天然橡膠石墨復(fù)合材料

1、0天然橡膠天然橡膠/ /石墨復(fù)合材料的制備石墨復(fù)合材料的制備專業(yè)：高分子材料與工程專業(yè)：高分子材料與工程學(xué)生：學(xué)生：-指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：-摘要摘要： 隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技日新月異，新材料的開(kāi)發(fā)成為了現(xiàn)階段十分新型的發(fā)展領(lǐng)域，尤其以聚合物復(fù)合材料的發(fā)展尤為突出，在很多方面應(yīng)用十分的廣泛。在某些特殊領(lǐng)域如航空、電子工業(yè)要求材料具有良好的力學(xué)、電學(xué)性能，聚合物基復(fù)合材料具有很多材料所具有的綜合性能，而又加工簡(jiǎn)單，成本低廉，具有十分開(kāi)闊的研究領(lǐng)域和良好的研究?jī)r(jià)值。橡膠的應(yīng)用尤為突出，作為一種新型材料，橡膠涉及到各行各業(yè)的發(fā)展，天然橡膠的改性成為這一時(shí)代研究的主題之一，本文主要論述的橡膠的力學(xué)性能的改

2、性方面，特別是納米材料對(duì)天然橡膠力學(xué)性能的改性，對(duì)橡膠力學(xué)性能的加強(qiáng)方面。本文采用的是石墨和碳納米管對(duì)天然橡膠的力學(xué)性能改性進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而得出石墨和碳納米管對(duì)天然橡膠力學(xué)性能改性程度的結(jié)論。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞；天然橡膠、硫化、膨脹石墨、力學(xué)性能、復(fù)合材料、開(kāi)煉機(jī)、碳納米管。1A Ab bs st tr ra ac ct t ：With the progress of The Times, science and technology changes with each new day, the development of new materials become of the present

3、 stage of development is very new areas, especially in the development of composite material, particularly prominent in many ways it is widespread application. In some special areas such as air, electronic industry requirements material has good mechanical and electrical performance, polymer-based c

4、omposites have a lot of material is the comprehensive performance, and processing is simple, the cost is low, have very open field of study and good research value. The application of rubber, particularly prominent as a kind of new materials, rubber involves people from all walks of life development

5、, natural rubber modified to be a one of the themes of The Times, this paper mainly discusses the mechanical properties of the rubber modified, especially nanometer materials on natural rubber mechanical properties of modified, mechanical properties of strengthening of rubber. This article USES the

6、is graphite and carbon nanotubes for natural rubber mechanical properties of the research on the modification of the experiment, and a conclusion that the graphite and carbon nanotubes mechanical properties of natural rubber modified degree of conclusion.K Ke ey y w wo or rd ds s; Natural rubber, vu

7、lcanization, expanded graphite, mechanical properties, composite materials, open mixing mill, carbon nanotubes.2 目錄目錄一一 緒論緒論 .1 11.1 天然橡膠的概述.11.2 天然橡膠制備復(fù)合材料.21.3 膨脹石墨概述.41.4 碳納米管的概述.6二二 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分 .8 82.1 天然橡膠/膨脹石墨復(fù)合材料的制備.82.1.1 實(shí)驗(yàn)原料.82.1.2 天然橡膠/膨脹石墨復(fù)合材料的制備實(shí)驗(yàn).82.2 力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn).92.2.1 超臨界流體制備及用于聚合物改性的典型裝置.

8、92.2.2 超臨界流體制備裝置的工藝流程.92.2.3 超臨界實(shí)驗(yàn)程序.10三三 結(jié)果與討論結(jié)果與討論 .11113.1.113.2.123.2.1.133.2.2.143.2.3.143.3.143.4.163.5 結(jié)論.18參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .2020致謝致謝 .2121附錄附錄 1 1 綜述綜述.22223緒緒論論天天然然橡橡膠膠的的概概述述天天然然橡橡膠膠 天然 橡膠 是一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物 ，分子式是（ C5H8）n，其成分中 91%94%是橡膠烴 （聚異戊二烯），其余為蛋白質(zhì)、脂肪酸、灰分、糖類等非橡膠物質(zhì)。天然橡膠是應(yīng)用最廣的 通用橡膠 。 天天然然橡橡

