复合橡胶论文范文

复合橡胶论文范文（精选8篇）

复合橡胶论文 第1篇

1.1 常规橡胶沥青技术的研究与应用发展

目前国内使用的橡胶沥青是将废旧轮胎加工成为橡胶粉, 高温状态下通过特定工艺流程将胶粉与沥青进行混合反应制成橡胶沥青, 具有粘附性好、抗老化性强、脆点低、高温粘度大等优点, 应用在道路铺设中, 起到了改善道路性能, 促进资源再利用的作用。我国橡胶沥青的应用技术起步较晚, 由于种种原因, 橡胶沥青的研发与应用时断时续。直到2003年, 引进美国和南非的技术和设备后, 在全国各地开始铺筑了一些试验路, 取得了良好效果。

我省于2008年在滨海路丹东段、省道本溪本桓线等工程项目中进行了路用性能测试。自引进橡胶沥青技术以来, 在全省普通公路系统共配备了橡胶沥青生产设备18套, 并制定《橡胶沥青设计施工技术指南》, 目前在县以上公路共计应用橡胶沥青混凝土路面640km, 橡胶沥青碎石封层680km。另外也逐步引入到高速公路建设中, 在沈吉、西开、丹通高速公路项目中分别在路面下封层和路面结构层中开展了试验应用。

1.2 常规橡胶沥青技术在目前条件下推广应用的主要问题

橡胶沥青技术在实际生产过程中也逐步暴露出一些限制其在现有条件下进一步推广应用的主要问题:

(1) 由于常规橡胶沥青高温状态下施工粘度衰减过快, 一般情况下要求必须在生产加工完成后6h内用完, 使得应用半径受时间限制大大缩小, 而普通公路生产条件落后, 运距相对较远, 行车干扰严重等因素影响, 通常满足不了6h的时限要求;

(2) 必须在现场加工橡胶沥青, 需要采购或租用橡胶沥青加工设备, 当用户的使用量较小时, 设备运行与拆装费将增加路用成本, 单位工程经济性不好;

(3) 有效粘度不可控, 对于不同路面结构或路面封层, 常规橡胶沥青难以准确匹配其施工粘度要求。

2 高粘复合改性橡胶沥青的反应机理与制备工艺

2.1 反应机理

高粘复合改性橡胶沥青是将轮胎橡胶粉粒和废旧塑料及添加剂形成的母料与基质沥青在充分预混的高温条件下 (180℃以上) 经过胶体磨剪切研磨形成的改性沥青胶结材料。制成的高粘复合改性橡胶沥青能显著表现出橡塑的物理力学性能。

室内分别对普通橡胶沥青、高粘复合改性橡胶沥青的橡胶颗粒分布情况在显微镜下放大40倍后, 进行镜像观察对比。可以看出:常规橡胶沥青颗粒较大, 离散分布;高粘复合改性橡胶沥青即经过剪切研磨工艺后, 橡胶颗粒发生化学胶溶, 颗粒相对变小;由于胶粉的密度比沥青大, 易在沥青中沉淀下来, 而塑料的密度小于沥青, 易在沥青中上浮, 胶粉和塑料通过有机助剂结合而成的大分子物质的密度和沥青的密度差别极小, 因而制成的“母料颗粒”在沥青中溶解后几乎不离析。同时, 在体系中加入特殊助剂, 使“母料颗粒”中断裂的硫键与沥青在特殊助剂的作用下进一步紧密结合, 因此整个橡胶改性沥青体系更加稳定。

2.2 制备加工

2.2.1 材料准备

(1) 基质沥青

用于加工橡胶沥青的基质沥青的选择, 原则上可以按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004划分的气候区域来选择, 我省属于2-2-2即夏热冬寒湿润区, 按照气候分区和多年的工程实践经验选择辽河石化生产的90#石油沥青, 其PG分级为58-22。

(2) 橡胶粉

按照我省普通公路《改性沥青市场准入管理制度》中对橡胶粉的技术指标要求准备橡胶粉, 其技术指标如表1。

(3) 塑料颗粒和化学有机助剂

属于化学领域研究范围和商业机密, 对材料要求不做探讨。

2.2.2 生产加工

(1) 制备高粘复合改性橡胶沥青母料。在载重卡车轮胎橡胶粉中加入塑料颗粒和微量的有机助剂、交联剂等物质, 在高混机中充分混合。充分混合的物料由供料装置均匀地进入一个特制的长径比很大的双螺杆挤出机中, 在高温剪切强力挤压下, 橡胶粉和塑料聚乙烯等高聚物发生分子间位移, 产生一些不饱和键, 发生化学接枝反应, 从而使母料产生极性, 更容易与沥青等胶接材料紧密结合。从挤出机中挤出的熔融状的物料经过冷却, 再造粒制成“母料胶粉颗粒”。

(2) 将制成的“母料颗粒”按比例 (18%~22%) 投到加热温度为190℃的90号基质沥青中, 进行搅拌预混, 之后进入胶体磨进行强力剪切研磨, 母料颗粒均匀溶解分散在基质沥青中, 在180℃的温度下反应45min至1h之后, 就生成稳定的高粘复合改性橡胶沥青。

高粘复合改性橡胶沥青的粘度控制由有机助剂的掺加量来控制, 可以根据不同要求制备不同粘度需要的“母料”, 用于制备成品改性沥青。

2.3 高粘复合改性橡胶沥青的主要技术指标

2.3.1 成品沥青实验室指标

从试验结果认定, 该沥青达到了PG分级的82-28等级指标。

2.3.2 与常规橡胶沥青的性能指标对比

(1) 软化点:分别为74.4和97.7, 均高于现行《指南》给出的大于50、58、65。

说明:高温性能优于常规橡胶沥青。

(2) 延度:分别为38.2和34.6, 均高于现行《指南》给出的大于10和5。

说明:低温性能优于常规橡胶沥青。

(3) 弹性恢复:分别为98.8和98均高于现行《指南》给出的大于50、55、60。

说明:抗疲劳性能优于常规橡胶沥青。

(4) 粘度 (180℃旋转粘度) :分别为7.325和2.357, 其粘度范围大于现行《指南》给出的1~5指标。

说明:可根据给出的不同要求生产各种粘度要求产品。

(5) 稳定性:经实验室对所取样品在180℃高温条件下持续7d的检测, 其粘度指标没有衰减 (如图2) 。

说明:材料稳定性优异, 能够满足一定施工周期内的储存与运输要求。

2.3.3 与SBS改性沥青 (I-C、I-D级) 对比

(1) 技术指标均优于SBS改性沥青。

(2) 较SBS改性沥青节省300元/t左右。

4 结论与展望

终上所述, 高粘复合改性橡胶沥青体现出了比较理想的室内试验指标, 应用前景广阔。

(1) PG分级指标大幅度提高, 延展了改性沥青的路用性能范围。对于普通公路而言, 由于投资条件的限制, 一直采取偏薄的路面典型结构, 因此在使用性能方面如何提高抗疲劳和抗开裂性能是应对路面早期破损、提高使用寿命的首要课题, 而高粘复合改性橡胶沥青在PG分级路用性能方面的提高, 无疑将有助于我们在这一领域的进步。

(2) 施工稳定性大幅度提高。可以保持较长时间存储稳定性, 为实现一定区域的工厂化生产, 拓展施工半径奠定了基础。同时降低了橡胶沥青加工对现场加工设备的依赖, 可以大大节约设备投入成本。

(3) 施工便易性大大提高。随着“胶粉母料”加工技术的不断成熟和后期中试工作开展的经验积累, 将可以实现不同工艺条件下的粘度调节需求, 使施工便易性和质量可控性大大提高。

(4) 随着粘度范围的大大拓展, 为新技术的应用加大了材料选择空间。比如今后的钢桥面铺装和长大纵坡路段的路面结构与材料设计等。

(5) 降低了产品价格, 提高了经济适用性。

摘要：阐述了高粘复合改性橡胶沥青的反应机理与制备工艺, 并介绍了其主要技术指标。

复合橡胶论文 第2篇

摘要：制备了质量分数分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%和7%的纳米碳化硅/硅橡胶复合物，利用宽频介电谱测试仪测试了不同碳化硅含量的纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电谱特性.结果表明：纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电常数在室温下随碳化硅含量的增加而增加，且在频率小于1Hz时，复合物的介电常数小于纯硅橡胶的介电常数.当频率小于50Hz时，复合物的介质损耗角正切随碳化硅含量的增加而降低，当频率大于lkHz，复合物的介质损耗角正切随碳化硅含量的增加而增加，同时研究了纳米碳化硅/硅橡胶复合物的击穿特性，通过交流击穿试验可知，纳米碳化硅/硅橡胶复合物的击穿场强随纳米碳化硅含量的增加先增加后降低，当碳化硅质量分数为3%时，击穿场强出现最大值.

