Исследование однородности резин с моно- и бинарными композициями наноструктурированного углеродного наполнителя

• Автор: Стрижак, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

1.1. Свойства углеродных дисперсных наполнителей, ответственные за усиление эластомеров и композиционную неоднородность резин с

1.1.1. Взаимодействие технического углерода с эластомерами.

1.1.2. Морфологические параметры первичных агрегатов технического углерода и оценка их влияния на композиционную неоднородность резин.
1.2. Состояние проблемы диспергирования технического углерода в эластомерах и контроля качества композитов в процессе их получения
1.2.1. Поведение технического углерода в процессе изготовления резиновых смесей. Динамика и кинетика дезагломерирования его гранул.

1.2.2. Модели смешения и диспергирования технического углерода в

эластомере.

1.2.3. Композиционная неоднородность резин и обуславливающие е причины.

1.2.4. Свойства композиционных материалов на основе эластомеров, обусловленные их неоднородностью.
1.3. Способы снижения композиционной неоднородности резин и пути интенсификации процесса дезагломерирования наполнителей.

1.4. Методы исследования композиционной однородности резин.

Выводы по литературному обзору.
Глава 2. Экспериментальная часть.
2.1. Исследуемые объекты и способы их получения.
2.1.1. Резиновые смеси и их вулканизаты.
2.1.1.1. Изготовление резиновых смесей на основе аморфного бутадиенстирол ьного каучука СКСЗОАРК
2.1.1.2. Изготовление резиновых смесей на основе кристаллизующегося натурального каучука БМЯЬ
2.1.2. Моно и бинарные композиции углеродного наполнителя эластомеров.
2.1.2.1. Подготовка образцов технического углерода
2.1.2.2. Изготовление бинарных композиций из образцов технического углерода
2.2. Методы исследования
2.2.1. Метод определения абсорбции дибутилфталата техническим углеродом.
2.2.2. Метод определения йодного числа технического углерода
2.2.3. Определение размеров первичных агрегатов технического углерода по методу А8ТМ И .
2.2.4. Определение полидисперсности первичных агрегатов технического углерода.
2.2.5. Методы исследования свойств резин с наноструктурированным углеродным наполнителем эластомеров.
2.2.5.1. Определение упругопрочностных свойств резин при их растяжении
2.2.6. Методика определения углеродкаучукового геля в резиновой смеси.
2.2.7. Определение среднего размера агломератов углеродного наполнителя в резиновой смеси.
2.2.8. Методика определения степени диспергирования углеродного наполнителя в резиновой смеси и вулканизате.
Глава 3. Обсуждение результатов
3.1. Исследование однородности распределения моно и бинарных композиций наноструктурированного углеродного наполнителя эластомеров в композитах на микроуровне.
3.1.1. Исследование дисперсного состава образцов наноструктурированного углеродного наполнителя эластомеров в резиновых смесях и их вулканизатах
3.1.2. Исследование влияния состава бинарной композиции наноструктурированного углеродного наполнителя эластомеров на однородность наполненного ею композита.
3.1.2.1. Прогнозирование оптимального состава бинарной композиции наноструктурированного углеродного наполнителя эластомеров расчетным методом.
3.1.2.2. Исследование влияния состава бинарной композиции
наноструктурированного углеродного наполнителя эластомеров на однородность е распределения в композите
3.1.2.3. Оценка влияния однородности распределения бинарных композиций наноструктурированных углеродных наполнителей эластомеров в резиновых смесях и их вулканизатах на физикомеханические свойства резин.
3.1.3. Сравнение динамики изменения размеров частиц гельфракции каучуков в ходе их пластикации и агломератов углеродного наполнителя от времени их диспергирования.
3.1.4. Исследование взаимозависимостей размеров агломератов наноструктурированного углеродного наполнителя эластомеров в композитах и размеров его первичных агрегатов
3.2. Моделирование процесса диспергирования углеродного материла в различных средах
3.3. Оценка энергии сцепления первичных агрегатов в углеродном материале.
3.3.1. Исследование скорости диспергирования углеродного наполнителя
эластомеров в резиносмесителе
Библиографический список
Приложение А
Введение


Высказано предположение, что данные по абсорбции ДБФ технического углерода не отражают действительную структуру его агрегатов в резиновой смеси, так как в процессах смешения происходит их преобразование в агломераты. Тем не менее, размеры и форма являются важнейшими первичными свойствами морфологии агрегатов технического углерода . Поверхностная энергия технического углерода затрудняет его диспергирование, но придат ему высокое усиливающее действие на эластомер. Хорошо известно, что термическая обработка технического углерода при температурах в интервале С значительно меняет влияние технического углерода на свойства резиновых композиций. Уменьшается количество связанного каучука, резко падают модуль при больших деформациях, прочность и износостойкость . В обоих случаях увеличение эффекта Пейна пропорционально количеству введенного технического углерода . Химические и адсорбционные свойства технического углерода очень разнообразны . Большое значение имеет характер поверхности наполнителя, т. Поверхность технического углерода очень неоднородна. На поверхности технического углерода имеются не только различные поверхностные химические группировки, но также и свободные валентности, дефектные места графитовой решетки. Только небольшая часть поверхности обычного технического углерода занята центрами высокой энергии. Энергетическая неоднородность поверхности связана с внутренней структурой углерода в дисперсной единице агрегате и функциональными группами на его поверхности . Структура эта сложная, состоящая из параграфитовых слоистых образований, огибающих весь агрегат. Эти организованные формы углерода перемежаются с неорганизованным углеродом цепочками углеродных атомов, содержащими водородные и кислородные атомы, которые имеются и на краях структуры организованного углерода. Неоднородна электронная плотность углеродных атомов, в связи с чем неоднородна поверхностная активность. Очевидно, наиболее активными центрами являются краевые атомы полициклических слоев. Энергетически менее активны выходы базисных плоскостей. Из изотерм адсорбции налканов, бензола и хлороформа определена величина поверхностной энергии технического углерода, которая составляет от до
мДжм . Показана неоднородность распределения энергии на поверхности технического углерода . С относительно невысокой энергией молекулы углеводородов адсорбируются на базисной грани обратимо , . К углеродным атомам повышенной активности присоединяются функциональные группировки, в том числе кислородосодержащие хинонные, карбоксильные, гидроксильные, альдегидные , . Функциональные группировки наряду с активными углеродными атомами обладают повышенной реакционной способностью и оказывают влияние на процессы взаимодействия технического углерода с эластомерами. Энергетически более неоднородна поверхность марок технического углерода с большей удельной поверхностью, интенсивность их адсорбционных центров выше. В показано, что при равной удельной поверхности технический углерод с более высокой активностью поверхности обладает лучшими усиливающими свойствами. К резкому снижению усиливающего действия приводит графитизация технического углерода, при которой не только уничтожаются активные центры, а поверхность превращается в энергетически однородную в отношении физической адсорбции, но также ликвидируются почти все химически активные центры. В результате резко снижается количество связанного с техническим углеродом эластомера, уменьшается прочность связи эластомера с техническим углеродом, что приводит к значительному уменьшению усиливающей способности . С увеличением содержания кислорода на поверхности печного технического углерода на 1 прочность резин, наполненных им, снижается на 4 МПа. Оптимальная концентрация кислорода на техническом углероде составляет не более 0, на 1 м2 поверхности . При сравнении продолжительности смешения технического углерода канального и печного способов производства обнаружили замедление диспергируемости канального, что связано с трудностью смачивания его поверхности полярными каучуками .