9、膠膠的的歷歷史史1492 年遠(yuǎn)在哥侖布發(fā)現(xiàn) 美洲 大陸以前， 中美洲 和南美洲的當(dāng)?shù)鼐用褚验_(kāi)始利用。 1736 年直到 1736 年,法國(guó) 才在世界上首次報(bào)道有關(guān)橡膠的產(chǎn)地、采集膠乳的方法和橡膠在南美洲當(dāng)?shù)氐睦们闆r，使歐洲人開(kāi)始認(rèn)識(shí)天然橡膠，并進(jìn)一步研究其利用價(jià)值。 1839 年此后又經(jīng)過(guò)了100 多年，直到 1839 年美國(guó)人固特異（C.Goodyear）發(fā)現(xiàn)了在橡膠中加入硫黃和堿式碳酸鉛，經(jīng)加熱后制出的橡膠制品 遇熱或在陽(yáng)光下曝曬時(shí)，才不再像以往那樣易于變軟和發(fā)粘，而且能保持良好的彈性，從而發(fā)明了橡膠硫化，至此天然橡膠才真正被確認(rèn)其特殊的使用價(jià)值，成為一種其重要的工業(yè)原料。 1888 年

10、英國(guó)人鄧錄普（ J.B.Dunlop）發(fā)明了充氣輪胎，促使汽車(chē)輪胎 工業(yè)飛躍地發(fā)展，因而導(dǎo)致耗膠量急劇上升。 1876 年英國(guó)人 威克姆 （H.Wickham）從巴西馬遜 河口 采集橡膠種子，運(yùn)回 英國(guó)皇家植物園 播種 ,并在 錫蘭 (現(xiàn)在的 斯里蘭卡 )、印度尼西亞、 新加坡 試種，均取得成功。此即為巴西橡膠樹(shù)在遠(yuǎn)東落戶的開(kāi)端。從此，栽培橡膠業(yè)發(fā)展非常迅速。1997 年世界天然橡膠產(chǎn)量已高達(dá)624.7 萬(wàn)噸。 新中國(guó)成立后 中國(guó)農(nóng)墾科技工作者通過(guò)科學(xué)實(shí)踐，打破了國(guó)外近百年來(lái)所謂 15以北是巴西橡膠樹(shù)種植“禁區(qū) ”的定論，成功地在北緯18以北至北緯 24的廣大地區(qū)種植巴西橡膠樹(shù)，并獲得較高的產(chǎn)

11、量。1996 年天然膠產(chǎn)量已達(dá)到42 萬(wàn)噸，成為世界第五大天然膠生產(chǎn)國(guó)。從天然產(chǎn)膠植物中制取的橡膠 。市售的天然橡膠主要是由三葉4橡膠樹(shù) 的乳膠制得。天然橡膠化化學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì) 一般為片狀固體，相對(duì)密度0.94，折射率 1.522，彈性膜量24MPa，130140時(shí)軟化， 150160粘軟， 200時(shí)開(kāi)始降解。常溫下有較高彈性，略有塑性，低溫時(shí)結(jié)晶硬化。有較好的耐堿性，但不耐強(qiáng)酸。不溶于水、低級(jí)酮和醇類，在非極性溶劑如三氯甲烷、四氯化碳等中能溶脹。1 自自然然屬屬性性通常我們所說(shuō)的天然橡膠，是指從巴西橡膠 樹(shù)上采集的天然膠乳，經(jīng)過(guò)凝固、干燥等加工工序而制成的彈性固狀物。天然橡膠是一種以聚異戊二烯

12、為主要成分的天然高分子化合物 ，分子式是（ C5H8）n，其橡膠烴 （聚異戊二烯）含量在90%以上，還含有少量的蛋白質(zhì)、脂肪酸、糖分及灰分等。 天然橡膠的物理特性。天然橡膠在常溫下具有較高的彈性，稍帶塑性，具有非常好的機(jī)械強(qiáng)度，滯后損失小，在多次變形時(shí)生熱低，因此其耐屈撓性也很好，并且因?yàn)槭欠菢O性橡膠，所以電絕緣性能良好。 天然橡膠的化學(xué)特性。因?yàn)橛胁伙柡碗p鍵，所以天然橡膠是一種化學(xué)反應(yīng)能力較強(qiáng)的物質(zhì)，光、熱、臭氧、輻射、屈撓變形和銅、錳等金屬都能促進(jìn)橡膠的老化，不耐老化是天然橡膠的致命弱點(diǎn)，但是，添加了防老劑 的天然橡膠，有時(shí)在陽(yáng)光下曝曬兩個(gè)月依然看不出多大變化，在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)貯存三年后仍可以照常