关键词：纳米碳化硅/硅橡胶复合物；介电谱特性；击穿特性

DOI： 10.15938/j.jhust.2015.03.016

中图分类号：TM215

文献标志码：A

文章编号：1007-2683 （2015）03-0082-04

0 引 言

纳米科学技术的发展为新材料的开发和对现有材料的改性提供了新的思路和途径，从20世纪90年代起，国内外学者对纳米无机物改善聚合物性能作了广泛研究，在聚合物如聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、低密度聚乙烯、硅橡胶、聚酰亚胺等中填加纳米无机物如二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳化硅、碳纳米管、蒙脱土等，与传统聚合物比较，纳米复合物的电、热和机械性能有了很大的改善.

碳化硅是非线性无机材料，在均匀电场方面得到广泛应用，在聚合物中加入纳米尺度的碳化硅，可使复合物的电导率随着场强的改变呈现出非线性变化，目前对纳米碳化硅复合物的研究多集中于其非线性电导特性，得出纳米碳化硅复合材料的电导率随碳化硅含量的增加而增大，当外加电场达到一定值时，纳米碳化硅复合材料的电导特性曲线出现拐点，导电机理发生改变.在同一碳化硅含量，同一电场强度下，纳米碳化硅复合物的电导率大于微米碳化硅复合物的电导率，且在同一体积分数下，添加纳米级碳化硅的复合物的非线性导电特性比添加微米级碳化硅的复合物要好，同时也对 晶型的纳米碳化硅复合物的非线性电导特性进行对比，结果表明，当外加电场强度相等时，在相同的碳化硅含量下，β晶型的碳化硅复合物的电导率比α晶型的碳化硅复合物的电导率高几个数量级，且β晶型复合物的非线性电导系数大约是α晶型复合物的两倍等结论

研究表明，当纳米碳化硅质量分数达到5%以上时，纳米碳化硅/硅橡胶复合物才会出现非线性电导特性.为了研究低的碳化硅含量对硅橡胶复合物介电常数和介质损耗角正切以及击穿特性的影响，本文制备了纳米碳化硅质量分数为1%～7%纳米碳化硅/硅橡胶复合物，测试了其介电谱特性和击穿特性，得出复合物的介电常数和介质损耗角正切随纳米碳化硅含量和频率的变化规律，以及纳米碳化硅含量对复合物击穿特性的影响，研究表明，当纳米碳化硅含量低于使其复合物出现非线性电导特性的含量时，碳化硅的加入，会在介质中产生大量的界面，从而影响复合物的极化，使其介质特性发生改变.

1 试样制备

试验用的硅橡胶为上海硅山高分子材料有限公司生产的室温硫化硅橡胶，纳米碳化硅为北京德科岛金科技有限公司生产的平均粒径40 nm的口晶型纳米碳化硅.将纳米碳化硅加入硅橡胶中并将硅橡胶、交联剂和催化剂按一定比例混合，在真空干燥箱中去除气泡固化制成试样.分别制备了纯硅橡胶和质量分数分别为1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%的纳米碳化硅/硅橡胶复合物，试样厚度0.4 mm.

2 纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电谱特性

2.1试验

利用宽频介电谱仪Concept 80测试了不同含量的纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电谱特性，试验频率范围10-1 HzlO-6Hz，试验在室温下进行，试验前将试样放入干燥箱中80℃短路处理24h，以去除试样中的水分和表面电荷.

2.2试验结果

纯硅橡胶和1%-7%纳米碳化硅含量的硅橡胶复合物的介电常数与频率的关系如图1所示，可以看出，随碳化硅含量的增加，复合物的介电常数呈增加趋势，但在频率小于1Hz时，纳米碳化硅的加入减小硅橡胶复合物的介电常数.

图2为纯硅橡胶和质量分数7%纳米碳化硅的硅橡胶复合物的介质损耗角正切与频率的关系，从图中可以看出：①不同含量纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介质损耗角正切都是随着频率的增加而降低，②当频率大于1kHz时，复合物的介质损耗角正切随碳化硅含量的增加而增加.③当频率小于50Hz时，复合物介质损耗角正切随纳米碳化硅含量的增加而降低.

2.3结果分析

图1中纳米复合物的介电常数随碳化硅含量的增加而增加，符合Lichteneker-Rother方程 式中： 为复合物介电常数； 和 分别为纳米填充物和基体的介电常数； 和 分别为填充物和基体的体积分数.本文中，纳米碳化硅的介电常数为10，纯硅橡胶的介电常数约为2.7，可知，复合物介电常数的增加是由于碳化硅材料高的介电常数，且随碳化硅含量增加，复合物介电常数增加，

同时，复合物的介电常数取决于其极化和松弛机理，如图3所示，不同频率下极化机理不同.低频下复合物的介电常数低于纯硅橡胶是由于硅橡胶是极性材料，在频率低于1z时，偶极子转向极化作用加强，此时随着频率的降低，硅橡胶复合物介电常数增加，而纳米碳化硅填加到硅橡胶中，减小了硅橡胶的自由体积，在一定程度上限制了复合物的偶极子转向极化，使得低频下纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电常数低于纯硅橡胶.

图2中复合物的介质损耗角正切与纳米碳化硅含量和频率的关系可解释为：①当频率大于l kHz时，纳米复合物的介质损耗角正切随碳化硅含量增加而增加是因为在此频率下，复合物电导损耗起主要作用，随着碳化硅含量的增加，复合物的电导率增加.②当频率小于50Hz时，复合物介质损耗角正切随纳米碳化硅含量的增加而降低，是因为在低频下，偶极子转向极化起主要作用，由于碳化硅含量越高，偶极子转向极化越困难，此时纯硅橡胶的介质损耗角正切最大，纳米碳化硅含量越高，纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介质损耗角正切越小.③频率大于50Hz小于1kHz区间，是一个过渡区域，两种机理共同作用.

3 纳米碳化硅/硅橡胶复合物的击穿特性

3.1 试样处理与试验方法

材料的击穿场强是其电气性能的重要参数.本文利用CS2674C耐压测试仪，测试了纯硅橡胶和1%-7%纳米碳化硅/硅橡胶复合物的击穿场强.试验电源电压0-50kV，上下电极直径分别为25mm和75mm，试验在变压器油中进行，采用手动升压，升压速度约为0.5kV/s.

3.2试验结果

固体绝缘材料的击穿场强受很多因素影响，是一个统计值，纯硅橡胶和质量分数分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%纳米碳化硅/硅橡胶复合物击穿场强的威布尔分布如图4所示，击穿场强与纳米碳化硅含量的关系如图5所示，可以看出，复合物的击穿场强随碳化硅含量的增加先增加后降低.当纳米碳化硅质量分数为3%时击穿场强达到最大值33.30 kV/mm.

3.3结果分析

纳米碳化硅/硅橡胶复合物击穿场强随碳化硅含量的增加而增加，当碳化硅质量分数为3%时达到最大值，这一变化规律与文的研究一致，出现这一现象的原因可能是复合物中加入的纳米无机物限制了基体分子链的运动，减小了自由体积，提高了材料的固有介电强度，而当纳米无机物含量继续增加时，纳米颗粒间的距离减小，甚至出现界面重叠现象，由于无机相与有机相间的界面区域使载流子运动更加容易，导致出现逾渗现象，降低了复合物的击穿场强.

4 结 论

本文研究了质量分数分别为1%，2%，3%，4%，5%，6%，7%的纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电谱特性和击穿特性，得到以下结论：

1）纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介电常数随碳化硅含量的增加而呈现增加的趋势，但是在频率低于1Hz时，纳米碳化硅的加入降低了硅橡胶的介电常数.

