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1、太原工业学院毕业论文毕业设计论文任务书设计题目:乳液法制备NBR/石墨复合材料的结构性能研究系部：材料工程系 专业：高分子材料与工程 班级：0920742 学生：张欣 指导老师：谭英杰 专业负责人：李韵1. 设计论文的主要任务和目标任务：考察石墨的存在状态与橡胶复合材料的力学性能间的关系，研究石墨在橡胶基体中的减磨和抗磨机理，为设计和获得具有低摩擦因数和高耐磨性能的橡胶复合材料提供理论指导和实验依据。目标：确定并优化出制备石墨/橡胶复合材料的方法，呈现材料微观结构与力学性能（硬度、拉伸强度、撕裂强度、压缩永久变形）、热空气老化性能、油中浸泡的体积变化率、减磨和抗磨性能间关系的内在规律。2. 设
2、计论文的主要内容（1） 石墨的有机化处理；（2） 乳液法制备NBR/石墨复合材料；（3） 各种复合材料的性能测试与结构表征。3. 设计论文的基本要求（1） 撰写格式规范、工整，章节内容清晰，字数3-4万；（2） 文献综述还包括国内外的前沿动态以及本课题的创新点；（3） 数据真实可信、图表准确，分析合理；（4） 结论具有代表性及再现性；（5） 外文翻译准确，且与课题相关。4. 主要参考文献（1） 本课题相关研究方向英文文献3-4篇、中文文献10篇；（2） 橡胶工业手册、橡胶配方手册等。5. 安排进度设计论文各阶段名称起止日期查阅文献资料，分析任务书（开题报告）2013.3.04-2013.3.1
3、5购买原材料，制定实验方案，技术路线2013.3.16-2013.3.25材料制备，性能测试，结构表征（中期检查）2013.3.26-2013.5.15补充实验（查漏补缺，验证实验）2013.5.16-2013.6.05编写、审核设计论文（预答辩）2013.6.06-2013.6.14论文审阅、修改2013.6.15-2013.6.20乳液法制备NBR/石墨复合材料的结构性能研究摘要：本工作采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)及硅烷偶联剂(KH570) 对石墨进行了有机改性，通过乳液法制备了NBR/石墨复合材料。研究了石墨的含量以及改性剂种类对NBR/石墨力学性能、摩擦性能
4、的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）观察了石墨在橡胶基体当中的分散。结果表明，随着改性石墨含量的增加，添加不同改性剂改性石墨所制备的NBR/石墨复合材料拉伸拉伸强度，撕裂强度都不断升高；且以添加KH570石墨所制备的NBR/石墨复合材料力学性能最好；当PEG改性石墨含量为10份时，石墨在复合材料中分散最好，摩擦系数达到最低，为0.3。关键词：石墨，表面改性，乳液法，力学性能，摩擦系数The research of NBR / graphite composites prepared by latex compounding techniqueAbstract:In this work, Cet
5、yltrimethyl Ammonium Bromide(CTAB)、Polyethylene glycol (PEG) and Silane coupling (KH570) were used to modified the surface of graphite. NBR/graphite composites were prepared by modified by latex compounding technique .The graphite content and kind of modifier on the mechanical and trobologied of NBR
6、/graphite composites.The graphite dispersion were researched by Scanning electron microscope (SEM) observation of the rubber.The results show that with the modified graphite content increases, adding different modifiers modified graphite prepared NBR / graphite composite tensile, tear, are rising; A
7、nd to add KH570 graphite prepared NBR / graphite composite material best mechanical properties; When the PEG-modified graphite content is 10 parts the dispersed , the friction coefficient reaches the minimum is 0.3.Keywords:Graphite, Surface Modification, Latex compounding technique, Mechanical Pro