13、使用。 天然橡膠的耐介質(zhì)特性。天然橡膠有較好的耐堿性能，但不耐濃強(qiáng)酸。由于天然橡膠是非極性橡膠，只能耐一些極性溶劑，而在非極性溶劑中則 溶脹 ，因此，其耐油性和耐溶劑性很差，一般說(shuō)來(lái)，烴、鹵代烴、二硫化碳、醚、高級(jí)酮和高級(jí)脂肪酸對(duì)天然橡膠均有溶解作用，但其溶解度則受塑煉程度的影響，而低級(jí)酮、低級(jí)酯及醇類對(duì)天然橡膠則是非溶劑。主主要要用用途途5由于天然橡膠具有上述一系列物理化學(xué)特性，尤其是其優(yōu)良的回彈性、絕緣性、隔水性及可塑性等特性，并且，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后還具有耐油、耐酸、耐堿、耐熱、耐寒、耐壓、耐磨等寶貴性質(zhì)，所以，具有廣泛用途。例如日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松緊帶；醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)所用的外科醫(yī)

14、生手套、輸血管、避孕套 ；交通運(yùn)輸上使用的各種輪胎；工業(yè)上使用的傳送帶、運(yùn)輸帶、耐酸和耐堿手套；農(nóng)業(yè)上使用的排灌膠管 、氨水袋；氣象測(cè)量用的探空氣球 ；科學(xué)試驗(yàn)用的密封、防震設(shè)備；國(guó)防上使用的飛機(jī)、坦克、大炮、防毒面具；甚至連火箭、人造地球衛(wèi)星 和宇宙飛船等高精尖科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品都離不開(kāi)天然橡膠。目前，世界上部分或完全用天然橡膠制成的物品已達(dá)7 萬(wàn)種以上。膨膨脹脹石石墨墨概概述述膨膨脹脹石石墨墨簡(jiǎn)簡(jiǎn)介介碳是自然界最普遍的元素之一，碳化合物的成鍵方式和結(jié)構(gòu)形式極其豐富，膨脹石墨便是其中一種新型碳素材料。早在19 世紀(jì) 60 年代初， Brodie 將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加熱，發(fā)現(xiàn)了膨

15、脹石墨，然而其應(yīng)用則在百年之后才開(kāi)始。從此，眾多國(guó)家就相繼展開(kāi)了膨脹石墨的研究和開(kāi)發(fā)，取得了重大的科研突破。 石墨晶體是由碳元素組成的六角網(wǎng)平面層狀結(jié)構(gòu)，層平面上的碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，層與層間以范德華力結(jié)合，這種結(jié)合力很弱，只有17kJ/mol，層間距離較大。在適當(dāng)條件下，酸、堿金屬、鹽類等多種化學(xué)物質(zhì)可插入石墨層間，并與碳原子結(jié)合形成新的化學(xué)相石墨層間化合物。這種層間化合物在加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，可瞬間迅速分解，使石墨沿 C軸方向膨脹成蠕蟲(chóng)狀的新物質(zhì)，即膨脹石墨。膨脹石墨經(jīng)過(guò)了插層、脫插、膨化、壓制等化學(xué)物理作用，晶體結(jié)構(gòu)始態(tài)與終態(tài)是相同的，因此膨脹石墨化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕性強(qiáng)，幾乎對(duì)所有的酸、

16、堿、鹽、有機(jī)溶劑、油類等都有較好的穩(wěn)定性，可以適應(yīng)介質(zhì)的pH 值為014。它是一種理想、經(jīng)濟(jì)又具有廣泛用途的功能材料，目前已廣泛應(yīng)用于化工、電力、機(jī)械、儀表、汽車(chē)、宇航等工業(yè)部門(mén)。石墨晶體是兩向大分子層狀結(jié)構(gòu)，每一平面內(nèi)的C 原子都以 C一 C 共價(jià)鍵相結(jié)合，層與層之間以較弱的范德華力相結(jié)合。石墨的層狀結(jié)構(gòu)十分典型，每一層片是一個(gè)碳原子層，層內(nèi)碳原子之間以sp2雜化軌道成很強(qiáng)的共價(jià)鍵，即1 個(gè) 2s 電子和 2 個(gè) 2p 電子雜化等價(jià)的雜化軌道，位于同一平面上，互相形成 鍵，而二個(gè)未參加雜化的2P電子則垂直于平面，形成二鍵。石墨的這種層狀結(jié)構(gòu)使得層間存在6一定的空隙。因此在一定條件下，某些反應(yīng)