2）在频率高于1kHz时，纳米碳化硅/硅橡胶复合物的介质损耗角正切随碳化硅含量的增加而增加，在频率低于50Hz时，复合物的介质损耗角正切随纳米碳化硅含量增加而降低.

抗菌天然橡胶纳米复合材料的研制 第3篇

本研究通过TBP分散剂的改性处理,改变ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的润湿性能,从而改善其在油性有机体系中的分散状态和相容性能,使纳米复合抗菌剂以纳米尺度均匀分散复合到非极性有机材料NR中,制备出了NR纳米复合材料,并研究了其抗菌和抗藻性能。

1 实验部分

1.1 亲油改性实验

准确称取一定量真空或空气煅烧的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂,放入玛瑙研钵中,加入溶剂为正己烷的TBP溶液,经手磨混合20min后转移至磁力搅拌器上,磁力搅拌20min后超声振荡40min,然后取出一定量分散后的悬浮液放入沉降容器中(外贴刻度),竖直放在试管架上,静置观察,观察不同时间清液层的体积。采用沉降率表征沉降效果:

沉降率undefined

沉降率越小分散性越好。同时按上述工艺进行未加分散剂试样的对比实验。

本方法可定性分析ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的分散状态和团聚情况。采用3000HSA型激光粒度分布仪对改性前后产物的粒径分布进行表征。

1.2 抗菌NR纳米复合材料的制备

将改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂按配方添加到NR中。基本配方(质量比):NR (100),硬脂酸(2.0),重质碳酸钙(50),硫磺(1.6),促进剂DM(1.6),ZnO(6.0)。采用常温双辊混炼,按ISO标准“硫化特性评价”测定正硫化时间t90。确定硫化条件为:143℃t90,硫化压力15MPa,然后在平板硫化机上进行胶料硫化。

1.3 抗菌NR纳米复合材料的抗菌和抗藻性能检测

根据2002年卫生部颁布的消毒技术规范2.1.8.9的奎因实验[4],采用抗菌率表征抗菌NR纳米复合材料的抗菌性能。其计算公式为:

抗菌率undefined

根据标准ASTM D5589-97,在广东省微生物分析测试中心对抗菌NR纳米复合材料进行了抗藻性能测试,测试藻种

为:丝藻属HACHB493,四尾栅藻FACHB43,小球藻FACHB167和小颤藻FACHB24。

2 结果与讨论

2.1 ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的亲油改性

采用改性前后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂在非极性介质正己烷中的沉降对比实验,考察ZnO/Ag纳米复合抗菌剂表面的亲油性和分散性。可看出,未经分散剂改性的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂在正己烷中沉降8h,沉降率达0.76;而经TBP改性后的真空或空气煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂在正己烷中沉降8h,沉降率均为0.004左右;140h后沉降率为0.01左右,真空和空气煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的沉降率区别不大。

改性前的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂与正己烷无法相容,原因在于ZnO/Ag纳米复合抗菌剂之间的亲和力远大于ZnO/Ag纳米复合抗菌剂和正己烷的亲和力,ZnO/Ag颗粒之间的这种强亲和力造成了大颗粒团聚的形成,导致了ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的快速沉降;而经过TBP改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂,表面基团发生了变化,颗粒表面状态随之改变,使ZnO/Ag纳米复合抗菌剂颗粒之间的亲和力减小而与正己烷的亲和力增强。所以,改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂团聚程度大大减小,并在相当长的时间内保持很好的悬浮稳定性,分散相容性得到明显改善。

对真空或空气煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂在正己烷中的分散状态,可通过激光粒度分布进行观察分析。图1是ZnO/Ag纳米复合抗菌剂改性前后的粒度分布图。

由图1可看出,未经TBP改性的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的粒径为1μm左右,超出了纳米级范围,团聚非常严重,很难发挥其抗菌和抗藻性能。而经过TBP改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂在正己烷中分散状态良好,真空和空气煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂经分散后的平均粒径分别为51.7nm、80.5nm,且粒径分布集中,空气煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂有少量(500nm左右)的大粒子存在,这可能是几个颗粒团聚在一起造成的。改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂粒径大大减小,基本无大块团聚,粒径呈几十纳米的分散状态,都保持在纳米级范围内,能够充分发挥ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的抗菌和抗藻性能。

2.2 抗菌NR纳米复合材料的制备

抗菌NR纳米复合材料配方中的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂具有双重作用:一方面作为活性剂,取代了传统NR配方中的普通ZnO;另一方面作为功能添加剂,实现了传统NR所不具备的抗菌和抗藻性能。在其它条件不变的情况下,改变ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的加入份数(分别为3份、6份、10份),于常温下进行双辊混炼,同时炼制了添加普通氧化锌的对比试样,按照ISO标准“硫化特性评价”测定出正硫化时间t90,试样的硫化温度和正硫化时间t90见表1所示。

由表1可以看出,加入ZnO/Ag纳米复合抗菌剂对配方的硫化温度几乎没有影响,对正硫化时间的影响较大。与0号对比样相比,1~6号试样的正硫化时间都有不同程度的延长。随着ZnO/Ag纳米复合抗菌剂添加量的增加,正硫化时间反而减小,添加量愈大效果愈显著。由于ZnO/Ag纳米复合抗菌剂粒径很小,反应活性很高,当其添加量较小时,吸附反应中生成的活性基团作用不明显,而且由于长链大分子运动的特殊性,带有活性基团的长链大分子互相接近产生交联就变得困难,因此正硫化时间t90较长;随着ZnO/Ag纳米复合抗菌剂添加量的增加,加速了NR的交联,正硫化时间缩短。在其它条件相同时,真空煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂制备的NR纳米复合材料正硫化时间小于空气煅烧的试样,如4号试样的正硫化时间小于1号试样,因为所添加的真空煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的平均粒径小于空气煅烧的试样(如图1所示)。而纳米复合抗菌剂的粒径越小,其活性越高,天然橡胶的交联速度就越快,所以减小了正硫化时间。

2.3 抗菌性能检测

根据2002年卫生部颁布的消毒技术规范2.1.8.9的奎因实验,采用抗菌率表征NR纳米复合材料的抗菌性能。将抗菌胶片及对比胶片裁成5cm5cm的试样,用75%乙醇消毒后,逐片平放于无菌平皿内备用。配置浓度为105~106cfu/L的大肠埃希氏菌液(ACTT8099),分别取一定量菌液接种于营养琼脂培养基中,在(37±1)℃条件下培养24~48h后得到对照样本平均菌落数;经胶片杀菌后,采用上述方法得到试样样本平均菌落数。按照抗菌率公式计算各胶片的抗菌率,如表2所示。

由表2可以看出,对比样0号的抗菌率为5%,1号NR纳米复合材料的抗菌率为98%,其余2~6号NR纳米复合材料的抗菌率均达到100%。与未加纳米复合抗菌剂的胶片相比,NR纳米复合材料具有良好的抗菌性能。随着纳米复合抗菌剂添加量的增加,抗菌率增大,胶片对大肠埃希氏菌的杀灭作用越强。在其它条件相同时,真空煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂制备的NR纳米复合材料的抗菌性能略优于空气煅烧的试样,如4号试样的抗菌率大于1号试样,因为真空煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的粒径较小(如图1所示),其抗菌活性较高,所以抗菌率较高。

2.4 抗藻性能检测

根据ASTM D5589-97标准,在广东省微生物分析测试中心对添加ZnO/Ag纳米复合抗菌剂10份的NR纳米复合材料进行了抗藻性能测试。结果表明:NR纳米复合材料的抗藻性能良好,表面未见有藻类生长,达到最佳零级标准。纳米ZnO在与藻菌接触时,锌离子缓慢释放出来,与藻菌细胞膜及膜蛋白结合,破坏其结构,并能破坏电子传递系统的酶,与DNA反应,达到抗藻的目的;纳米银颗粒可直接进入藻体与氧代谢酶(-SH)结合使藻体窒息而死的机制,可杀死与其接触的藻菌微生物,在两者的共同作用下达到较好的抗藻效果。

3 结 论

(1)经磷酸三丁酯改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂,沉降率从接近1减小到0.2以下,亲油性和稳定性大大提高;将磷酸三丁酯改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂加入到油性介质正己烷中,抗菌剂分散均匀,粒径在100nm以内。

