偶联剂对水泥填充乙丙橡胶性能的影响.docx
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偶联剂对水泥填充乙丙橡胶性能的影响
毕业设计（论文）
偶联剂对水泥填充乙丙橡胶
性能的影响
Couplingagentofcementfillingethylene-propylene
Rubberperformanceinfluence
班级高分子应用094
学生姓名张锐利学号930204038
指导教师姚亮职称讲师
导师单位徐州工业职业技术学院
论文提交日期
徐州工业职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
课题名称偶联剂对水泥填充乙丙橡胶
的性能影响
课题性质 探究
班级高分子应用094
学生姓名张锐利
学号 930204038
指导教师 姚亮
导师职称讲师
一．选题意义及背景
水泥属于无机非金属材料，与橡胶有机高分子相容性较差，偶联剂为两亲性材料，通过偶联剂提高水泥与乙丙橡胶的相容性，改善水泥在橡胶中应用效果，提高水泥的加工性和物理机械性能，具有重要的使用意义。
二．毕业设计（论文）主要内容：
研究A-151，Si-69对水泥填充乙丙橡胶性能的影响，主要涉及工艺性能，如门尼粘度、硫化特性等，物理机械性能，如拉伸性能等等。
三．计划进度：
第一周布置任务，讲解论文撰写方法及格式；查阅资料、构思论文方案；
第二周按照方案展开实验；阅读资料，构思论文框架；
第三周初步分析结构，优化实验方案；填充论文框架，细化论文内容
第四周至第五周验证优化方案；撰写论文内容
第六周论文定稿，准备答辩。
四．毕业设计（论文）结束应提交的材料：
1、记录本
2、论文打印稿及电子稿
指导教师教研室主任
年月日年月日
论文真实性承诺及指导教师声明
学生论文真实性承诺
本人郑重声明：
所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。
毕业生签名：
日期：
指导教师关于学生论文真实性审核的声明
本人郑重声明：
已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。
指导教师签名：
日期：
偶联剂对水泥填充乙丙橡胶性能的影响
张锐利
徐州工业职业技术学院，江苏徐州，221140
摘要：
研究了偶联剂的用量对水泥填充乙丙橡胶性能的影响。
结果表明，在每份试样中不改变水泥分量的情况下，随着偶联剂A151，Si69用量的改变，硫化特性、门尼粘度和拉伸性能都发生了变化。
在水泥分量不变的情况下，改变偶联剂A151的用量，硫化特性的没有大的变化，门尼粘度则呈下降趋势，在拉伸性能上升趋势；在改变偶联剂Si69的用量，硫化特性呈上升趋势，但没有大的上升，门尼粘度呈下降状态，拉伸性能上升。
这证明用偶联剂对水泥填充乙丙橡胶进行表面改性处理，可以达到表面处理的目的且不影响水泥乙丙橡胶的拉伸性能，在一定程度上还可以弥补水泥填充乙丙橡胶性能的不足。
关键词：
偶联剂，复合硅酸盐水泥，三元乙丙橡胶，物理机械性能
Couplingagentofcementfillingethylene-propylene
Rubberperformanceinfluence
ZhangRui—Li
（XuzhouCollegeofIndustrialTechnology，JiangsuXuzhou221140）
Abstract：
Researchofcouplingagentdosageofcementfillingethylene-propylenerubberperformanceinfluence.Theresultsshowthat,ineachsampleofnochangeofcircumstances,cementcomponentwithcouplingagentA151,theamountofchange,Si69sulfidecharacteristics,doorandviscosityandtensilepropertieshavechanged.Inthecementcomponentundertheconditionofinvariable,changetheamountofA151couplingagent,vulcanizationcharacteristicsofthebigchange,nodoorandviscositydecreased,thetensilepropertiesoftherisingtrend;InthechangeSi69couplingagentthedosageofsulfidecharacteristics,arisingtrend,butnobigrise,doorandviscosityaredownstate,tensilepropertiestorise.Thisprovedwithcouplingagentonthecementfillingethylene-propylenerubbersurfacemodificationtreatment,canachievethepurposeofsurfacetreatmentandshallnotinfluencethetensilepropertiesofthecementethylene-propylenerubber,and,tosomeextent,alsocanmakeupforthecementfillingethylene-propylenerubberoftheshortcomingsoftheperformance.