17、物(如酸、堿、鹵素 )的原子 (或單個(gè)分子 )即可進(jìn)入層間空隙，并與碳網(wǎng)平面形成層間化合物。這種插有層間化合物的石墨即為可膨脹石墨。碳原子層間以很弱的范德華力相聯(lián)系，這種結(jié)構(gòu)允許插層物質(zhì)能夠順利地進(jìn)入碳原層間而不破壞碳原子層內(nèi)的六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此天然石墨是制備石墨插層化合物最好的母體材料。可膨脹石墨是一種利用物理或化學(xué)的方法使非碳質(zhì)反應(yīng)物插入石墨層間，與炭素的六角網(wǎng)絡(luò)平面結(jié)合的同時(shí)又保持了石墨層狀結(jié)構(gòu)的晶體化合物。它不僅保持石墨優(yōu)異的理化性質(zhì)，而且由于插入物質(zhì)與石墨層的相互作用而呈現(xiàn)出原有石墨及插層物質(zhì)不具備的新性能。插有層間化合物的石墨在遇到高溫時(shí)，層間化合物將分解，產(chǎn)生一種沿石墨層間 C

18、軸方向的推力，這個(gè)推力遠(yuǎn)大于石墨粒子的層間結(jié)合力，在這個(gè)推力的作用下石墨層間被推開(kāi)，從而使石墨粒子沿C 軸方向高倍地膨脹，形成蠕蟲(chóng)狀的膨脹石墨。石墨層與層之間可“嵌”入化學(xué)物質(zhì)而具有可膨脹性。如可采用硫酸處理石墨，干燥后石墨在高溫下膨脹，這是由于硫酸分子 “嵌”入石墨層所致。 膨脹石墨有如下特性: 極強(qiáng)的耐壓性、柔韌性、可塑性和自潤(rùn)滑性; 極強(qiáng)的抗高、低溫、抗腐蝕、抗輻射特性; 極強(qiáng)的抗震特性 ; 極強(qiáng)的電導(dǎo)率 ; 極強(qiáng)的抗老化、抗扭曲的特性; 可以抵制各種金屬的熔化及滲透; 無(wú)毒、不含任何致癌物，對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害; 可膨脹性石墨薄片的膨脹特性不同于其他膨脹劑，受熱達(dá)到一定溫度時(shí)，由于吸留在層間

19、點(diǎn)陣中化合物分解，可膨脹石墨便開(kāi)始膨脹，稱為起始膨脹溫度，在1000時(shí)膨脹完全，達(dá)到最大體積。膨脹體積可以達(dá)到初始時(shí)的200 倍以上。膨脹后的石墨稱為膨脹石墨或石墨蠕蟲(chóng)，由原鱗片狀變成密度很低的蠕蟲(chóng)狀，形成了一個(gè)非常好的絕熱層。膨脹石墨既是膨脹體系中的碳源，又是絕熱層，能有效隔熱，在火災(zāi)中具有熱釋放率低，質(zhì)量損失小，產(chǎn)生的煙氣少的特點(diǎn)。特特性性及及用用途途但是從現(xiàn)有的文獻(xiàn)中可以查知，膨脹石墨是一種性能優(yōu)良的吸附劑，尤其是它具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)有機(jī)化合物具有強(qiáng)大的吸附能力，1 7g 膨脹石墨可吸附80 g 石油，于是膨脹石墨就被設(shè)計(jì)成各種工業(yè)油脂和工業(yè)油料的吸附劑。 膨脹石墨極易吸附油類、有機(jī)分

20、子及疏水性物質(zhì)，用于水環(huán)保處理有著其它物質(zhì)不可替代的效果。當(dāng)它以粒狀形式用于水面除油時(shí)，根據(jù)水面上油面積的大小以及油種類的不同，其用量為1lo% /rn ，吸附時(shí)間可在15rain 至數(shù) h 不等。 優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)與其它吸附劑相比，膨脹石墨有許多優(yōu)點(diǎn)。如采用活性炭進(jìn)行水上除油，它吸附油后會(huì)下沉，吸附量也小，且不易再生利用；還有一些吸附劑，如棉花、草灰、聚丙烯纖維、珍珠巖、蛭石等，它們?cè)谖偷耐瑫r(shí)也吸水，這給后處理帶來(lái)困難；膨脹石墨對(duì)油類的吸附量大，吸油后浮于水面，易捕撈回收，再生利用處理簡(jiǎn)便，可采用擠壓、離心分離、振動(dòng)、溶劑清洗、燃燒、加熱萃取等法，且不會(huì)形成二次污染。碳碳納納米米管管碳納米管由于其