(2)在NR纳米复合材料的制备中,加入ZnO/Ag纳米复合抗菌剂后,正硫化时间都有不同程度的延长;随着ZnO/Ag纳米复合抗菌剂添加量的增加,正硫化时间减小;在其它条件相同时,真空煅烧ZnO/Ag纳米复合抗菌剂制备的NR纳米复合材料正硫化时间小于空气煅烧的试样。

(3)NR纳米复合材料对大肠埃希氏菌的抗菌率随ZnO/Ag纳米复合抗菌剂添加量的增加而增大,抗菌率达98%以上,抗菌效果良好。

(4)NR纳米复合材料对丝藻属、四尾栅藻、小球藻、小颤藻等藻菌的抗藻性能良好,达到最优零级标准。

摘要：研究了自制ZnO/Ag纳米复合抗菌剂的亲油改性,利用改性后的ZnO/Ag纳米复合抗菌剂制备天然橡胶(NR)纳米复合材料,探讨了抗菌NR纳米复合材料的抗菌、抗藻性能。结果表明:ZnO/Ag纳米复合抗菌剂经磷酸三丁酯(TBP)改性后,沉降率从接近1减小到0.2以下,亲油性和稳定性大大提高,将TBP改性后的抗菌剂加入到油性介质正己烷中,抗菌剂分散均匀,粒径在100nm以内;在NR纳米复合材料的制备中,随着ZnO/Ag纳米复合抗菌剂添加量的增加,正硫化时间减小;经检测,抗菌NR纳米复合材料对大肠埃希氏菌的抗菌率达98%以上,且抗菌率随抗菌剂添加量的增加而增大,抗藻性能达到最优零级标准。

关键词：ZnO/Ag纳米复合抗菌剂,亲油性,NR纳米复合材料,抗菌性能,抗藻性能

参考文献

[1]Jurkowska B,Jurkowski B,Oczkowski M,et al.Properties ofmontmorillonite-containing natural rubber[J].Journal of Ap-plied Polymer Science,2007,106(1):360-371.

[2]Suchismita Sahoo,Madhuchhanda Maiti,Anirban Ganguly.Effect of zinc oxide nanoparticles as cure activator on the prop-erties of natural rubber and nitrile rubber[J].Journal of Ap-plied Polymer Science,2007,105(4):2407-2415.

[3]Radheshkumar,H Mu¨nstedt.Antimicrobial polymers frompolypropylene/silver composites-Ag+release measured by an-ode stripping voltammetry[J].Reactive&Functional Poly-mers 2006,66:780-788.

复合橡胶论文 第4篇

1 钢桥面防滑耐磨技术比较分析

1.1 焊接防滑条和防护板条结构对桥面结构受力影响分析

目前主要采用的桥面焊接防滑条和防护板条的措施, 其结构简单, 可以增强桥面的防滑耐磨性能。具体地讲, 就是在桥面的单个板格单元内采用焊接或挤压成型的方法形成具有防滑和防护作用的条块结构。这种结构通过履带或轮胎与防滑条及防护板条的咬合来达到防滑目的, 同时增强桥面钢板的耐磨性。

以某型浮箱器材为例, 根据桥面结构特点, 选择桥面正交异性板架结构的最不利工况下四边简支板格分析, 计算控制荷载为轴重90kN的轮式荷载, 对结构运用ANSYS软件进行分析。

1.2 桥面压筋镶嵌橡胶防滑条结构对桥面结构的受力影响 分析

桥面压筋镶嵌橡胶防滑条结构是将薄壳结构的钢桥面采用压筋的手段冲压成型。在每个板格中央沿桥轴线方向设置一个与板格尺寸相协调的压筋槽, 压筋槽内镶嵌相应尺寸的耐磨橡胶条, 桥面与橡胶条使用胶粘接并加螺栓固定。

考虑浮箱器材板格的结构尺寸, 在单个板格单元内采用反梯形压筋结构, 其梯形上底矩形尺寸为55 mm×690 mm, 下底矩形尺寸为40 mm×600 mm, 压筋槽深为25 mm, 控制荷载取轴重90 kN的轮式荷载, 运用ANSYS软件分析其板格受力, 见图1。

从分析结构可以看出, 甲板的竖向变形为9.1 mm, 比焊接防滑条结构减小3.8 mm, 其桥面最大应力为351 MPa。

运用桥面附着力计算公式F=N·η1·f1+N·η2·f2, 得桥面附着力为F=86.25 kN。

就浮箱器材 (自重2 820 kg) 而言, 镶嵌压筋橡胶条后自重增加约3 kg/m, 整个浮箱增重40.2 kg, 即在焊接防滑条结构自重的基础上增加了2.2%。

1.3桥面复合固定防滑耐磨橡胶层结构对桥面结构受力 影响分析

1.3.1 结构受力分析

浮箱器材甲板铺装橡胶层厚度取防护板条的高度为6mm;有限元模型采用shell99单元——线形层状结构壳单元。该单元主要特点是可以模拟不同材料性质的分层壳结构, 压力作为面荷载加载在单元面上, 板格的约束情况为四边简支, 分析结果见图2。

从分析结果可以看出, 复合固定防滑耐磨橡胶层后, 钢桥面甲板的竖向变形为14.6 mm, 比焊接防滑条结构增大近1.7 mm, 其桥面最大应力为364 MPa, 比焊接防滑条结构桥面应力增加。

1.3.2 桥面附着系数及自重计算

桥面复合固定防滑耐磨橡胶面层, 承受荷载的桥面附着力为F=fN=0.45×500 000=225 kN。

复合固定防滑耐磨橡胶面层结构桥面其附着力大于焊接防滑条和防护板条结构桥面的5倍。

在浮箱器材铺设宽1 m的车辙式防滑耐磨橡胶层并除去防滑条和防护板条, 共需使用橡胶材料178.6 kg, 器材增重为94.9 kg, 仅为原器材重量的1.4%左右。

从表1的比较还可以看出, 桥面复合固定防滑耐磨橡胶层技术的特点还在于能够满足桥面防滑耐磨的要求, 基本上不改变桥面原有结构, 对浮箱器材桥面改进防滑耐磨性能具有重要意义。

2 桥面防滑耐磨新技术试验研究

2.1荷载与桥面相互作用的最不利工况

荷载包括轮式荷载和履带荷载, 轮式荷载是桥面承载力的计算控制荷载, 但对桥面防滑耐磨层破坏最大的却是不挂胶履带荷载; 为此选用 500 kN 履带荷载作为典型荷载。 履带荷载从上桥到下桥的整个过程可分为4种工况: ① 桥面基本水平, 履带荷载以规定的车速 (16 km/h) 匀速行驶; ② 桥面基本水平, 履带荷载以规定的车速刹车 (起步) ; ③ 桥面纵坡度18% (岸边部分) , 履带荷载以规定的车速沿纵坡上下; ④ 桥面纵坡度18% (岸边部分) , 履带荷载以规定的车速沿纵坡刹车 (起步) 。

履带荷载与桥面的相互作用可概括为履带对桥面的垂直冲击压力和水平切向力;对计算荷载取1.2的冲击系数, 由此推得履带对桥面的垂直冲击压力为4.74 MPa, 即每块履带板下的压力约为50 kN;履带对桥面的水平切向力约为5.48 MPa。

2.2 试验准备

浮箱钢桥面上设置的防滑条的高为6 mm, 根据履带荷载碾压桥面时的冲击咬合和摩擦、磨损等综合作用的复杂工况, 考虑前面提出的500 kN的抗压要求, 确定选用“橡胶/橡胶共混”途径进行橡胶材料的设计试验。 “橡胶/橡胶共混”采用NR/SBR/BR, 并得到了较好的综合性能。橡胶材料基本配方组成为NR/SBR/BR/PVC、硫磺、ZnO、促进剂、硬脂酸、石蜡、防老剂、炭黑、增塑剂、阻燃剂等, 并用锦纶6帘子布配筋加强。橡胶材料组分配比根据试验结果逐步调整分两批共制作了10组试件 (1#～5#、12#～16#) 进行模拟履带荷载抗压试验 (见表2) 。

T-ZnO是一种复合材料的改性增强材料, 对基体材料的力学性能和摩擦磨损性能有增强作用。为检验T-ZnO对橡胶材料力学性能的增强作用, 分别用NR、NR与炭黑共混体添加不同比例的T-ZnO, 制作了6#～11#试件进行模拟履带荷载抗压试验和力学性能测试 (见表3) 。