Keywords：
coupling，portlandcompositecement，ethylene—propylene—dienerubber，physical—mechanicalproperty
目录
第一章引言1
引言1
第二章实验部分2
1.1原材料2
1.2仪器与设备2
1.3实验配方及试样制备3
1.4性能测试3
第三章结果与讨论4
2.1水泥、表面活性剂对硫化特性的影响4
2.1.1水泥、表面活性剂对硫化特性的影响4
2.1.2水泥、表面活性剂对门尼粘度的影响4
2.2.1水泥、表面活性剂对拉伸性能的影响5
2.2.2水泥、表面活性剂对伸长率的影响6
2.2.3水泥、表面活性剂对定伸应力的影响6
第四章结论8
参考文献9
致谢10
第一章引言
引言
在各类建筑工程中，防水面积平均占总建筑面积的32%。
防水材料的问题应用于社会的很多个环节，选用防水材料是防水设计的重要一环，具有决定性的意义。
现在材料品种繁多、形态不一，性能各异，价格高低悬殊；施工方式各具不同。
因此要求选定的材料必须适应工程要求：
工程地质水文，结构类型，施工季节，当地气候，建筑使用功能以及特殊部位等，对防水材料都有具体要求。
高分子防水卷材就是典型的新型建筑防水材料，由于其具有性能卓越、符合建材革新的目的，以及轻钢结构建筑的兴起，近年来发展非常迅速。
在众多的橡胶中，三元乙丙橡胶防水卷材被认为是目前耐老化性能最好的硫化橡胶型防水材料，它是欧美重点发展的防水材料，同时也是我国重点推广的防水材料，三元乙丙橡胶防水卷材是高分子防水卷材的一种，具有优良的耐候性、耐臭氧、耐化学介质腐蚀及耐高低温性能，被广泛应用于工业与民用建筑的屋面和地下防水工程，以及水池、隧道、垃圾填埋场等土木建筑和市政工程。
近年来世界乙丙橡胶防水卷材消费量年均增长率为10％～12％，在发达国家建筑领域所用的乙丙橡胶防水卷材的消费量占乙丙橡胶总消赞量的lO％一15％。
建筑业广泛使用乙烯丙烯橡胶作为防水卷材。
目前中国每年需三元乙丙橡胶防水卷材约700平方米，所需原料几乎全部依赖进口。
2003年建筑行业将消耗三元乙丙橡胶7,000公吨左右。
随着国民经济水平的不断提高，建筑材料档次势必提高，三元乙丙橡胶防水卷材市场会越来越好。
（复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，与碳酸钙、陶土等橡胶常用的低成本填料相比，具有价格更低的特点）因此本文将偶联剂A151、Si69作为一种新型的填料应用到了乙丙橡胶中，研究了其用量对三元乙丙橡胶材料物理机械性能及表面活性的影响。
1
第二章实验部分
1.1原材料
EPDM4045，中国石油吉林石化公司；复合硅酸盐水泥32．5，淮海中联水泥有限公司；其它配合剂均为市售橡胶工业常用品。
偶联剂A-151物理性能
化学名称：
乙烯基三乙氧基硅烷
分子式：
CH2=CH-Si（OC2H5）3
外 观：
无色透明液体。
易水解，放出乙醇，生成乙烯基硅三醇的缩合物。
与有机金属化合物反应，分子内Si—OC2H5键中的乙氧基可被相应的有机基取代。
在有机过氧化物作用下，Si—CH＝CH2键可进行游离基聚合反应。
在铂催化剂作用下，Si—CH＝CH2键可与含Si—H键的化合物发生加成反应。
可由乙烯基三氯硅烷与无水乙醇反应来制取，也可由四乙氧基硅烷与乙烯基溴化镁反应来制取。
用来合成有机硅中间体及高分子化合物，也可用作硅烷偶联剂，应用于交联聚乙烯。
.用作处理特种橡胶填充剂。
用本品处理特种橡胶的填充剂，可以改善其分散性能，从而提高其填充剂与橡胶的掺混份额和提高橡胶的撕裂强度。
并能改善橡胶与金属、织物的粘接性能。
偶联剂Si-69物理性能
化学名称：
双-[γ-（三乙氧基硅）丙基]四硫化物
分子式：
（H5C2O）3Si（CH2）3·S4·（CH2）3·Si（OC2H5）3
