胶粉配方设计和性能研究.docx

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胶粉配方设计和性能研究

毕业设计（论文）

胶粉的配方设计和性能研究

Powderformuladesignandperformanceresearch

班级高分子应用112

学生姓名芮梦琪

学号1132401224

指导教师姚亮

职称讲师

导师单位徐州工业职业技术学院

论文提交日期

徐州工业职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

课题名称胶粉的配方设计和性能研究

课题性质科学试验类

班级高分子应用112

学生姓名芮梦琪

学号1132401224

指导教师姚亮

导师职称讲师

一．选题意义及背景

胶粉是指废旧橡胶制品经粉碎加工处理而得到的粉末状橡胶材料。

胶粉的应用概括起来可分为两大领域：

一是直接成型或与新橡胶并用做成产品，二是在非橡胶工业的广阔领域中应用。

现在全球范围内越来越多的厂商采用胶粉替代原生材料，不仅有益于环境保护，而且更重要的是因为使用胶粉能够有效的降低成本、提高性能，得到其它材料得不到的效果。

胶粉还可以和塑料并用，以提高性能，降低成本。

胶粉的添加不仅可以降低成本，还可以提高橡胶的疲劳性能，改善胶料的收缩及流动性。

但拉伸强度略有下降。

制作的方法有常温粉碎、低温粉碎、超细粉碎。

由于生产再生橡胶带来环境的二次污染,工业发达国家大多停止生产通用型再生胶而进入胶粉直接应用阶段,并取得了举世瞩目的成效,胶粉产量也在逐年增加。

究其原因,主要是生产流程简化,投资节约,没有废水、废气污染,胶粉硫化后性能好、成本低。

胶粉的生产与应用是废胶综合利用的第二次变革,将会给再生胶工业带来新的生机。

因此,我们进行胶粉的配方设计和性能研究不仅仅是科学价值，更是社会价值以及经济价值的体现。

本课题对比研究了软化增塑剂DOP以及固体古马隆树脂对胶粉工艺和性能的影响，从而深入了解胶粉的设计配方，为胶粉在今后的应用推广普及奠定基础。

二．毕业设计（论文）主要内容：

1、软化增塑体系中，不同用量的固体古马隆树脂，对胶粉成品工艺及其物理机械性能对比研究；

2、软化增塑体系中，不同用量的DOP，对胶粉成品工艺及其物理机械性能对比研究；

3、以上两组实验硫化后性能对比研究。

三．计划进度：

1、查阅文献资料，确定试验方案，撰写文献综述，5天

2、第一轮试验，数据整理分析；5天

3、第二轮试验，数据整理分析；4天

4、第三轮试验，数据整理分析；5天

5、第四轮试验，数据整理分析；3天

6、书写论文；4天

7、修改论文；1天

8、准备答辩；2天

四．毕业设计（论文）结束应提交的材料：

1、毕业论文

2、原始数据记录本

指导教师：

姚亮教研室主任

年月日年月日

论文真实性承诺及指导教师声明

学生论文真实性承诺

本人郑重声明：

所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。

毕业生签名：

日期：

指导教师关于学生论文真实性审核的声明

本人郑重声明：

已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。

指导教师签名：

日期：

胶粉的配方设计和性能研究

徐州工业职业技术学院

摘要:

古马隆又名苯并吠喃（或氧杂荀）,其分子式为C8H6O。

是苯并呋喃与茚的共聚物，它是煤焦油160℃～200℃馏分，经浓硫酸处理，并在催化剂作用下经聚合得到的产物。

古马隆树脂质硬而脆,外观似松香。

其分子结构中除了含有带双键的杂环外，还有直链烷烃。

这种带双键的杂环结构与苯相似，可增加与橡胶的相容性，改善填料在胶料中的分散性，并且含有的双键在交联过程中会适当交联，起到一定补强效果。

但是由于古马隆分子在橡胶基体中的增塑作用，古马隆用量过多时，它的极性部分定向地排列于橡胶大分子的极性部位，对大分子链段起包围阻隔作用，从而增加了大分子链段间的距离，减小了大分子间相互作用力，增大了大分子链段的运动性，提高了橡胶的塑性。

性能指标越高，但是增高的数值不大，随着DOP份量的减少，此性能指标陡然下降；在撕裂性能测试方面，固体古马隆配方撕裂强度明显高于DOP配方，且随着古马隆用量减少，撕裂强度有所增大，随着DOP用量减少，撕裂强度有所增大。