12#材料的抗压性能最强, 14#材料的极限抗压能力满足抗压要求且压坏时裂纹最短, 因此, 确定选择12#和14#材料进行防滑耐磨性能试验研究。

2.3 实车碾压通载试验研究

为检验由抗压试验确定的橡胶材料耐磨损性能和粘接的可靠性, 选用接近500 kN的履带式工程抢修车进行实车碾压通载试验。试验时将橡胶材料用选定的胶黏剂粘在模拟桥面的钢板上, 再将钢板用螺栓固定于水泥地面, 然后用履带式工程抢修车进行碾压通载试验, 碾压通载试验共进行了170次。

2.4 试验结果及讨论

12#橡胶材料碾压进行到第8次时, 即出现橡胶片撕裂并露出帘子布加强筋;碾压试验完成后, 12#橡胶材料表面出现许多被履带啃坏剥落的细小凹坑。

14#橡胶材料在碾压通载试验完成后, 材料无破损, 表面有轻微压痕并出现细小的蛛网状裂纹;添加10%T-ZnO的14#橡胶材料后, 表面光滑无裂纹, 仅有轻微压痕。

由此得出结论:14#橡胶材料满足防滑耐磨的使用要求;T-ZnO对橡胶材料抗履带荷载磨损性能有增强作用;橡胶层能够较好的保护甲板, 减小荷载对甲板的冲击和磨损, 有效延长桥面的使用寿命。

3 结束语

综上所述, 可以得出结论:桥面复合固定防滑耐磨橡胶层结构在满足桥面承载力要求的同时, 大幅度提高了桥面的附着系数;橡胶层减小了荷载对甲板的冲击磨损;其形式基本不改变桥面原有结构, 且对原结构的自重增加较小。

此外, 新材料的应用是目前浮箱器材研究发展的一个方向。新材料桥面系主要指铝合金桥面和玻璃钢桥面, 铝合金桥面因为仍旧是金属结构桥面, 所以和钢桥面的防滑耐磨问题有一定的相似性。对于玻璃钢桥面而言, 由于玻璃钢材料对荷载的冲击破坏作用和摩擦磨损更加敏感, 所以要求更加严格。

摘要：针对桥面防滑耐磨现有技术, 运用ANSYS计算程序分析不同防滑耐磨层结构形式对桥面结构的受力影响, 并对各种防滑耐磨层桥面结构附着系数、结构自重等重要指标进行比较分析, 讨论其有效性与合理性。采用试验研究的方法探讨桥面防滑耐磨橡胶层对桥面防滑耐磨及通载性能的改善增强作用。

关键词：钢桥面,防滑耐磨,试验

参考文献

[1]马毓.军用桥梁桥面防滑耐磨新技术研究[D].南京:解放军理工大学, 2006.

[2]王富耻, 张朝晖.ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[3]彭兴宁, 徐向东.轮载作用下的甲板结构设计[J].船舶工程, 2000 (2) :26-29.

[4]姜鹏宇.“玻璃钢—钢材”混合结构箱体设计原理研究[D].南京:解放军理工大学, 2004.

复合橡胶论文 第5篇

本文选用SBS、橡胶粉及其二者复合作为改性剂对沥青进行改性。主要研究剪切时间、剪切温度、掺量对改性沥青性能的影响。

1 原材料

1.1 沥青

沥青采用大连太平洋90#沥青，性能指标见表1。

1.2 改性剂

橡胶粉：大连本地生产60目橡胶粉。

SBS：采用韩国锦湖生产的线型KTR-101，其性能指标见表2。

2 SBS改性沥青

2.1 剪切时间对SBS改性沥青性能的影响

为研究剪切时间对沥青性能的影响，以SBS掺量5%的改性沥青为对象，设定剪切温度为180℃、剪切速率为8000r/min，改变剪切时间分别为30、60、90、120 min，测试沥青针入度、软化点、延度随剪切时间的变化，结果见表3。

从表3可知，随着剪切时间的延长，改性沥青的25℃针入度减小，稠度增大。60 min和90 min时的软化点提高不到1℃，在120 min时软化点反而下降，这是由于剪切时间过长使沥青老化。25℃延度随剪切时间的延长而下降。综合认为，SBS改性沥青适宜的剪切时间为60 min。

2.2 剪切温度对SBS改性沥青性能的影响

在剪切速率为8000 r/min，剪切时间为60 min条件下，改变剪切温度分别为140、160、180、200℃，SBS掺量为5%，改性沥青的针入度、软化点、延度随剪切温度的变化结果见表4。

从表4可知，随着剪切温度的提高，改性沥青的25℃针入度减小，稠度增大;25℃延度减小。140～180℃时软化点提高，180℃达到最大，180～200℃时反而下降，剪切温度过高使沥青老化，适宜的剪切温度为180℃。

综合考虑，SBS改性沥青的剪切时间60 min，剪切温度180℃，剪切速率8000 r/min。

2.3 SBS掺量对沥青性能的影响

剪切温度180℃，剪切时间60 min，剪切速率8000 r/min,SBS掺量分别为3%、4%、5%、6%时改性沥青性能测试结果见表5。

从表5可知，随着SBS掺量的增加，25℃针入度减小，沥青的稠度增大;软化点随着SBS掺量的增加而提高，在3%～5%提高较快，5%～6%提高放缓;25℃延度随SBS掺量增加而降低，4℃延度随SBS掺量的增加而提高，掺量3%～5%时提高较快，5%～6%时提高缓慢。SBS加入到沥青经过高速剪切后，被剪切成十分细小的颗粒均匀分散在沥青中，同时SBS颗粒发生溶胀，体积迅速增大，SBS之间逐渐进行搭接，形成网络状交联结构，从而提高沥青的软化点。在25℃时，由于SBS改性剂在沥青中形成网络交联，当沥青受拉时，SBS之间的网络交联制约了沥青本身的变形能力，使得延度下降。而在低温4℃，由于SBS是一种热塑性弹性体，即具有橡胶和塑料的双重性质，低温下具有一定的柔韧性[4]，使改性沥青低温性能得到改善，而低温性能是道路抗裂性的一项重要指标。

3 橡胶粉改性沥青

3.1 剪切时间对橡胶粉改性沥青性能的影响

选用橡胶粉掺量16%，剪切温度160℃，剪切速率8000r/min，剪切时间分别为30、60、90 min时，橡胶粉改性沥青性能随剪切时间变化测试结果见表6。

从表6可知，随着剪切时间的延长，改性沥青的25℃针入度减小，稠度增大;改性沥青软化点在剪切30～60 min时提高较快，60～90 min时逐渐下降，剪切时间过长使沥青老化，适宜的剪切时间为60 min。

3.2 剪切温度对橡胶粉改性沥青性能的影响

选用橡胶粉掺量16%，剪切时间60 min，剪切速率8000r/min，剪切温度分别为140、160、180℃时，橡胶粉改性沥青性能随剪切温度变化测试结果见表7。

从表7可知，随着剪切温度的提高，改性沥青的25℃针入度减小，稠度增大;软化点在140～160℃时不断提高，而在180℃时反而下降。剪切温度过高对改性沥青的性能不利，适宜的剪切温度为160℃。

综合考虑，橡胶粉改性沥青的剪切时间60 min，剪切温度160℃，剪切速率8000 r/min。

3.3 橡胶粉掺量对改性沥青性能的影响

剪切温度160℃，剪切时间60 min，剪切速率8000 r/min，橡胶粉掺量分别为10%、12%、14%、16%、18%时改性沥青的性能见表8。

从表8可知，随着橡胶粉掺量的增加，改性沥青的25℃针入度减小，稠度随着橡胶粉掺量增加而增大;软化点在橡胶粉掺量为10%～16%时提高明显，16%～18%时则差异不大。这是由于橡胶粉的分子量较大，掺入沥青中后，橡胶粉改性沥青的平均分子量增大，阻碍了橡胶粉改性沥青分子的流动和滑动，软化点提高。

