橡胶-粘土纳米复合材料
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强威粉TNK 是由天然黏土原矿经粉碎、水洗、研磨、化学分解、活化处理、烘干、分级、除杂等工艺精制而成的一种片层状硅酸盐补强填料。
强威粉TNK一张图读懂麒祥化工专利产品强威粉占据纳米粘土市场份额70%!强威粉TNK的特点优异的补强性能强威粉TNK表面经过特殊改性,在各种橡胶中具有良好的补强性能,在SBR、EPDM、NBR中,其补强性能相当于N660。
突出的气密性能强威粉TNK由于自身的片层结构,具有优良的阻隔性能(气密性),因此用于轮胎的气密层、内胎、篮球球胆等配方中,可双倍或三倍替代炭黑,并不降低胶料的综合力学性能,,另外可以调节橡胶的配合体系(如 NR/CIIR 从 30/70 趋向于 40/60),而不降低胶料气密性。
良好的物理机械性能强威粉TNK用于各种橡胶中,可显著提高胶料的加工稳定性、弹性、抗屈挠、阻燃性等物理机械性能,同时降低生产成本。
强威粉TNK应用案例轮胎气密层胶气密层胶采用强威粉TNK等量替代活性碳酸钙作补强填充剂,并增大天然橡胶/氯化丁基橡并用比,胶料的耐气透性能、耐屈挠疲劳性能和耐老化性能提高,成品轮胎的气密性改善。
对轿车子午线轮胎气密层胶配方采用强威粉TNK等量代替轻质碳酸钙,适当减小氯化丁基橡胶用量,并对硫化体系进行调整,胶料的气密性变化不大,原材料成本降低,成品轮胎耐久性能和高速性能符合国家标准要求。
采用机械共混法制备强威粉/氢化丁腈橡胶(HNBR)纳米复合材料,加入少量的强威粉可显著增大复合材料的交联密度。
增大强威粉用量对复合材料的应变损耗没有明显影响。
当强威粉用量为20份时,复合材料的综合物理性能较好。
强威粉的加入可以提高复合材料的热稳定性能。
扫描电子显微镜分析显示,强威粉在HNBR中分散良好且发生取向。
胶料热稳定性强威粉TNK的使用方法推荐强威粉TNK在炭黑之前加入胶料中,避免与操作油一起加入混炼胶中,以免引起团聚;具体用量可根据产品要求进行配合。
强威粉TNK典型客户麒祥化工(CHEESHINE CHEMICALS ),是中国最重要的轮胎橡胶用化工材料供应和服务商之一。
5 纳米高岭土在塑料阻燃方面的应用近年来,聚合物/粘土纳米复合材料在全球成为一个研究热点,目前大都以蒙脱石为原料,采用插层聚合或复合的方法,很少有纳米高岭土的报道。
高岭石具有与蒙脱石不同的结构,它是由一层Si-O四面体片和一层A1-(O,OH)八面体片组成的1:1的层状结构。
层间不含可交换性阳离子,层间由氢键联结。
高岭石晶片表面呈电中性(蒙脱石晶片具较高的负电荷),具有低的粘度、良好的流动性和分散性,并且通常比蒙脱石粘土矿床纯度高。
根据这些特性,可以利用高岭石制备出性能优良的纳米粘土粉体。
这种纳米粉体可以更好地融入到传统的橡胶或塑料共混工艺中,并且成本较低。
目前,纳米高岭土的应用已经基本完成了其在橡胶领域中的应用研究[61-63]。
高岭土是一类具有层状结构的含水铝硅酸盐,其层间具有某种活性,适宜作为化学反应场所。
正因为高岭土矿物这种特殊的层状结构,使其在橡胶纳米复合材料中表现出优异的物理机械性能,它在橡胶纳米复合材料中主要有以下作用:①降低成本增大容量,主要是减少原胶用量;②增强补强作用,提高产品的硬度和强度;③调整橡胶的流变性、混炼性、硫化性能;④改变橡胶的化学性质,如降低渗透性、改变界面反应性、化学活性、耐水性、耐候性、防火阻燃性等;⑤改善热电磁性能,如提高热畸变温度和耐电弧性等。
⑥替代传统的炭黑和白炭黑,节约能源,减少污染,可广泛应用于浅色制品,改变原来大部分橡胶制品的单一黑色。
况且高岭土与其他的粘土矿物相比,具有更高的天然白度和纯度,资源更为丰富,价格更低廉,这使得高岭土在工业化生产中制备粘土/橡胶复合材料方面具有很大的优势。
在完成对纳米高岭土制备工艺过程的研究后,本章将对纳米高岭土的应用展开研究。
作为新开发不久的新的纳米材料,纳米高岭土在生产、应用方面有诸多环节需要不断的优化与调整。
而在应用方面的研究难度更加困难,要实现PLS(无机)在聚合物(有机)中的应用,必然要跨越传统无机与有机之间的界限。