关键词:

固体古马隆；DOP；软化增塑；对比性能；胶粉

Powderformuladesignandperformanceresearch

XuzhouVocationalCollegeofIndustrialTechnology

Abstract:

Coumaroneandbenzeneandbarkingdogs（oroxygenmixedxun）,itsmolecularformulaforCsl6O.Isthecopolymerwithcoumaroneindene,itis160℃~200℃coaltarfraction,weretreatedwithconcentratedsulfuricacid,andundertheeffectofcatalystbythepolymerizationproducts.Qualitativehardandbrittle,coumaroneresinrosinappearance.Itsmolecularstructurebesidescontainingheterocyclicwithdoublebond,andalkanes.Itwithdoublebondofheterocyclicstructuresimilartobenzene,canincreasethecompatibilitywithrubber,toimprovethedispersionoffillerintherubber,andcontainadoublebondinthecrosslinkingprocesswillbepropercrosslinking,playareinforcingeffect.Butsincecoumaronemoleculeintherubbermatrixplasticizingeffect,coumaronedosagetoomuch,itspolaritypartorientationisarrangedinthepolarityoftherubbermolecules,surroundedbyblockingeffecttothemacromolecularchainsegment,therebyincreasingthedistancebetweenthemacromolecularchainsegment,reducedtheinteractionforcebetweenmolecules,increasethemotilityofmacromolecularchain,improvetheplasticrubber.Smallmoleculephthalateplasticizerdioctyl（DOP）bymixingperformanceisgood,highplasticizingefficiency,lowvolatile,mobilityissmall,low-costadvantagesandiswidelyusedintheprocessingofpolymermodification.DOPtoweakentheforcesbetweenthepolymermolecules,whichreducesthesofteningtemperature,melttemperatureandglasstransitiontemperature,makethepolymerofsoftness,impactstrength,elongationatbreakincreased.Sothisarticlediscussestwokindsofsofteningplasticizersonthepropertiesofrubberpowder.Theresearchresultsshowthatintermsoftensilepropertiestest,solidcoumaroneformulaintensilestrengthandlargestelongationstrengthmaximumelongationallhigherthantheDOPformula,andwithsolidcoumaroneweightreduction,thethreeperformanceindexishigher,butthehighervalueisnotbig,withfewerDOPweight,theperformanceindexdeclinedprecipitously;Intermsoftearingperformancetesting,solidcoumaronetearstrengthformulaissignificantlyhigherthanDOPformula,andasfewerdosageofcoumarone,tearstrength,asfewerdosageofDOP,tearstrengthisincreased.

Keywords：

Solidcoumarone;DOP;Softentheplasticizer;performancecomparison;powder

第一章前言

近年来橡胶的价格不断上涨；天然橡胶（NR）的价格从几千元/吨提高到3万元/吨。

由于原油开采量越来越少，合成橡胶的产量下降，价格飙升，因此，目前关注的重点是废旧橡胶的利用。

由于世界上随处可见的各种各样被损坏的轮胎，人们已经把关注的目光转向环境污染治理方面。

目前主要有两种利用废旧橡胶的方法：

一种是制成再生胶；另一种是制成胶粉（RP）。

由于废旧橡胶是热固性聚合物，很难降解，回收和利用的成本非常高，工艺复杂，发达国家从2O世纪7O年代开始就放弃生产再生胶，主要从事胶粉的生产。

胶粉是生产再生胶的主要原材料。

它是废旧橡胶在机械的作用下,加工成各种不同细度的粉状颗粒,粒径小于1.5mm的称之为胶粉。

胶粉的生产流程简化,投资节约,没有废水、废气污染,胶粉硫化后性能好、成本低。

胶粉的生产与应用是废胶综合利用的第二次变革,将会给再生胶工业带来新的生机。

对废橡胶制品回收利用,其过程首先必须将其进行处理,如切片、粉碎、研磨等,有些还要求去除橡胶制品中的钢丝、帘布等,以制成各种不同规格的橡胶碎片或废胶粉。

废胶粉主要是通过机械、化学、冷冻粉碎等方法将废橡胶制品加工,形成具有一定细度的废橡胶粉末。

人们再根据用途和研究方向的不同,选择进行直接利用或改性利用。

在橡胶加工中,软化和增塑是不可缺少的。

添加软化剂和增塑剂的目的可以归纳为:

1.改善橡胶的加工性能,增加橡胶在硫化前的流动性、粘性,以便于压延、压出和成型等一系列操作。

降低炼胶过程中的生热、加速大剂量粉剂在橡胶基质中的分散;2降低硫化胶的玻璃化温度和脆性温度,提高其耐低温性能;3有利于填充剂的多量添加,从而达到降低成本的目的。

软化刹和增塑剂在方便橡胶加工方面的作用相同,故与塑解剂、内润滑剂、脱模剂等合称为操作体系。

不同之处,在于它们的作用机理。

根据“相似相溶”原则,在选用软化剂或增塑剂时,应该考虑它们和橡胶之间的内聚能密度、极性,尽可能地接近,以取得较好的相洽性。

使橡胶/软化剂（或增塑剂）体系具有较大的亲和性,而避免渗析、喷油的发生。

因而本文主要讨论了固体古马隆以及DOP在胶粉中的应用。

古马隆又名苯并吠喃（或氧杂荀）。

古马隆树脂质硬而脆,外观似松香。

粉碎后色泽浅黄;加热熔融后色泽变深。

古马隆树脂对酸、碱具有良好的化学稳定性。

不溶于水,能溶于苯、硝基苯、苯胺以及轻、重溶剂油、氯化烃、

醇、酉旨、醚、酮类等有机溶剂。

同时,还具有良好的热塑性、防水性、绝缘性、绝热性,耐磨性和粘着性。

碱性树脂会引起橡胶早期硫化,促使橡胶分子提早老化,影响橡胶制品寿命;酸性树脂会减慢橡胶硫化过程,影响生产进度,腐蚀生产设备。

权衡利弊,一般控制古马隆树脂为微碱性。

其分子结构中除了含有带双键的杂环外，还有直链烷烃。

这种带双键的杂环结构与苯相似，可增加与橡胶的相容性，改善填料在胶料中的分散性，并且含有的双键在交联过程中会适当交联，起到一定补强效果。

但是由于古马隆分子在橡胶基体中的增塑作用，古马隆用量过多时，它的极性部分定向地排列于橡胶大分子的极性部位，对大分子链段起包围阻隔作用，从而增加了大分子链段间的距离，减小了大分子间相互作用力，增大了大分子链段的运动性，提高了橡胶的塑性。

邻苯二甲酸二辛酯具有良好的综合性能，与树脂混溶性能好，增塑效率高，挥发性较低，吸水性低、低温柔软性较好，耐水抽出，电气性能高，耐热性和耐气候性都良好。

用在橡胶方面的特性:

通用型增塑剂，也可作为耐寒剂，挥发低，电性能，耐热及耐紫外线好，有良好的低温柔性，弹性，压延和压出性能。

硫化胶拉伸强度高。

DOP是常用的一种增塑剂,可以减弱橡胶分子间的作用力,提高橡胶柔软性和弹性,有效降低共混物的硬度。

小分子增塑剂DOP因具有混合性能好、增塑效率高、挥发性低、迁移性小、价格便宜等优点而广泛用于聚合物的加工改性。

DOP的加入削弱了聚合物分子间的作用力,从而降低了软化温度、熔融温度和玻璃化温度,使聚合物的柔软性、冲击强度、断裂伸长率有所提高。

因此，本文主要研究固体古马隆和DOP为软化增塑剂加入到胶粉中，制备的胶片试样和此胶片试样的物理机械性能的测试。

第二章文献综述

2.1胶粉的介绍

目前主要有两种利用废旧橡胶的方法：

一种是制成再生胶；另一种是制成胶粉（RP）。

由于废旧橡胶是热固性聚合物，很难降解，回收和利用的成本非常高，工艺复杂，发达国家从20世纪70年代开始就放弃生产再生胶，主要从事胶粉的生产。

目前，中国的胶粉产量越来越大。

胶粉是生产再生胶的主要原材料。

它是废旧橡胶在机械的作用下,加工成各种不同细度的粉状颗粒,粒径小于1.5mm的称之为胶粉。

根据用途可加工成不同的细度,根据粒径来进行分类。

国外标准一般分为:

8～20目称为胶粒,主要应用在跑道、道渣垫层、垫板、草坪、铺路弹性层、运动场地铺装等;30～40目称为粗胶粉,主要用于生产再生胶、活化胶粉、铺路、生产FRR胶板等;40～60目称为细胶粉,用于塑料改性、生产橡胶制品等;60～80目称为精细胶粉,主要应用在汽车轮胎、橡胶制品、建筑材料等。

200目以上的超细胶粉,主要应用与一些高性能橡胶制品中。

从使用角度来讲,胶粉越细,掺用后对胶料性能的影响越小。

胶粉的生产方法主要有3种:

常温粉碎法、低温粉碎法和湿法粉碎法。

另外,许多新的粉碎方法尚在研究中,如臭氧粉碎法、高压爆破法、高温超速粉碎、助剂浸混粉碎和高压射击粉碎等。

图一列出了生产胶粉的方法、产品目数和使用装备等。

图1精细、超细胶粉的生产方法

图2为不同粒径胶粉对胶料拉抻强度的影响。

由表2可见,胶粉的目数越高,粒子越细,则比表面积大,与橡胶接触的几率越大,性能下降越小,补强效果越好。

一般说来,用常温法粉碎的胶粒粒径最大,达300～1400um,低温法次之为35～300um,超细法的粒径最小,平均粒径可达到2～20um。

图2不同粒径胶粉对胶料拉伸强度的影响

2.2固体古马隆的结构和性能

2.2.1固体古马隆简介

古马隆树脂可算是橡胶工业中应用历史最久的人造（合成）树脂，早在1890年就开始作为松香的代用品在橡胶中使用。

在最初阶段它主要被当作软化剂和增塑剂使用。

合成橡胶出现后，人们发现古马隆能大幅度提高橡胶的黏性，可解决合成橡胶普遍存在的黏性差的问题，因此，其应用面又进一步延伸到增黏。

在实际使用中发现它对橡胶还兼具促进配合剂分散及补强等作用。

这种多功能、多用途的特点使它广受橡胶配方技术人员的青睐。

图3.古马隆树脂

2.2.2固体古马隆结构特性

古马隆树脂是苯并呋喃（氧茚）和茚的共聚物（如图4结构式所示）。

它是通过对煤焦油的160~200℃馏分中所含的苯并呋喃和茚经过处理、精制，然后经催化共聚而得。

树脂的物态随聚合度不同而各异，它们的软化点随着聚合度的提高而上升，从油液状逐步变成固体状。

软化点在5~35℃的为液体古马隆（呈黏稠状液体），通常用作软化剂、增塑剂;软化点在35~75℃的为黏性固体古马隆，通常也用作软化剂、增粘剂，有助于补强;软化点在75~135℃的为脆性固体古马隆，用途与黏性固体古马隆相仿，但补强效果更佳。

国产古马隆的软化点范围在60~100℃，其相对密度为1.05~1.10，折光指数1.60~1.65，pH值6~8，耐热、耐光性好。

液体古马隆有污染性。

图4.古马隆树脂的化学结构式

2.2.3固体古马隆性能特点及应用

固体古马隆的分子结构中除了含有带双键的杂环外，还有直链烷烃。

这种带双键的杂环结构与苯相似，可增加与橡胶的相容性，改善填料在胶料中的分散性，并且含有的双键在交联过程中会适当交联，起到一定补强效果。

但是由于古马隆分子在橡胶基体中的增塑作用，古马隆用量过多时，它的极性部分定向地排列于橡胶大分子的极性部位，对大分子链段起包围阻隔作用，从而增加了大分子链段间的距离，减小了大分子间相互作用力，增大了大分子链段的运动性，提高了橡胶的塑性。

由于古马隆分子中含芳香杂环结构，因此，它与橡胶的相容性好，有助于溶解硫磺、硬脂酸，减少它们的喷霜倾向。

同时，也有助于提高炭黑在橡胶中的分散性，增加胶料的黏性。

其主要用途有：

代替天然树脂和脂化松香作橡胶软化剂；配制船底漆,不但粘着性能好,且能抑制海生物在船底的寄生速度,作自行车喷漆组份,可使喷涂表面平整而富有光泽；制作绝缘涂料,作为电缆、电线的绝缘层；配制金属设备的防锈涂料;可作为粘合陶瓷和木材制品的粘合剂;用作油墨、油毛毡的组分;与纤维混合层压,如人造革或与树脂混合压制唱片或电池外壳等,此外,还可用于造纸、地板漆等行业。