25℃延度随橡胶粉掺量增加而降低，4℃延度随橡胶粉掺量增加而提高。这是因为橡胶粉能吸附沥青中的轻组分(主要是油蜡)，橡胶粉颗粒溶胀，降低沥青中的游离蜡含量，促使沥青胶体结构向溶凝胶型结构发育[5]。橡胶粉颗粒溶胀后，颗粒之间相互接触机会增大，橡胶粉颗粒表面间形成凝胶膜。

4 SBS与橡胶粉复合改性沥青

4.1 掺加工艺对复合改性沥青性能的影响

SBS掺量5%，橡胶粉掺量16%，选用3种不同的掺加方式：(1)同时掺加;(2)SBS先剪切30 min，再加橡胶粉，共1 h;(3)橡胶粉先剪切30 min，再加SBS，共1 h，改性沥青的性能见表9。

从表9可知，先掺加SBS后加橡胶粉方式的效果较好。制备复合改性沥青过程中，先掺加SBS时，SBS可以在沥青中吸收轻组分膨胀而相互之间形成网络交联的结构;再掺加的橡胶粉对沥青多余的轻组分(油蜡)进行吸附膨胀，增加沥青的稠度。如果先掺加橡胶粉，吸附沥青中大量的轻组分，再掺加的SBS不能吸收足够轻组分进行膨胀，限制了SBS在沥青中网络交联结构的形成。

4.2 SBS与橡胶粉不同掺量对沥青性能的影响

剪切温度为180℃，剪切速率8000 r/min，分别以SBS掺量3%、4%、5%为主，改变橡胶粉的掺量分别为9%、11%、13%、15%，具体复合改性沥青性能见图1。

从图1(a)可见，当SBS掺量为3%～5%时，随SBS掺量增加，复合改性沥青的针入度减小;在SBS掺量一定时，随着橡胶粉掺量增大针入度也减小。

从图1(b)可见，当SBS掺量为3%～5%时，随SBS掺量增加，软化点提高;在SBS掺量一定时，随着橡胶粉掺量增加而提高，当掺量在13%～15%时软化点没有再提高，说明橡胶粉掺量大于13%对复合改性沥青软化点影响不明显。

从图1(c)和(d)可见，当SBS掺量为3%～5%时，随SBS掺量增加，25℃延度降低，4℃延度提高;在SBS掺量一定时，随着橡胶粉掺量增加，25℃延度降低，4℃延度提高，但提高的幅度小于SBS的幅度，说明复合改性沥青中SBS对延度的影响大于橡胶粉的影响。

4.3 改性沥青性能比较

SBS、橡胶粉、SBS与橡胶粉复合改性沥青在适合掺量时的针入度、软化点和延度比较见图2。

从图2可见，复合改性沥青的针入度、软化点和25℃延度均优于单掺SBS或橡胶粉改性沥青;在4℃延度，复合改性沥青高于橡胶粉改性沥青，略低于SBS改性沥青，大量掺加橡胶粉使沥青的弹性增强，稠度增加。

5 结论

(1)当剪切速率为8000 r/min时，SBS改性沥青适合的剪切时间为60 min，剪切温度为180℃，SBS适合的掺量为5%;橡胶粉改性沥青适合的剪切时间为60 min，剪切温度为160℃，橡胶粉适合的掺量为16%。

(2)在SBS与橡胶粉复合改性沥青中，SBS对沥青性能影响明显，各项性能均随SBS掺量加大而提高。当SBS掺量不变时，橡胶粉掺量的变化对复合改性沥青的影响相对较小。复合改性沥青中SBS适合的掺量为5%，橡胶粉适合掺量为11%～13%。

(3)制备复合改性沥青过程中，采用先掺加SBS，后加橡胶粉的掺加方式改性效果较好。

(4)复合改性沥青的针入度、软化点、25℃延度优于单一改性沥青，4℃延度略低于SBS改性沥青。

参考文献

[1]沈金安.开级配多空隙排水型沥青路面[J].国外公路,1994(12):15-20.

[2]曹卫东,陈旭,吕伟民.简述国内外低噪声沥青路面研究状况[J].石油沥青,2005(2):50-54.

[3]伍石生.低噪声沥青路面设计与施工养护[M].北京:人民交通出版社,2005:24-30.

[4]赵晶,王抒音.SBS改性沥青技术与效果评价[J].中国公路学报,1997(12):18-24.

复合橡胶论文 第6篇

关键词：碳纳米管/橡胶,沥青,常规性能

废旧轮胎橡胶改性沥青以其优异路用性能及良好的环境效益得到道路建设者的广泛关注[1,2]。近年来,随着碳纳米管/橡胶轮胎技术的成熟和推广[3],势必会出现大量废旧碳纳米管复合橡胶,而关于使用碳纳米管复合橡胶对沥青进行改进的研究目前还处于空白状态。

鉴于此,本文制备碳纳米管/橡胶复合沥青和普通橡胶沥青,分别研究其常规性能,评价其在道路建设中应用的可行性。

1 试验材料与步骤

1.1 试验材料

基质沥青为70号道路石油沥青;碳纳米管橡胶由70%橡胶和30%碳纳米管组成。其中,碳纳米管橡胶和普通橡胶均为母粒。

1.2 制备流程

利用油浴箱(180℃)对基质沥青进行加热,缓慢加入母粒,利用高速剪切机(5 000 r/min)搅拌2 h,之后将改性沥青置于120℃烘箱中静置1 h。其中碳纳米管/橡胶和普通橡胶掺量均为5%。

1.3 试验步骤

1)测试基质沥青及2种改性沥青的针入度、软化点和延度,分别评价其常温稠度、高温稳定性及低温延展性。

2)测试基质沥青及2种改性沥青的黏度,评价其施工和易性。

3)采用动态剪切流变试验评价基质沥青及2种改性沥青的流变性能,评价其高温抗车辙能力[4]。

2 试验结果

2.1 三大指标结果对比

不同橡胶对沥青三大指标的影响如图1所示。2种橡胶均能降低基质沥青的针入度,提高其软化点和延度。这表明碳纳米管/橡胶改性沥青和橡胶沥青的高低温性能均得到了有效提升。但是在相同掺量条件下,碳纳米管橡胶和普通橡胶对基质沥青性能改善的幅度并不相同,其中前者对基质沥青针入度、软化点改变幅度大于后者,而普通橡胶改性沥青则具有更好的延展性。这一差异的原因在于碳纳米管增强复合材料的劲度,但是对其变形能力不利;而橡胶则能有效增强沥青的低温变形能力,因此碳纳米管/橡胶复合改性沥青的延度介于基质沥青与普通橡胶改性沥青之间。

2.2 黏度结果对比

不同橡胶对基质沥青黏度(135℃)的影响如图2所示。可以发现2种橡胶改性沥青的黏度均远大于基质沥青黏度,而碳纳米管/橡胶改性沥青的黏度增强效果更为显著。这一现象由于碳纳米管在微观尺度的纤维增强橡胶抵抗外力作用,大幅提高沥青的黏度。

虽然黏度试验结果表明碳纳米管/橡胶复合沥青具有更好的抗车辙能力,但是过高的黏度将使沥青在泵送和拌合过程中消耗更多的能量,进而排放更多的温室气体,不利于环境。

2.3 流变性能对比

利用动态剪切流变试验获取沥青一系列高温流变参数,其中车辙因子(G*/sinδ)用以评价沥青抗车辙能力(见图3)。

图3a)列出3种沥青的抗车辙因子随温度的变化。可以发现2种橡胶均提高基质沥青的抗车辙能力,而碳纳米管/橡胶改性沥青的高温性能更为优越。这是因为:一方面分散于沥青中橡胶吸收沥青中的轻质组分,在高温下提高沥青的模量,另一方面以橡胶为载体的碳纳米管以纤维方式提高沥青抵抗剪切作用。因此,综合来看,碳纳米管/橡胶复合改性沥青的高温抗车辙能力不仅优于基质沥青,还高于相同掺量的橡胶沥青。

图3b)展示3种沥青相位角随温度变化的规律。通常相位角越小表明沥青中弹性成分越多,从图3b)中可以看出碳纳米/橡胶改性沥青相位角均小于另2种沥青,而基质沥青相位角最大。这说明基质沥青在高温条件下更易于流动,黏性成分更多;而碳纳米管/橡胶改性沥青弹性成分最多,抵抗车辙变形能力更强。

3 结语

研究对比基质沥青、碳纳米管/橡胶复合改性沥青和普通橡胶沥青的常规性能,得出以下结论。

1)碳纳米管/橡胶和普通橡胶均有效改善基质沥青的三大指标,其中,碳纳米管橡胶对沥青的针入度、软化点改善更为明显,而普通橡胶对基质沥青的延度改善更为明显。

2)碳纳米管/橡胶和普通橡胶均提高基质沥青的黏度,在相同掺量条件下,前者对黏度的提升效果更为明显。

3)碳纳米管/橡胶对基质沥青高温流变性能的影响大于普通橡胶对基质沥青的影响,其中碳纳米管/橡胶改性沥青的抗车辙因子更高,相位角更小,在剪切荷载作用下具备更多的弹性成分。

4)2种橡胶性能的差异来自于是否掺加碳纳米管,试验结果表明碳纳米管/橡胶对沥青高温性能的提升更为显著。

参考文献

[1]何亮,马育,马涛.橡胶沥青及其老化特性研究[J].建筑材料学报,2013,16(2):370-374.

