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1、硕 士 学 位 论 文插 层 型 HNBR 配 方 设 计 及 其工 业 化 放 大 的 研 究STUDY ON INTERCALATED HNBR FORMULADESIGN AND INDUSTRIALIZED ENLARGMENT刘 辉2009 年 6 月国 内 图 书 分 类 号 ： TQ333 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 621.7 密 级 ： 公 开理 学 硕 士 学 位 论 文插 层 型 HNBR 配 方 设 计 及 其工 业 化 放 大 的 研 究硕 士 研 究 生 ： 刘 辉导 师 ： 刘 丽 教 授申 请 学 位 ： 理 学 硕 士学 科
2、： 高 分 子 化 学 与 物 理所 在 单 位 ： 化 工 学 院答 辩 日 期 ： 2009 年 6 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TQ333U.D.C:621.7Dissertation for the Master Degree in ScienceSTUDY ON INTERCALATED HNBR FORMULADESIGN AND INDUSTRIALIZED ENLARGMENTCandidate Liu HuiSupervisor： Prof. Liu LiAcademic Degree Applied for：
3、Master of ScienceSpecialty： Polymer Chemistry & PhysicsAffiliation： School of Chemical EngineeringDate of Defense June, 2009Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 理 学 硕 士 学 位 论 文摘 要螺 杆 泵 定 子 橡 胶 在 高 温 、 高 压 、 高 腐 蚀 的 恶 劣 环 境 下 工 作 ， 使 用 寿 命 一 般较 短 ， 为 延 长 其 工 作 寿
4、命 ， 迫 切 需 要 开 发 新 型 的 定 子 橡 胶 材 料 。本 论 文 在 调 查 分 析 螺 杆 泵 定 子 橡 胶 的 实 际 破 坏 形 式 的 基 础 上 ， 有 针 对 性 地使 用 插 层 型 氢 化 丁 腈 /有 机 化 蒙 脱 土 纳 米 复 合 材 料 为 基 体 ， 设 计 出 一 系 列 的 橡胶 配 方 ， 利 用 橡 胶 基 本 检 测 手 段 筛 选 出 合 适 的 生 产 配 方 ； 以 炭 黑 /纳 米 材 料 并用 ， 深 入 结 合 各 种 检 测 手 段 来 优 化 生 产 配 方 ， 确 定 最 佳 的 炭 黑 添 加 量 ； 最 后 尝试 对
5、 基 体 材 料 氢 化 丁 腈 /有 机 化 蒙 脱 土 纳 米 复 合 材 料 进 行 工 业 化 放 大 ， 为 生产 配 方 的 应 用 打 下 了 基 础 。筛 选 配 方 时 发 现 各 配 方 在 165 硫 化 时 具 有 合 适 的 工 艺 参 数 ， 但 是 配 方 1机 械 性 能 优 异 ， 撕 裂 强 度 、 拉 伸 强 度 、 弹 性 模 量 分 别 达 到 了 43kNm、 19.7MPa和 7.76MPa， 最 接 近 于 工 厂 要 求 ， 适 合 作 为 生 产 配 方 。炭 黑 /有 机 化 蒙 脱 土 并 用 显 示 ， 炭 黑 N330 用 量 不 影
6、 响 材 料 的 硫 化 时 间 ， 但是 能 够 显 著 提 高 门 尼 粘 度 和 邵 氏 硬 度 。 当 N330 的 添 加 量 为 40phr 时 ， 通 过 机械 性 能 、 阿 克 隆 磨 耗 性 能 及 耐 原 油 介 质 老 化 等 性 能 测 试 ， 发 现 此 时 的 生 产 配 方具 备 最 优 的 综 合 性 能 ； 红 外 光 谱 显 示 ， 增 塑 剂 在 耐 介 质 试 验 中 析 出 ， 影 响 了 材料 的 部 分 性 能 ； 交 联 密 度 测 试 表 明 ： 层 状 硅 酸 盐 的 加 入 影 响 了 过 氧 化 物 的 交 联作 用 ， 应 适 当 增
7、 加 过 氧 化 物 和 助 交 联 剂 的 用 量 。工 业 化 放 大 试 验 确 定 熔 融 插 层 的 最 优 化 工 艺 条 件 为 ： 填 充 系 数 为 0.75-0.8、 插 层 温 度 为 100 、 转 子 剪 切 速 率 为 35rpm、 插 层 时 间 为 15min。 在 此 条件 下 可 以 制 得 插 层 效 果 较 好 的 纳 米 复 合 材 料 。 XRD 和 SEM 显 示 在 制 备 的 纳 米材 料 中 同 时 存 在 插 层 型 和 剥 离 型 两 种 分 散 结 构 。关 键 词 纳 米 复 合 材 料 ； 氢 化 丁 腈 /有 机 化 蒙 脱 土
8、； 配 方 设 计 ； 工 业 化 放 大- I -哈 尔 滨 工 业 大 学 理 学 硕 士 学 位 论 文AbstractThere is an urgent need to develop a kind of new screw pumps stator materialsbecause the formidable working condition, such as high temperature, high-pressure and chemically aggressive media make it has a short lifespan.Based on the inve
9、stigation of the stator rubber failure forms, HNBR/OMMTnanocomposite were chosen to design some rubber formulas. With the basicdetection results for rubber materials, the proper formula was chosen； in order toimprove the comprehensive performance of the formula further, carbon black wasused as co-en
10、hancement materials. Combined with more detailed detection methods,the most proper addition of carbon black content was find ； at last, theHNBR/OMMT nanocomposite which was used as matrix material, was produced inthe process of industry. This attempt will do a great help to prompt the applicationof
11、HNBR/OMMT nanocomposites in the factory production process.In the process of formula chosen, all eight formulas were examined. Theresults showed they all have the same suitable curing process parameter, and weresuitable to be the production formulas, but the formula 1 shows more excellentmechanical
12、properties: tear strength, tensile strength, modulus of elasticity reached43kNm, 19.7MPa and 7.76MPa, closest to the factory requirements, so it waschosen as the production formula at last.In order to decrease the production cost of the nanocomposite, carbon black wasused as co enhance materials. Ca
13、rbon black/OMMT co-usage showed that theaddition of N330 has no effect on the curing time of the nanocomposites, but it willincrease the shore hardness and Mooney viscosity obviously. When the addition ofN330 is 40phr, the mechanical property， akron abrasion property and the agingproperty in oil ach
14、ieve the best balance. The infrared spectrum demonstrated thatthe plasticizer, which was added in the materials to improve the processingperformance of the rubber materials, separated out in the oil aging test. Thisaffected partial of the material performance； the crosslink density test indicatedtha
15、t the exfoliation structure /interlayer structures of layered silicate affected partof the peroxide crossing linking function, so the link density of the materialdecreased a little. In order to get more excellent property, the dosage of peroxideshould be increased.- II -哈 尔 滨 工 业 大 学 理 学 硕 士 学 位 论 文
16、In the experiment of industrialized enlargement, the process parameters toproduce HNBR/OMMT nanocomposite with melt blending method was found, thespecific conditions were: the fill factor was between 0.75-0.8, intercalationtemperature was 100 , shear speed of rubber mixer rotor was 35rpm and theintercalation time was 15minutes. XRD results and SEM images indicated that theexfoliation structure