物化性质：
本品为略带乙醇气味的淡黄色透明液体，溶于乙醇、酮类、苯、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、氯化烃，不溶于水。
外观：
淡黄色至黄色透明液体用途：
常用于处理炭黑，SiO2等无机填料，不尽具有活化剂、偶联剂的作用，还具有交联剂、软化剂和补强剂的作用，在橡胶工业中作为补强剂和硫化剂。
可用于天然橡胶、异戊二烯橡胶、丁苯胶、丁二烯橡胶、丁酯胶、氯丁胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、三元乙丙胶以及这些橡胶的充油胶，同样在这些橡胶的并用胶中都可使用。
作用有：
1、未硫化胶料：
（1）降低门尼粘度；
（2）减少焦烧现象；（3）硫化程度提高；（4）混炼、压延、压出特性大大改善。
2、硫化胶：
（1）拉伸强力提高；
（2）定伸强力提高；（3）永久变形降低；（4）生热及动态特性得到改善；（5）硅磨耗性能得到改善；（6）抗撕裂强度提高；（7）在水以及其他物质中的膨润性得以改善。
1.2仪器与设备
XK一250、160开练机，QLB一50D／Q平板硫化机：
无锡市第一橡塑机械有限公司；GT-7015-AR,气压式自动切片机：
高铁科技股份有限公司；GT-7080-S2，门尼粘度试验机：
高铁检测仪器有限公司；JDL-2500N型电子式拉力试验机，江都市新真威试样机械有限责任公司。
2
1.3实验配方及试样制备
基本配方：
EPDM100份，氧化锌5份，硬脂酸2份，硫黄0.5份，促进剂TT2份，促进剂M1份，防老剂A1份，防老剂RD0.5份，水泥100份（未筛选），偶联剂A151和硅69变量分别为（1,1.5,2,2.5,3ml）。
胶料制备：
按换算后的配方分别按下述加料顺序制备混炼胶：
乙丙橡胶塑炼一—加入母胶混炼均匀一—加入防老剂RD、防老剂A一—加入氧化锌、硬脂酸一—加入水泥一—加入促进剂TT、促进剂M——硫黄一—偶联剂。
1.4性能测试
拉伸强度、扯断伸长率、最大强度测定执行GB／T528—2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；门尼黏度的测定执行《未硫化橡胶用圆盘剪切黏度计进行测定第1部分：
门尼黏度的测定》GB/T1232.1—2000；硫化特性的测定执行《橡胶用无转子硫化仪测定硫化特性》GB/T16584—1996。
3
第三章结果与讨论
2.1水泥、表面活性剂对硫化特性的影响
2.1.1水泥、表面活性剂对硫化特性的影响
根据乙丙胶的特性，确定硫化特性温度为170℃，试样的质量为4g左右。
在水泥量不变的情况下，偶联剂的不同及分量的不同对硫化特性有着一定的影响。
提高了胶料的硫化程度，从而使得制品的工艺性能得到提升，偶联剂的作用有作表面改性剂，用于无机填料填充时，可以改善其分散性和黏合性。
在填加Si69系列的试样中最大扭距、最小扭距都存在减弱。
在A151系列中，最大扭距则是从高到低在到搞的趋势，最小扭距呈现下降的状态，这是偶联剂的作用。
从加入的偶联剂份数相同的情况下Si69系列试样的最大扭矩都比相对应的A151系列的最大扭矩小，而在最小扭矩中Si69系列要大于A151的最小扭矩。
只是源于所用偶联剂的不同而受到的影响。
综上述情况找出以下原因：
一方面是由于加入的偶联剂的分量及种类所造成;二是实验条件的影响：
①实验的温度波动范围、②转子振荡角度和转子的清洁程度、③实验体积，试样体积的大小应该适宜，太小则填不满模腔致使试样中在转子与模腔中滑动影响测试精度。
根据表格数据计算确定硫化时间：
硅69偶联剂为8min，A151偶联剂为12min。
压力为13MPa，温度为170℃。
试样
MH（N·m）
ML（N·m）
Tc10
Tc90
Tc100