[2]何亮,黄晓明,马育,等.橡胶改性沥青储存稳定性试验研究[J].东南大学学报,2011,41(5):1086-1091.

[3]冯春芳.天然橡胶/碳纳米管复合材料高性能化研究[D].海口:海南大学,2010.

复合橡胶论文 第7篇

关键词：SBS/橡胶复合改性沥青,SBS改性沥青,经济比较

随着我国社会经济的高速发展, 人民生活水平显著提高, 国民汽车保有量迅速增加。随之而来的便是无法回避的关于大量废旧轮胎的处理问题。废旧橡胶属于热固性聚合物材料, 自身很难降解, 它们的大分子分解到不影响土壤中植物生长的程度需要数百年时间, 不仅恶化自然生态环境、破坏植物生长, 而且在潮湿的环境下极易滋生蚊虫、传播疾病。此外, 每一条轮胎中含有相当4. 5L汽油的物质, 堆积的废轮胎极易自燃, 形成大火, 并向大气释放大量的黑烟和有毒物质, 是一个很难处理的固体污染问题。随着我国经济的高速发展, 节约资源与保护环境已引起广泛重视。对公路行业来说, 要充分利用废旧轮胎资源, 提高废旧轮胎的循环利用率, 改变目前的状况, 以节约资源, 减少废旧轮胎污染。

将废旧轮胎通过各种工艺加工成橡胶粉是国内外通用的废胎再生处理方法, 其中废旧胶粉在公路行业中的使用是废旧轮胎处理的重要途径。橡胶沥青可以改善沥青路面使用品质、延长使用寿命、降低工程造价。高性能、低成本的橡胶沥青路面材料如果能大量运用于道路工程中, 将形成环境保护、废物利用、延长道路寿命、降低路面工程造价的多赢局面, 具有极大的现实意义。

SBS俗称热塑性丁苯橡胶, 是较早应用于改性沥青的聚合物之一。经过SBS改性后沥青高温性能和低温性能都能够得到改善; 废橡胶粉改性沥青具有生产成本低, 节能环保等优点, 但橡胶粉改性沥青存在黏度高、贮存稳定性差、低温延展性差等性能缺陷, 限制了其在高速公路中的推广应用。针对目前改性沥青现状, 通过采用SBS与废橡胶粉对普通沥青进行复合改性, 使橡胶粉和SBS两种改性剂取长补短, 既能更多更好地利用废弃物, 又能提高改性沥青的性能, 同时减少SBS的用量, 降低成本。

1 SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料技术性能比较

对比沥青混合料, SBS /橡胶粉复合改性沥青混合料在以下几个方面较密级配SBS改性沥青混合料 ( AC类) 具有明显优势:

( 1) 优良的黏弹性和坚韧性, 改善混合料路用性能;

( 2) 提高路面耐久性和抗疲劳寿命;

( 3) 一般采用骨架密实- 间断结构, 具有良好的抗滑性能;

(4) 提高沥青路面降噪能力, 行车舒适性好;

(5) 后期使用路面美观, 视觉效果好。

同时, 也具有一定的缺点与局限性:

(1) 黏度相对较高;

( 2) 施工温度相对较高;

( 3) 储存稳定性要求较高。

几种典型沥青混合料的级配范围及路用性能, 见表1、表2。

2 SBS / 橡胶复合改性沥青与SBS改性沥青经济比较

SBS / 橡胶粉复合改性沥青采用内掺法, 其主要材料比例一般为: 78% 基质沥青+ 20% 橡胶粉+ 2%SBS改性剂。

根据河北省交通造价信息网公布的5 月份保定市沥青、抗滑石料 ( 玄武岩) 、矿粉、机制砂等主要材料的采购价格, 对SBS改性沥青与SBS /橡胶粉复合改性沥青进行经济比较。现将AC - 13C SBS改性沥青混凝土及ARHM - 13SBS /橡胶粉复合改性沥青混凝土成本费用分析如下:

2. 1 SBS改性沥青与SBS / 橡胶粉复合改性沥青费用比较

70#道路石油沥青为3700 元/ t ( 计算综合单价为3838 元/t) , SBS改性沥青5000 元/t ( 计算综合单价为5170 元/t) ; 橡胶粉1800 元/t, SBS改性剂15000 元/ t。

SBS / 橡胶粉复合改性沥青单价分析如下:

78% × 3838 + 20% × 1800 + 2% × 15000 + 800 ( 添加剂、加工费等费用) = 4454 元/t

每吨SBS /橡胶粉复合改性沥青较SBS改性沥青费用减少5170 - 4454 = 716 元/t

2. 2 SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料单价分析

SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料油石比按5.34% ( 沥青含量5. 07% ) 考虑, SBS改性沥青混合料油石比按4. 6% ( 沥青含量4. 40% ) 考虑。同时由于SBS /橡胶粉复合改性沥青混合料采用与SMA混合料相类似的间断级配, 其16. 0 ~ 4. 75mm之间的粗集料用量达到70% 以上, 矿粉用量达到了8% 左右; 而SBS改性沥青混合料由于采用连续级配, 其16. 0 ~ 4. 75mm之间的粗集料用量只有55% 左右, 矿粉用量仅为3% 左右。根据表3 的单价分析对比, 虽然橡胶粉复合改性沥青的单价较SBS改性沥青便宜, 但由于矿料级配和用油量的缘故, 造成SBS / 橡胶粉复合改性混合料的单价略高于连续密级配的改性沥青混合料。

2. 3 防水黏结层单价分析

防水黏结层沥青撒布量均按1. 9kg /m2考虑, 碎石采用与沥青黏结力好的与罩面层相同岩性的9. 5~ 13. 2mm单一粒径玄武岩碎石, 设计撒布量为8 ±1kg / m2, 覆盖率应控制在60% 。两种改性沥青防水黏结层单价分析见表4。

3 工程实例

河北省某高速公路2007年12月建成通车, 现有路面结构为: 4cm细粒式改性沥青混凝土 ( AC -13Ⅰ) + 6cm中粒式改性沥青混凝土 ( AC - 20Ⅰ) +8cm粗粒式沥青混凝土 ( AC - 25 Ⅰ) + 18cm水泥稳定碎石+ 18cm二灰稳定碎石+ 18cm二灰稳定土, 路面总厚度为72cm, 设计弯沉值为22. 1 ( 0. 01mm) 。该高速公路于2015 年对全线路面进行4cm厚预防性养护罩面, 罩面层下设防水黏结层, 罩面面积共计2, 428, 151m2。该高速公路原设计罩面方案为全线进行4cm AC - 13C改性沥青混凝土罩面, 罩面层下设SBS改性沥青防水层。后经专家论证, 将该高速公路罩面材料调整为ARHM - 13SBS /橡胶粉复合改性沥青混凝土, 防水黏结层沥青调整为SBS /橡胶粉复合改性沥青。

3. 1 项目用沥青混合料配合比设计结果

( 1) SBS /橡胶粉复合改性沥青检测结果

( 2) 集料掺配比例

( 3) 合成级配

合成级配及试验结果见表7~表9。

3.2工程变更后费用对比

项目施工费用对比见表10。

根据上述经济比较, 该高速公路罩面养护工程沥青材料变更后, 其工程施工费用增加825, 571 元。4 结论

SBS / 橡胶粉复合改性沥青混合料具有优良的黏弹性和坚韧性, 良好的抗滑性和行车舒适性。其各项技术指标不亚于沥青玛蹄脂碎石混合料 ( SMA) , 与SMA相比具有明显的价格优势。

SBS / 橡胶粉复合改性沥青将废旧轮胎得以再生利用, 并改善沥青路面使用品质、延长使用寿命、降低工程造价。SBS /橡胶粉复合改性沥青的推广应用, 将形成环境保护、废物利用、延长道路寿命、降低路面工程造价的多赢局面, 具有极大的现实意义。

参考文献

[1]河北省质量技术监督局.DB13/T 1013-2009废轮胎橡胶沥青及混合料技术标准[S].2009.