2.3DOP的结构与性能

2.3.1DOP的简介及结构

DOP全称邻苯二甲酸-2-乙基已酯,亦称邻苯二甲酸二辛酯,结构如图五所示，是邻苯二甲酸酯类中产能、产量、消费量最大的增塑剂品种。

DOP增塑剂的90%用于软质PVC树脂加工中,另外的10%用于合成橡胶、粘胶剂、涂料、醋酸纤维素及其他树脂加工中。

DOP以其优良的综合性能和低价位一直在增塑剂行业中占有主导地位。

尤其在增塑剂发展较快的亚太地区,DOP的消费量将占到增塑剂总消费量的70%,并有逐步取代DBP之势。

我国是DOP生产大国,同时也是DOP消费大国,有着巨大的市场潜能。

故而深入了解DOP生产现状,及时预测国内外市场发展,有利于增塑剂行业的发展。

图5.DOP分子结构式

邻苯二甲酸二辛酯二辛脂，英文名：

Di（α-ethylhexyl）phthalate;Dioctylphthalate;DOP分子式：

C６H４[COOCH２CH（C２H５（CH２）３CH３]２分子量为390.57，主要用作塑料的主增塑剂,邻苯二甲酸二辛酯是应用最广泛的主增塑剂，占我国增塑剂的主导市场。

具有良好的综合性能，与树脂混溶性能好，增塑效率高，挥发性较低，吸水性低、低温柔软性较好，耐水抽出，电气性能高，耐热性和耐气候性都良好。

用在橡胶方面的特性:

通用型增塑剂，也可作为耐寒剂，挥发低，电性能，耐热及耐紫外线好，有良好的低温柔性，弹性，压延和压出性能,硫化胶拉伸强度高。

图6.DOP外观

2.3.2DOP的性能特点

小分子增塑剂邻苯二甲酸二辛酯（DOP）因具有混合性能好、增塑效率高、挥发性低、迁移性小、价格便宜等优点而广泛用于聚合物的加工改性。

DOP的加入削弱了聚合物分子间的作用力,从而降低了软化温度、熔融温度和玻璃化温度,使聚合物的柔软性、冲击强度、断裂伸长率有所提高。

邻苯二甲酸二辛酯（DOP）是常用的一种增塑剂,DOP分子的极性部分定向排列于胶粉分子的极性部位，对大分子链段起着包围隔离的作用，增大了分子间的距离，减小了分子间作用力，所以随DOP用量的增加共混物硬度下降，提高橡胶柔软性和弹性,有效降低共混物的硬度。

第三章实验

3.1实验原料、设备与仪器

3.1.1实验原材料

实验原材料见表1

表1.实验原材料

原材料名称

牌号

胶粉

焦作60目

ZNO

市售

SA

市售

CBS

市售

S

市售

二甘醇

市售

WCB

市售

固体古马隆

市售

DOP

市售

3.1.2实验仪器和设备

实验仪器和设备见表2

表2.实验仪器和设备

名称

生产厂家

厚度计HD-10

无锡市第一橡塑机械设厂

开放式炼胶机XK-160

无锡市第一橡塑机械有限公司

无转子硫化仪GT-M2000-A

高铁科技股份有限公司

硬度计XHS

平板硫化机QLB-50D/Q

无锡市第一橡塑机械公司

电子式拉力试验机DL-2500N

江都市新真威试验机械有限责任公司

冲片机CP-25

江都市试验机械厂

3.1.3实验配方

实验配方见表3

表3.实验配方表

原材料

配方一/份数

配方二

配方三

配方四

胶粉

100

100

100

100

ZNO

3

3

3

3

SA

1

1

1

1

CBS

0.8

0.8

0.8

0.8

S

0.5

0.5

0.5

0.5

二甘醇

1

1

1

1

WCB

20

20

20

20

固体古马隆

20

10

-----

-----

DOP

----

------

20

10

合计

146.3

136.3

146.3

136.3

3.2材料制备

3.2.1胶料的制备

具体实施方法如下所示：

1.古马隆配方：

将开炼机打开，每次将500g胶粉在开炼机上过辊塑炼处理10~15min，期间不断用手将胶粉源源不断加入辊间，直至胶粉塑炼成不易碎的片状。

再加入古马隆以及SA，然后继续混炼，