21、特殊的一維幾何結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)，被廣泛認(rèn)為將是構(gòu)建下一代高性能納米機(jī)電器件基元的理想材料。對(duì)其大變形物理力學(xué)行為的研究一直是該領(lǐng)域的前沿重點(diǎn)之一，新的現(xiàn)象仍然不斷被發(fā)現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)基于碳納米管的納米機(jī)電器件具有重要的指導(dǎo)意義。 碳納米管是受巴基球(C60)的發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)后，首先由日本科學(xué)家 S. Iijima 于 1991 年在石墨電弧放電產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的是多層碳納米管套在一起的同軸圓柱狀結(jié)構(gòu)，后來(lái)普遍稱其為多壁碳納米管(Multi-Walled Carbon Nanotue, MWCNT)，其結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖 1.1。2 年后， Iijima 和加州理工學(xué)院的 Bethune 等

22、人又同時(shí)率先合成了只有一層的碳納米管結(jié)構(gòu)，即單壁碳納米管 (Single-Walled Carbon Nanotute, SWCNT)，見(jiàn)圖 1.1。8 圖 1-1如圖 1.2 所示，單壁碳納米管可認(rèn)為是由單層石墨卷曲而成，根據(jù)卷曲的方向不同，可以有不同的手性(Chirality)，用手性矢量 Ch 表示，其定義如下： h1 2C = m a +na (1.1)圖 1. 1:Iijima 合成的碳納米管結(jié)構(gòu)圖，左圖 a-c 為多壁碳納米管（MWCNTs） ，右圖為單壁碳納米管（右下）及其電子衍射譜（右上）。其中 a1 和 a2 為石墨層內(nèi)兩個(gè)夾角為 60 度的基矢量，如果將一個(gè)石墨層沿矢量 C

23、h 方向首尾連接起來(lái)形成圓柱狀結(jié)構(gòu)，那么 Ch 沿基矢 a1 和 a2 的分量 m 和 n 就是該碳納米管的手性指數(shù)，通常稱其為 (m,n)型碳納米管。目前實(shí)驗(yàn)合成的碳納米管中，各種 m、n 指數(shù)組合都存在，控制固定手性指數(shù)的碳納米管生長(zhǎng)仍是一個(gè)技術(shù)難題。理論研究中，比較習(xí)慣性的分類是稱手性指數(shù)m=n 的碳納米管為扶手椅型（ armchair）碳納米管，取意于其垂直于軸向的截面形狀與扶手椅比較相似，見(jiàn)圖 1.2（B） ；n=0（或 m=0）的碳納米管因其截面與鋸齒較象，故稱其為鋸齒型（zigzag）碳納米管（圖 1.2（B） ） ，其他的為手性（ chiral）碳納米管。多壁碳納米管其實(shí)是由不

24、同半徑的單壁碳納米管同軸組合在一起構(gòu)成的，如圖 1.1 所示，由于不同層之間 Van der Waals 相互作用的存在，多壁碳納米管的層間距一般在 0.34nm 左右，層間距過(guò)大或過(guò)低都會(huì)因勢(shì)能太大而很難穩(wěn)定存在。而層間手性組合盡管在低溫生長(zhǎng)條件下有近同手性的最優(yōu)幻數(shù)關(guān)系，然而由于實(shí)驗(yàn)溫度的難于控制，很難生長(zhǎng)出全同手性的多壁碳納米管。碳納米管獨(dú)特的準(zhǔn)一維中空幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其有著異乎尋常的物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)，在極其廣泛的領(lǐng)域有著出色的潛在應(yīng)用.如由于其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)，人們普遍認(rèn)為它是構(gòu)建下一代超強(qiáng)納米纖維的理想材料，Koziol 等人于 2007 年9合成出高強(qiáng)度碳納米管纖維，其比強(qiáng)度（spe