[2]黄成武.废胎胶粉SBS制备高性能复合改性沥青的研究[D].广州:暨南大学, 2014.

复合橡胶论文 第8篇

随着石油和天然气井开采难度的不断提高, 埋深在3 000~4 000 m、储层温度在130~180℃的碳酸盐岩难动用油藏及大于3 000 m的难动用低渗透油藏的长期分层开采难以实现。目前国内油田在高于160℃井下环境中使用的封隔器胶筒主要依赖进口, 一方面存在着引进工具价格昂贵、交货周期长等问题, 另一方面阻碍了国内高温高压井下工具开发的进程。

氢化丁腈橡胶是适用于高温高压深井条件的密封制品, 能经受高温下酸性气、液两相介质的腐蚀, 但油田使用的氢化丁腈胶筒在井下不能长效工作。由此, 为满足深层油气藏井下工具高温高压密封要求, 研发出了耐温≥170℃、压差≥35 MPa、有效期≥1年的橡胶复合材料密封件, 实现了深层油气藏的高效精细开发, 摆脱了对国外密封材料生产技术的依赖。

1 不饱和羧酸盐对橡胶基体的协同增强效应

油田使用的氢化丁腈胶筒在深井高温高压井况下不能长效工作, 其主要原因归属为氢化丁腈分子链上的少量不饱和键在高温下极易发生热氧老化, 橡胶主链因过度交联或分子主链断链而失去密封性。

由此, 需从提高橡胶分子主链的饱和度着手, 采用单官能度的不饱和羧酸盐—氢氧化单甲基丙烯酸锌替代普遍适用的双官能度不饱和羧酸盐, 来提高橡胶复合材料高温力学性能、延长橡胶的高温使用寿命。

1.1 增强剂甲基丙烯酸锌引发的聚合反应

氢氧化单甲基丙烯酸锌为有机金属化合物晶状粒子, 其分子内含有两种可反应的活性官能团, 即一个不饱和双键和一个与锌原子连接的羟基, 在橡胶的硫化温度下发生化学反应。

氢氧化单甲基丙烯酸锌在过氧化物的引发下发生自由基均聚反应形成互穿型离子聚合物, 同时大分子自由基链还能与氢化丁腈橡胶发生接枝反应[1], 在氢化丁腈橡胶的大分子链间引入较强的离子聚合物交联键, 使材料内部的总的化学交联键数目增大, 离子聚合物较强的分子间作用力, 增大对橡胶复合材料的力学性能的贡献, 提高橡胶复合材料的力学性能。

1.2 脱羟基反应

随着温度的升高, 氢氧化单甲基丙烯酸锌的羟基伸缩振动吸收逐渐减少, 这种变化归属为氢氧化单甲基丙烯酸锌发生脱羟基反应而形成“Zn-O-Zn”桥键交联结构, 使橡胶复合材料表现出优异的高温力学性能。

2 密封胶筒结构优化

2.1 组合结构胶筒模型的建立

在常规胶筒的基础上, 将胶筒结构优化为异型胶筒, 即在胶筒与中心管接触一侧 (常规胶筒内侧) 的中间开一个半径为r的小圆槽。所研究的异型胶筒为主胶筒, 在所开的圆槽内填充另一种橡胶, 作为副胶筒, 形成组合结构胶筒, 其它结构尺寸和性能参数均不变。

2.2 组合结构胶筒与常规胶筒对比分析[2]

关于密封性能的评价, 通常认为关键在于接触应力的大小以及分布状态。在同样载荷的作用下, 接触应力越大, 越均匀, 其密封效果越好。

对于改进后的组合结构胶筒封隔器, 除了在结构上与常规的单胶筒封隔器有所不同外, 其他的条件 (包括泊松比、材料参数、单元参数、摩擦系数、边界条件、加载方法以及载荷大小等) 均与常规的相同。经建模、加载、计算分析绘制了单胶筒接触应力。在同样载荷作用下, 组合结构胶筒除了胶筒两端很小区域内接触应力较小之外, 其胶筒中部80%左右区域的接触应力分布比较均匀且基本保持在最大值, 其中从最大接触应力方面, 改进后的要比常规的胶筒提高30%左右, 可见组合结构胶筒密封性能要比常规的更佳。

3 室内高温高压试验

将封隔器胶筒坐封试验装置与便携式增压系统、防爆干燥箱等相连接, 形成一个完整封隔器胶筒在高温高压条件下的验封试验装置系统[3], 如图1所示。

连接好试验流程后, 设定模拟井下温度170℃。关闭针阀Ⅶ, 打开针阀Ⅴ, 应用便携式增压系统Ⅲ对封隔器胶筒坐封装置的坐封机构缓慢打压至20Mpa, 完成胶筒自锁坐封;坐封后便携式增压系统泄压至零, 关闭针阀Ⅴ, 打开针阀Ⅶ, 应用便携式增压系统Ⅲ对封隔器胶筒坐封装置的验封机构分别打压10 Mpa、15 Mpa、20 Mpa、25 Mpa、30 Mpa、35Mpa, 以验证胶筒封隔作用的密封性;在35 Mpa耐压状态时关闭针阀Ⅶ, 保持温度170℃, 试验周期180 d以上;解封后胶筒自身收缩顺利并保持外形完好为试验合格。

4 现场应用

2015年8月, 在胜利油田桩148-X9井成功应用耐高温高压复合橡胶长效密封技术实施了注水井完井施工作业。桩148-X9井于2009年3月投产, 采用Φ139.7 mm套管完井, 完钻井深3 743 m, 油层温度178℃, 注水压力37 MPa。完井管柱采用Y211-115封隔器、Y111-115封隔器及配水器组合结构。恢复正常注水后, 开套管闸门验封不返液, 分层效果良好。截至2016年11月, 井下封隔器工作正常, 达到了复合胶筒长效密封的效果。

5 结论

以甲基丙烯酸锌增强的改性氢化丁腈橡胶复合材料, 提高了橡胶复合材料的力学性能, 满足了170℃条件下长期密封的需要;优化设计出的接触应力沿轴向均布的组合结构胶筒, 最大接触应力较常规胶筒提高近30%且分布均匀, 具备了高压密封性能。由此, 耐高温高压复合橡胶长效密封技术能满足深层油气藏高效精细分层开发的需求。

摘要：氢化丁腈橡胶是适用于高温高压深井条件的密封制品, 但由于氢化丁腈分子链上的少量不饱和键在高温下极易发生热氧老化而失去密封性, 与橡胶胶筒配套的井下工具封隔器不能在井下长期有效工作。本文从提高橡胶分子主链的饱和度着手, 采用单官能度的不饱和羧酸盐—氢氧化单甲基丙烯酸锌对橡胶基体进行改性增强研究, 来提高复合橡胶材料的高温力学性能。同时, 通过建模、加载、计算分析, 对橡胶胶筒结构进行了组合式设计优化, 提高了复合橡胶材料的耐压性能。并通过在现场应用耐高温高压复合橡胶长效密封技术, 验证了复合橡胶密封件达到了耐温≥170℃、压差≥35 MPa、有效期≥1年的技术指标要求, 实现了深层油气藏的高效精细开发。

关键词：高温高压,复合橡胶,长效密封,协同效应:组合结构

参考文献

[1]刘莉, 栗建民, 田敬华, 等.不饱和羧酸金属盐的性能及其在高分子材料中的应用[J].橡塑技术与装备, 2004 (6) :18~21.

[2]吴建, 徐兴平, 王龙庭, 等.常规高压封隔器密封胶筒力学分析[J].石油矿场机械, 2008, 37 (6) :36~41.