平坦期
Si69-1
42.131
4.767
0:
57
3:
49
11:
37
11:
37～17:
51
Si69-1.5
42.397
4.762
0:
58
3:
42
11:
12
11:
12～15:
30
Si69-2
40.887
4.890
0:
58
4:
06
11:
31
11:
31～15:
42
Si69-2.5
37.345
4.795
0:
58
3:
42
11:
27
11:
27～13:
10
Si69-3
39.589
4.679
0:
59
4:
03
11:
34
11:
34～12:
50
A151-1
46.024
4.640
0:
59
6:
03
19:
59
19:
59～20:
00
A151-1.5
43.242
4.546
1:
02
6:
48
20:
10
20:
10～20:
40
A151-2
44.796
4.501
1:
01
7:
25
20:
20
20:
20～21:
00
A151-2.5
44.097
4.567
1:
01
7:
41
19:
50
19:
50～20:
00
A151-3
46.412
4.350
1:
00
7:
55
20:
42
20:
42～24:
00
表1：
偶联剂用量对硫化特性影响
2.1.2水泥、表面活性剂对门尼粘度的影响
门尼粘度（Mooneyviscosity）又称转动（门尼）粘度，是用门尼粘度计测定的数值，基本上可以反映合成橡胶的聚合度与分子量。
门尼粘度过低则硫化后制品抗拉强度低。
门尼粘度-时间曲线还能看出胶料硫化工艺性能。
表明胶料的流变性，在水泥量不变的情况下，改变偶联剂Si69、A151的用量对胶料的门尼粘度有着相对应的影响，试样的最小门尼值大体上呈现下降的趋势，这是由于偶联剂可以改善胶料中配合剂分散性的作用。
4
试样编号
MV
MaxMooney
Si69-1
44.6
85.5
Si69-1.5
44.3
83.5
Si69-2
41.1
73.4
Si69-2.5
41.2
72.1
Si69-3
40.3
72.2
A151-1
44.3
82.1
A151-1.5
43.5
79.0
A151-2
42.7
77.6
A151-2.5
41.5
75.5
A151-3
41.0
74.2
表2偶联剂用量对门尼粘度影响
2.2.1水泥、表面活性剂对拉伸性能的影响
拉伸强度是作为表征橡胶产品所能够抵抗拉伸破坏的能力。
在橡胶工业生产中普遍采用拉伸强度这一指标作为主要物理机械性能标准来比较鉴定不同配方的硫化胶及控制硫化胶的质量。
填料的用量和性质对拉伸强度有着重要的影响。
在通常情况下所填入的填料的粒径越小，比表面积越大，表面活性越大，对胶料的补强效果越好；填料在不同的橡胶中存在着最佳用量，即填充量过大过小拉伸强度都不能达到最大值。
本次试验所采用的水泥未经过筛子筛选。
偶联剂是用作处理橡胶填充剂。
用偶联剂处理橡胶的填充剂，可以改善其分散性能，从而提高其填充剂与橡胶的掺混份额和提高橡胶的拉伸强度。
偶联剂还具有交联剂、软化剂和补强剂的作用，在橡胶工业中作为补强剂和硫化剂。
图1：
最大强度与偶联剂用量的关系
5
2.2.2水泥、表面活性剂对伸长率的影响
伸长率由于拉伸试样所引起的工作部分的变形，其值为伸长的增量与初始长
度的百分比。
为了适应在不同气候条件下建筑结构层产生的伸缩、变形等，防水材料必须具有一定伸长率。
GB18173．1—2006高分子防水材料（第一部分片材）中明确规定。
根据实验数据，加入偶联剂Si69的试样所得到的伸长率随着偶联剂的分量的变化呈现先上升，而加入偶联剂A151的试样的伸长率也总体呈上升的趋势。
在使用相同份数偶联剂的情况下，在使用偶联剂Si69与偶联剂A151的份数同样为1ml时，两者的拉伸率关系为前者大于后者;而在其他试样加入同等份数的偶联剂后的拉伸率A151系列的要大于Si69系列的拉伸率。