25、cificstrength）可達(dá) 10GPa/SG，超過(guò)了過(guò)去所有高強(qiáng)度纖維。Sekitani 通過(guò)在高分子聚合物里均勻散入單壁碳納米管，使得其可以承受 70%拉伸應(yīng)變而不影響其力學(xué)性能，對(duì)構(gòu)造用于機(jī)器人手臂等柔性電子器件有著重要意義。而 Dai 等人則利用其直徑小，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，成功設(shè)計(jì)出了以多壁碳納米管為針尖的掃描探針顯微鏡的探針，大大提高了顯微鏡的分辨率，如今該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)實(shí)驗(yàn)室。Kim 等則將兩個(gè)碳納米管黏附到電極上，利用電極控制可以使 2 個(gè)碳納米管分開(kāi)或合上，從而制成了可以用于精確操控納米級(jí)物體或測(cè)量其性質(zhì)的納米鑷子。航天工作者甚至設(shè)想用這種高強(qiáng)度材料設(shè)計(jì)超長(zhǎng)纜繩，

26、以用于構(gòu)造連接地球和太空空間站的電梯導(dǎo)軌。圖 1. 2: （A）石墨沿 Ch 矢量方向卷曲成碳納米管示意圖；（B）自左向右為典型扶手椅型、鋸齒型和手性碳納米管的橫向、軸向結(jié)構(gòu)圖 。10二、實(shí)驗(yàn)部分二、實(shí)驗(yàn)部分2.1、天天然然橡橡膠膠 /膨膨脹脹石石墨墨復(fù)復(fù)合合材材料料的的制制備備2.1.1、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)材料原料原料天然橡膠（干膠） 石墨 碳納米管（CNTS）藥品藥品硬脂酸 氧化鋅（ZnO） 促進(jìn)劑 DM 工業(yè)硫磺儀器儀器100ml 坩堝 馬弗爐 XK-230 開(kāi)放式煉膠機(jī) 橡膠硫化儀 MDR-2000E 型 XLB25-D 平板硫化機(jī) 拉力試驗(yàn)機(jī) XL-50A 型 秒表 LX-A 橡膠硬度計(jì)

27、2 2. .1 1. .2 2、天天然然橡橡膠膠 /膨膨脹脹石石墨墨復(fù)復(fù)合合材材料料的的制制備備實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 膨膨脹脹石石墨墨的的制制備備 膨膨脹脹機(jī)機(jī)理理 膨脹石呈因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和廣泛的應(yīng)用，近些年來(lái)一直是研究的熱點(diǎn)，研究主要集中在膨脹石墨的制備、應(yīng)用以及孔結(jié)構(gòu)方面一 3， ，而對(duì)于膨脹機(jī)理的探討相對(duì)較少。目前普遍認(rèn)為的膨脹機(jī)理是 :由于鱗片石墨層間的分子間作用力很弱，很容易在酸化氧化和電化學(xué)的條件下被其它物質(zhì)插人，插層物在高溫條件下分解，石墨就在推動(dòng)力的作用下沿。軸膨脹幾十至幾百倍。高林等研究了膨脹次數(shù)對(duì)膨脹石墨結(jié)構(gòu)的影響，指出鱗片石墨經(jīng)過(guò)多次膨脹后微觀結(jié)構(gòu)稍有變化，。軸方向上的間距增加千分之

28、二左右，并且經(jīng)過(guò)多次膨脹后就不會(huì)再膨脹。如按照傳統(tǒng)的膨脹機(jī)理，膨脹是沿著。軸進(jìn)行，不可能膨脹多次結(jié)構(gòu)也大致相同，且沿。軸方向增加的比例也很小。11石石墨墨的的脹脹脹脹實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 首先，把馬弗爐開(kāi)關(guān)打開(kāi)，溫度設(shè)置為1000 攝氏度，等待溫度達(dá)到 1000 攝氏度左右，當(dāng)溫度達(dá)到1000 攝氏度時(shí)，電流會(huì)自動(dòng)跳閘，去 100ml 坩堝 4 個(gè)，用勺子每個(gè)里面放入0.5 克左右石墨（基本都是一勺子，剛剛覆蓋坩堝底部的樣子），不能太多，不然膨脹后會(huì)因?yàn)榕蛎浭珴M而使石墨損耗太多。 這時(shí)溫度達(dá)到1000 攝氏度左右了，用坩堝鉗夾取2 個(gè)放入石墨的坩堝置入高溫馬弗爐內(nèi)，關(guān)上馬弗爐的門(mén)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，3040