一、项目名称:特种高性能橡胶复合材料关键技术及工程应用二、提名者:中国石油和化学工业联合会三、提名意见:特种大型橡胶输送带广泛应用于冶金、建材、矿山、煤矿等重点产业恶劣工况和复杂地形区的物料输送。
我国橡胶输送带产量居世界第一位,但具有长寿命耐高温、高抗撕耐磨、高阻燃耐磨等特种性能的高端输送带,长期被美国固特异、德国大陆、美国芬纳邓禄普等几家国外大公司掌握和垄断。
该项目历经多年攻关,开发了输送带复合材料结构及纤维增强体编织结构的有限元分析软件,建立了我国输送带结构与性能的优化设计方法;发明了具有高温高强抗老化、高抗撕耐磨、高阻燃耐磨性能的系列特种高性能橡胶材料;开发了其与连续纤维增强体的先进复合加工工艺技术,发明了配套的关键装备。
研制出了冶金、建材行业用耐高温输送带、矿山行业用高抗撕耐磨输送带、煤矿行业用高阻燃耐磨输送带等高端产品,产品寿命和性能可与美国固特异等国际知名大公司同类产品比肩,形成了自主知识产权,打破了国外垄断,实现了国际并跑。
该项目获授权专利54项(发明专利44项),主持或参与修订国家/行业标准7项。
生产产品已在澳大利亚必和必拓公司、芬兰美卓矿机、瑞典大瀑布电力公司、印度塔塔集团、国家能源集团等国内外知名用户应用,累计实现销售收入逾42亿元,近三年实现销售收入13.9亿元,出口创汇超3000万美元。
经济和社会效益显著。
经审查,提名书及附件材料真实有效,相关栏目填写符合国家科技奖励要求。
提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。
四、项目简介本项目属有机高分子材料领域。
兼具柔性和高强度的连续纤维/橡胶复合材料输送带及其系统,是实现物料高效连续化现场输送的首选,广泛应用于冶金、建材、矿山、煤矿等重点产业恶劣工况和复杂地形区的物料输送,每年输送物料数百亿吨,作用巨大。
我国橡胶输送带产量居世界第一位,但具有长寿命耐高温、高抗撕耐磨、高阻燃耐磨等特种性能的高端输送带,长期被美国固特异、德国大陆、美国芬纳邓禄普等几家国外大公司掌握和垄断。
石墨烯橡胶复合材料的性能一、机械性能石墨烯拉伸强度高达130GPa、杨氏模量约为1.01TPa,为目前最硬、强度最高的材料;此外,它还拥有超高的比表面积(约为2630m2/g),比传统石墨高100~500倍,石墨烯的径厚比约为400,比炭黑的高40~80倍,添加少量石墨烯就能明显提升橡胶复合材料性能,这对于石墨烯改性纳米复合材料的应用大有裨益。
Araby等将结构完整的、厚度为3.56nm的石墨烯片通过机械共混法混入EPDM 橡胶中制备出了纳米复合材料。
当GNPs填量为26.7%(体积分数)时,复合材料的杨氏模量、拉伸强度和撕裂强度分别增大了710%、404%和270%。
Gan等利用溶液混合法制备了硅橡胶(SR)/氧化石墨烯纳米复合材料。
结果表明:GO片能够均匀地分散在SR基体中,同时纳米复合材料的热性能和机械性能得到增大。
同时还发现,将不同乙烯基浓度的SR共混使用制备的GO填充纳米复合材料的机械性能均比单一乙烯基浓度的SR纳米复合材料高。
二、疲劳性能橡胶制品在轮胎、高速机车、航空航天等领域服役时,常处于周期动态负载状态,而制品疲劳寿命很大程度上取决于橡胶材料的疲劳断裂性能。
因此,为了保证橡胶制品使用时的安全性、可靠性和长寿命,改善橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。
Mahmoud等研究了GNPs对NBR橡胶“循环疲劳—滞后”性能影响。
累计损伤可用耗散的能量LDE(Loading path Disspated Energy)来表示,LDE随周期性应力—应变循环次数的变化情况见图4-6。
研究表明,随着GNPs填量增多,体系中GNPs总表面积增大,GNPs与橡胶基体之间的摩擦作用更强,结果循环过程中复合材料的能量耗散增多,滞后效应更明显,损伤速率加快;且随着循环次数增多,GNPs的结构发生破坏;在经历初次十个疲劳循环后,纳米复合材料的LDE 速率增大到了临界值,此后随着循环次数增大,累积损伤速率变化很小,纳米复合材料的损伤耗散能量降低。