8、perties, Coefficient of friction.目录1 前 言11.1 课题背景11.2 丁腈橡胶11.2.1国内外的生产现状及发展11.2.2 NBR的系列产品31.2.3 丁腈橡胶性能31.2.4 NBR的发展前景51.3 橡胶的摩擦51.3.1橡胶的摩擦机理51.3.2减小橡胶摩擦因数的改性方法71.4 抗磨剂石墨71.4.1 石墨的结构及物理化学性能71.5 石墨的改性81.5.1 硅烷偶联剂（KH570）81.5.2聚乙二醇（PEG）101.6 课题的目的和意义112 实验部分122.1 实验原材料及配方122.1.1 实验原料122.1.2 实验配方122.2 实
9、验设备及测试仪器132.3 试样制备132.3.1 石墨的有机化处理132.3.2 石墨/NBR复合材料的制备132.4 实验测试方法142.4.1 常规力学性能测试142.4.2 摩擦磨损测试142.4.3微观结构表征143 结果与讨论153.1FTIR图谱分析与讨论153.2 NBR/石墨复合材料的力学性能163.2.1 拉伸性能163.2.2 复合材料的100%定伸强度173.2.3 撕裂性能173.2.4 邵氏硬度183.3材料的摩擦性能193.4 微观结构表征214 结 论22参考文献23致 谢25VI1 前 言1.1 课题背景 NBR具有优异的耐油性、耐老化性和耐磨性等特点，广泛用
10、于生产O形圈、油封、垫片等通用耐油密封件。随着汽车工业的发展，对汽车燃料和润滑系统以及发动机所用的密封材料如橡胶的耐热、耐油、耐各种化学品腐蚀等性能提出了苛刻的要求。在工业橡胶制品的生产中，丁腈橡胶因为具有高度的力学性能、耐热老化性能和耐油性能而得到了广泛的应用。同时，高的力学性能和动态模量以及低的摩擦系数使得这种橡胶具有较高的磨损性能。在胶料中添加固体或液体抗摩剂，增加复合材料的抗磨减摩性能。常用的减摩剂有石墨、二硫化钼、氟化金云母粉等。其中石墨是一种性能优良的固体润滑材料，具有非常低的摩擦因数。因此，用石墨作为抗磨剂加入密封件制品橡胶中成为密封制品发展的一大趋势。橡胶动密封件（简称油封）在
11、我国汽车工业，用量已增加到1亿件/年,可见如今对发动机、变速箱等传动操作系统中防止润滑油泄露的橡胶密封件的性能要求也日益苛刻。为提高油封的使用寿命除考虑必需的力学性能、弹性和耐油性外，还必须最大限度地提高材料的减摩抗磨性能。因此，提高油封性能的科学技术研究有巨大的经济效益和重要理论价值1。1.2 丁腈橡胶1.2.1国内外的生产现状及发展（1）世界丁睛橡胶生产技术概况NBR主要采用乳液连续聚合反应生产，采用DCS控制系统进行工艺控制。NBR已开发70余年，技术比较成熟，不同结合丙烯睛，不同形态的品种及牌号都能生产，研发工作进展缓慢2。 NBR的聚合方式经历了从热法聚合到冷法聚合，目前大部分牌号的
12、产品采用连续聚合的方式生产，采用间歇聚合工艺的很少。热法聚合NBR，凝胶含量大，门尼黏度高，压出、压延性能差；相反，冷法聚合工艺加工性能较之强很多。原料配制、聚合、单体回收、后处理的控制由原来的常规仪表发展到集中分散(DCS)控制系统。目前，NBR的牌号已经有32。多种，各种NBR和新胶种、新形态(粉未，液体)、新牌号已经问世，能在很宽的范围内满足不同的需要。起初NBR既使用热法，也使用冷法聚合，生产工艺类似十丁苯橡胶(SBR)，因而生产SBR的装置也能生产NBR。世界上第一个NBR产品Buna N，是由德国Thchunkur和 Konrad公司于1930年试制成功。其制品在耐老化、耐臭氧、耐
13、热、耐磨、耐油、耐溶剂等方面都优十天然橡胶，1937年由L.G.Farben Perbunan公司实现工业化生产，采用间歇热法乳液聚合生产，将产品名称改为Perbunan3。 1939年美国B.F.Goodrich chemical和 Goodyear Tire&Rubber公司陆续进行NBR生产技术的自主研发和生产。与此同时，Firestone Tire&Rubber公司生产丁睛橡胶。目前，在美国生产NBR的工厂多为外资建厂，如DSM、Zeon、BASF、Bayer等跨国公司在美国建设的工厂。然而Goodyear Tire&Rubber公司1998年关闭了其NBR装置，将其NBR商标权“Ch
14、emigum”出售给了Zeon公司。1947年前苏联开始生产丁睛橡胶，商品名为CKH，目前仍有NBR向我国出口。1948年加拿大Polymer公司在SBR装置上生产NBR，起初商品名为polysar，后改为Polysar Krynac.1959年口本Zeon公司使用B.F.Goodrich chemical的技术生产NBR，起初商品名为Hycar，后改为Nipol.兰州石化于1962年由从前苏联引进热法乳液聚合技术开始丁睛橡胶生产。20世纪90年代，吉林石化采用JSR技术，在SBR装置上生产NBR。 2000年兰州石化采用口本Zeon公司技术建设的1.5万吨/年NBR装置投产。2009年兰州石
15、化5.0万吨/年NBR新装置建成投产，一跃成为业洲最大的丁睛橡胶生产商4。（2）我国丁腈橡胶的生产发展我国现有4套NBR生产装置，其中3套为中国石油天然气集团公司拥有。第1套装置为中国石油兰州石化公司于1962年从前苏联引进采用高温间歇乳液聚合技术的硬胶装置，经扩能改造后，现生产能力为08万ta-1。第2套装置为中国石油吉林石化公司于1993年从日本合成橡胶公司引进采用低温聚合技术的软胶装置，该装置在保持原有8万ta-1 SBR生产能力的情况下，兼具2万ta-1 NBR生产能力，但近几年一直未生产NBR。第3套装置为中国石油兰州石化公司引进日本瑞翁公司技术建设，于2000年4月投产，生产能力为18万ta-1，采用低温乳液聚合工艺，可生产高、中、低丙烯腈含量9个牌号的NBR。第4套装置为镇江南帝化工有限公司所有，生产能力为2万ta-1。20002008年我国NB