29、秒左右后，取出坩堝，會(huì)發(fā)現(xiàn)本來(lái)剛剛覆蓋坩堝底部的石墨現(xiàn)在已經(jīng)是整整一滿坩堝了，這就是膨脹石墨。這是因?yàn)槭诟邷刈饔孟?，?nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，內(nèi)部空間膨脹了十倍到幾十倍的結(jié)果。 放入另外 2 個(gè)裝有石墨的坩堝到馬弗爐中，計(jì)時(shí)30 多秒后取出。取出坩堝后，等待坩堝冷卻完畢（大概15 分鐘左右），膨脹石墨倒入預(yù)備好的大密封袋中。然后重復(fù)上面的操作反復(fù)制備膨脹石墨。根據(jù)事先計(jì)算的實(shí)驗(yàn)需求制備了80 多克。 制備完畢后，將馬弗爐溫度設(shè)置為0 攝氏度，斷開(kāi)電源，等待馬弗爐徹底冷卻后才能離開(kāi)。開(kāi)開(kāi)煉煉機(jī)機(jī)混混煉煉天天然然橡橡膠膠 以下是混煉時(shí)樣品的配方：天然橡膠（干膠）、碳納米管（自備） 、膨脹石墨（上面制備

30、） 、硬脂酸、氧化鋅、促進(jìn)劑DM、硫磺等。詳細(xì)配方見(jiàn)表1 與表 2：表表 1：樣品配方：樣品配方NR（干膠）碳納米管膨脹石墨硬脂酸氧化鋅促 DM硫磺110000251.52.5210020251.52.5310040251.52.5410023251.52.5510025251.52.5610028251.52.57100212251.52.512表表 2：具體取樣量（單位：克）：具體取樣量（單位：克）NR（干膠）碳納米管膨脹石墨硬脂酸氧化鋅促 DM硫磺125000512.53.756.25225050512.53.756.253250100512.53.756.25425057.5512.5

31、3.756.255250512.5512.53.756.256250520512.53.756.257250530512.53.756.25 以上七個(gè)配方樣，首先，割取干膠2 千克左右，然后分別稱取7個(gè) 250 克左右的干膠樣，然后分別按照配方稱取碳納米管、膨脹石墨、硬脂酸、氧化鋅、促進(jìn)劑DM、硫磺分別 7 份，按配方標(biāo)記好。打開(kāi)XK-230 開(kāi)放式煉膠機(jī)，輥筒距離先設(shè)置為3mm，加入一塊稱好的干膠開(kāi)煉，煉個(gè) 20 次左右后，把輥筒距離設(shè)置為0.5mm，繼續(xù)開(kāi)煉，然后按照順序先加硬脂酸、氧化鋅，煉一段時(shí)間后，再加促進(jìn)劑DM，再煉一段時(shí)間，之后按照配方加填料（碳納米管和膨脹石墨），煉一會(huì)兒后最后

32、加硫磺，然后多煉一段時(shí)間。把滾筒距離設(shè)置為3mm 再煉下，標(biāo)注壓延方向即可。 其他六個(gè)樣也是哪找以上方法和順序開(kāi)煉，最后為樣品標(biāo)注標(biāo)號(hào)和壓延方向，靜置一晚左右，第2 天就可以硫化了。 硫化時(shí)間測(cè)試實(shí)驗(yàn)硫化時(shí)間測(cè)試實(shí)驗(yàn) 7 個(gè)樣靜置一段時(shí)間后，既可以開(kāi)始硫化時(shí)間測(cè)試了，取每個(gè)樣上的 6.5克左右，分別用雙層塑料紙夾住放入橡膠硫化儀 MDR-2000E 型中，測(cè)試時(shí)間設(shè)置為 30 分鐘，測(cè)試溫度設(shè)置為 145 攝氏度，然后開(kāi)始測(cè)試，硫化曲線一般都是先升后降，30 分鐘后基本趨于平穩(wěn)狀態(tài)，30 分鐘到后，保存硫化曲線，讀取T90 數(shù)據(jù)，這就是該樣品的最佳硫化時(shí)間，樣品的硫化都是按照這個(gè)時(shí)間來(lái)硫化的以

