完成。而聚氨酯泡沫材料的制備則是利用其中的組分異氰酸酯與水反應(yīng)形成CO2氣體而發(fā)泡3。1.1.2國內(nèi)外對發(fā)泡材料的研究狀況近10年國內(nèi)外發(fā)泡橡膠材料研究受到廣泛關(guān)注,應(yīng)用越來越廣泛,但同時對發(fā)泡橡膠的性能也提出了新的更高要求。橡膠的導熱性能是近年來研究的熱點,馬連湘4,5等人利用穩(wěn)態(tài)法研究了輪胎的導熱性能。劉麗、宋君萍、何燕6等也對輪胎膠料的導熱系數(shù)測定及誤差進行分析。梁基照7,8等人研究了NR中空微球復合材料傳熱性能,并驗證了聚合物中空微球復合材料理論的傳熱模型。王修行、梁高勇、賴軍、陳綺梅9通過添加不同量的發(fā)泡劑H制備了發(fā)泡天然橡膠(NR),并研究了發(fā)泡NR的力學及導熱性能與發(fā)泡劑H之間的關(guān)系。結(jié)果表明,發(fā)泡NR的密度和力學性能隨著發(fā)泡劑用量的增加逐漸下降。掃描電子顯微鏡(SEM)發(fā)現(xiàn),隨著發(fā)泡劑用量的增加,發(fā)泡結(jié)構(gòu)逐漸由閉孔向開孔過渡。利用5平面熱源法測試發(fā)泡NR的導熱系數(shù),發(fā)現(xiàn)導熱系數(shù)隨著測試溫度的增加而增加,隨著發(fā)泡劑用量的增加而逐漸減小。同時，馬遙10應(yīng)用無轉(zhuǎn)子發(fā)泡硫化儀同時測定橡膠發(fā)泡膠料的硫化特性與發(fā)泡特性，系統(tǒng)考察了用發(fā)泡劑H制備天然橡膠發(fā)泡材料的過程。研究了配方與工藝等各種因素對硫化和發(fā)泡過程的影響，定量地表征了發(fā)泡劑以及硫化體系對發(fā)泡材料結(jié)構(gòu)性能的影響，并在著重研究了NR發(fā)泡材料的壓縮行為與能量吸收特性。綜上所述，以上主要研究了橡膠的導熱性，馬遙雖應(yīng)用無轉(zhuǎn)子發(fā)泡硫化儀同時測定橡膠發(fā)泡膠料的硫化特性與發(fā)泡特性，系統(tǒng)考察了用發(fā)泡劑H制備天然橡膠發(fā)泡材料的過程。但是，在發(fā)泡過程中，橡膠的發(fā)泡行為及力學性能還與發(fā)泡劑的種類及含量有關(guān)，不過目前為止，發(fā)泡劑AC和OBSH對橡膠對校膠發(fā)泡行為及力學性的影響尚未有人進行過相關(guān)的研究，所以本論文將從“不同發(fā)泡劑（AC、OBSH）對橡膠的發(fā)泡行為及力學性能的影響”出發(fā)，找出適合橡膠發(fā)泡所需發(fā)泡劑的種類及含量，為后續(xù)生產(chǎn)提供理論參考。1.2選題的理論、實際意義橡膠發(fā)泡是指用特定的發(fā)泡劑處理橡膠從而使橡膠具有特征性能的處理手段。發(fā)泡橡膠具有密度小、節(jié)省原料、隔熱保溫、吸收沖擊載荷等特性,被廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、汽車和輕工等相關(guān)領(lǐng)域11-15。因此小到家用的一個凳子，大到祖國的航空、航天事業(yè)，都離不開它。而發(fā)泡橡膠的質(zhì)量不僅與助劑含量、工藝參數(shù)有關(guān)，還直接與發(fā)泡劑種類及其含量有關(guān)。在生產(chǎn)中，常用的發(fā)泡劑有AC、OBSH等，由于發(fā)泡劑的使用種類和含量量不同，會使發(fā)泡橡膠存在各種缺陷，如：發(fā)泡孔不足、填充模不足、發(fā)泡孔不均勻