2.2.3水泥、表面活性剂对定伸应力的影响
定伸应力是试样工作部分拉伸至给定伸长率时的拉伸应力，本次所采用的定伸应力为300%。
在实验的过程中由于玻璃纸的影响可能会对硫化后的胶料的性能产生影响，影响了定伸应力，在每次试验中选用三个试样，在测的结果中区中值，实验结果表明：
含有Si69偶联剂的试片中，在所测得的数据中表示，当加入的偶联剂分数达到2.5ml时定伸应力达到该组实验数据的最大值，性能达到最佳效果。
在使用A151偶联剂的试片中当加入偶联剂A151的分数增加，试片的定伸强度呈增长趋势。
图2：
定伸强度与偶联剂用量的关系
6
试样
厚度（mm）
定伸强度
最大强度
伸长率
Si69-1
2.04
2.07
2.07
1.02
1.96
370.4﹪
1.96
1.74
2.5
1.27
2.26
412.8﹪
2.5
1.96
2.5
1.18
1.63
294.1﹪
Si69-1.5
1.89
1.90
2.70
1.22
2.23
401.7﹪
1.92
1.76
1.83
1.15
1.93
403.4﹪
1.98
1.88
1.68
1.09
2.22
430.5﹪
Si69-2
1.72
1.92
2.04
1.06
2.07
390.8﹪
1.68
1.90
1.96
1.07
1.96
414.1﹪
1.81
1.86
1.95
1.07
1.96
414.1﹪
Si69-2.5
1.87
1.94
2.05
1.30
1.95
296.2﹪
1.78
1.89
2.01
1.26
2.77
469.0﹪
2.02
1.78
1.82
1.30
2.59
424.6﹪
Si69-3
1.65
1.89
1.93
1.23
1.73
379.7﹪
1.63
1.84
1.93
1.11
1.51
309.6﹪
2.03
1.88
1.72
1.00
1.64
384.8﹪
A151-1
2.15
1.98
1.80
0.80
0.94
241.6﹪
2.01
1.79
1.91
0.87
1.65
343.2﹪
1.69
1.89
2.03
0.00
0.76
91.6﹪
A151-1.5
1.80
1.96
2.10
0.90
1.53
519.2﹪
1.77
1.89
2.03
0.85
1.77
576.4﹪
1.85
1.92
2.02
0.89
1.28
424.4﹪
A151-2
1.64
1.94
2.09
0.92
1.88
590.0﹪
1.79
2.01
1.91
0.93
2.08
664.8﹪
1.73
1.87
1.99
0.93
1.85
647.2﹪
A151-2.5
1.70
1.85
2.02
0.89
2.23
720.0﹪
1.66
1.86
2.02
0.87
1.34
542.0﹪
1.70
1.96
2.07
0.87
1.50
561.0﹪
A151-3
1.88
2.07
1.93
0.96
1.63
546.1﹪
1.91
1.97
2.07
0.90
2.03
663.6﹪
1.77
1.97
1.83
0.92
1.89
609.4﹪
表3：
偶联剂用量对拉伸强度影响
7
第四章结论
根据上述的实验结果，可以得出以下结论：
5.1在实验范围内，拉伸强度随着偶联剂Si69的用量增加而降低，随着偶联剂A151的用量的增加而升高。
5.2伸长率总体趋势为随着水泥用量的不变，随着偶联剂的用量变化上升。
5.3综合考虑，当不改变水泥用量的情况下，加入偶联剂能够提高对水泥填充乙丙橡胶性能，在一定程度上还可以弥补水泥填充乙丙橡胶性能的不足。
8
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