33、下是測(cè)試出來(lái)的 7 個(gè)樣品的最佳 T90 流花時(shí)間：表表 3：硫化時(shí)間：硫化時(shí)間樣品序號(hào)1234567T9019:0817:0317:0317：2017：4217:0018:4913樣品的硫化樣品的硫化從七個(gè)樣品上分別剪取 2 個(gè)小塊，每個(gè) 3540 克左右，標(biāo)注壓延方向。打開(kāi) XLB25-D 平板硫化機(jī)，設(shè)置溫度為 145 攝氏度，待溫度達(dá)到 145 度并且穩(wěn)定后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，取一個(gè)小燒杯切取少量肥皂塊到燒杯中，加入適量自來(lái)水，使液體潤(rùn)滑性達(dá)到要求為宜，取一水盆，置半盆冷水以作冷卻用。取下硫化機(jī)夾板，用毛刷往夾板上刷一層潤(rùn)滑液，之后按壓延方向橫向放入 1 號(hào)樣的 2 塊剪切塊，夾上夾板，放入硫化

34、機(jī)，按 1 號(hào)樣硫化時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)，到時(shí)間后取出夾板里的樣膜，放入事先準(zhǔn)備好的冷水中，清理干凈夾板，按照上述步驟開(kāi)始做剩下個(gè)樣的硫化膜。最后得到 7 個(gè)樣的硫化膜共計(jì) 14 塊。切樣切樣先去啞鈴型的模頭，每個(gè)樣取一塊硫化膜按壓延方向分別切 4 塊啞鈴型拉伸樣，然后取另一塊硫化膜和 V 型模頭，橫向壓延方向切 3 塊 V 型撕裂樣，共計(jì) 56 塊樣。剩下的料做硬度試驗(yàn)。硬度試驗(yàn)硬度試驗(yàn)用切樣剩下的比較完整的料膜做硬度試驗(yàn)，取 1 號(hào)樣疊加 3 層，然后用LX-A 硬度計(jì)測(cè)試該試樣的硬度，分別測(cè) 3 個(gè)點(diǎn)的硬度，取中間值。后面 6 個(gè)樣也按照一樣的方法測(cè)試硬度，做出表格。如下表 4：表表 4：試樣硬

35、度：試樣硬度第一點(diǎn)第二點(diǎn)第三點(diǎn)中間值138383938235363636337363737438383838537383938640414141743444544拉伸撕裂試驗(yàn)拉伸撕裂試驗(yàn) 先給拉伸試樣測(cè)試厚度并標(biāo)記中間細(xì)長(zhǎng)段 25mm，然后開(kāi)始做拉伸試驗(yàn)，設(shè)置拉伸試驗(yàn)機(jī) XL-50A 型的拉伸速度為 500mm 每分鐘，將數(shù)據(jù)調(diào)零，夾上試樣開(kāi)始拉升，用標(biāo)度尺比著試樣中間段，記下定伸強(qiáng)度為 100%、300%、500%時(shí)的拉伸力。直到最后拉斷時(shí)，再記下拉斷時(shí)的拉伸力。取下斷裂的試樣，調(diào)零后開(kāi)始下一輪操作，直到做完拉伸試樣。 撕裂試驗(yàn)也是用拉伸試驗(yàn)機(jī)做，設(shè)置不變，只需要記下最后拉斷時(shí)的力就14可以

36、了。以下是拉伸和撕裂的數(shù)據(jù)表：表表 5：拉升與撕裂數(shù)據(jù)表：拉升與撕裂數(shù)據(jù)表：厚度（mm）拉伸力（N）撕裂力100%定伸強(qiáng)度300%定伸強(qiáng)度500%定伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度1-11.92166516321-21.91149615321-31.91167616321-41.91150615321-51.91501-61.89471-71.87452-11.93162515332-21.92165516342-31.91165515342-41.89164615342-51.92422-61.92432-71.92423-11.91165616423-21.89136615403-31.9014861642

37、3-41.90163616413-51.94393-61.91393-71.89384-11.89164716444-21.90155717444-31.89152717424-41.89153615444-51.89414-61.90354-71.88425-11.88150718385-21.90158817375-31.93157819385-41.93157817385-51.90425-61.89435-71.8942156-11.92140715366-21.91164715356-31.92150715366-41.89155715366-51.90456-61.91486-71.92507-11.911281020307-21.90136919307-31.891381019307-41.921361019317-51.89397-61.91397-71.9042三、結(jié)論三、結(jié)論理論依據(jù)理論依據(jù)目前關(guān)于天然橡膠的改性方法很多，包括與各種橡膠并用、用塑料材料進(jìn)行增強(qiáng)以及加入炭黑、二氧化硅等增強(qiáng)，而石墨材料作為一種廉價(jià)并具有優(yōu)異性能的材料具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，理論上具有其它填料改性所不具有的優(yōu)勢(shì)。研究方法、步驟研究方法、步驟1 1 材料的選擇材料的選擇