电缆料用氯丁橡胶(cr)的制备与改性研究
本文主要研究是电缆料用氯丁橡胶为适应不同环境要求而做的改性。氯丁橡胶电缆料主要被用作电缆护套。而由于不同地区和不同用途对电缆的要求也不一样。例如，在寒冷地区，电缆料的耐寒性能要求较高；在热湿环境下，电缆料的耐老化性能要求较高。因此，为了满足不同的用户需求，对氯丁橡胶的研究与改性也在时刻进行。本文中我们使用平板硫化机硫化将氯丁胶生胶制成氯丁橡胶。再按设计好的配方使用顺丁橡胶（BR）、三元乙丙橡胶（EPDM）和丁腈橡胶（NBR）对氯丁橡胶进行共混改性。最后通过电子拉力机、邵尔硬度计等仪器检测氯丁橡胶的机械性能、耐油性能、耐寒性能、阻燃性能及耐老化性能。实验结果表明,三种橡胶中,顺丁橡胶（BR）对CR的机械性能和耐寒性能有较大改善;三元乙丙橡胶（EPDM）可以改善CR的机械性能、耐寒性能和耐老化性能;丁腈橡胶（NBR）对CR的改性主要体现在耐油性上；但三种橡胶的共混均会使CR的阻燃性能降低。关键词：氯丁橡胶，电缆料，制备，共混改性目录
第一章 绪论 1
1.1氯丁橡胶 1
1.1.1 氯丁橡胶的结构与分类 1
1.1.2 氯丁橡胶的性质 2
1.1.3 氯丁橡胶的应用 4
1.2 氯丁橡胶的制备 5
1.2.1 生胶生产 5
1.2.2 塑炼 7
1.2.3 部分配方与混炼 7
1.2 氯丁橡胶的改性 9
1.2.1 氯丁橡胶的填充改性 9
1.2.2 氯丁橡胶的共混改性 9
1.2.3 接枝改性 11
1.2.4 化学改性 11
1.5 本课题的研究意义 12
第二章实验部分 13
2.1 原材料及仪器设备 13
2.1.1 原材料 13
2.1.2 仪器设备 13
2.2 试样的制备 14
2.2.1 生胶塑炼 14
2.2.2 橡胶混炼与硫化 14
1.3 试样的检测 16
1.3.1 机械性能的检测 16
1.3.2 耐油与耐溶剂性能的测试 17
1.3.3 阻燃性能的检测 17
1.3.4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
料 13
2.1.2 仪器设备 13
2.2 试样的制备 14
2.2.1 生胶塑炼 14
2.2.2 橡胶混炼与硫化 14
1.3 试样的检测 16
1.3.1 机械性能的检测 16
1.3.2 耐油与耐溶剂性能的测试 17
1.3.3 阻燃性能的检测 17
1.3.4 耐寒性能的检测 17
1.3.5 耐老化性的测试 17
第三章实验原理及结果分析 18
3.1 橡胶共混的理论基础 18
3.2 力学性能的检测与分析 18
3.2.1 拉伸强度及拉断伸长率 18
3.2.2硬度 20
3.3耐油与耐溶剂性能检测与分析 20
3.4 阻燃性能的测试结果与分析 22
3.4.1 碳链橡胶聚合物的燃烧历程 22
3.4.2 四种橡胶的阻燃性能 23
3.5耐寒性能的测试结果与分析 24
3.5.1 CR的低温行为 24
3.5.2 CR及三种并用胶的低温性能 24
3.6耐老化性能的测试结果与分析 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
绪论
氯丁橡胶是在乳液聚合被发现的基础上，美国杜邦公司于19世纪30年代研发出并投入生产[1]。之后被用于生产电线电缆，直至现在一直盛而不衰，在橡皮线缆的生产中占有重要地位。氯丁橡胶被广泛应用于交通、建筑、轻工和军工等领域，在电缆方面有矿用电缆、船用电缆、电力电缆、控制电缆和野外用电缆等，其大多是作为护套使用，也可用于绝缘。氯丁橡胶还可用在胶黏剂和汽车配件等行业。本文主要方向是电缆用氯丁橡胶的制备与改性，因此，所得的氯丁橡胶电缆料应具有良好的耐候性、耐化学腐蚀性、耐老化性和耐溶剂性等性能。本文会针对氯丁橡胶的耐寒、耐热、阻燃及耐油性能等方面进行改性。
1.1氯丁橡胶
1.1.1氯丁橡胶的结构与分类
氯丁橡胶（CR）是由2氯1,3丁二烯均聚或共聚所得，其结构由于调节剂的不同会出现很大差别，大致有硫磺调节和硫醇调节两种。其结构通式为：
使用硫磺和秋兰姆共同调解时，硫磺成为聚合物的组成，其结构为：
而使用硫醇作调节剂时，其分子结构如图11[1]所示，由于分子式中存在两种单体，因此分子结构更复杂，规整性更小。
图11硫醇调节氯丁橡胶分子结构单元示意图
1调节剂结合链段；2碳原子的支化；33,4结构链节；4顺式1,4结构链结；5沿双链的支化；
6引发剂结合连段；71,2结构链节；8分子端基
根据氯丁橡胶的用途和调节分子量的方法[2]，可大致分为五类：
（1）硫磺调节型改性的通用氯丁橡胶，又称G型胶，用硫磺和秋兰姆调节分子量。有GNA、GRT和GT等品种（国内CR1212）。
（2）硫醇调节型国外又称W型胶，在我国被叫做CR2321型胶，具体又分为Wm1、WHV、WRT、WD、WX等不同用途的多个品种。
（3）用作胶黏剂的氯丁橡胶国内称作CR2441型，主要品种有AC、AD和AF型等
（4）特殊用途的氯丁橡胶多为膏状物，用于制备膏状制品或用作软化剂，有FB、FC等型号。
（5）氯丁胶乳根据用途和特性的差异被分为很多品种，如我国生产的LDR401、LDR411等。
1.1.2 氯丁橡胶的性质
氯丁橡胶一般为乳白色乃至棕褐色的片状或块状弹性体，密度1.23～1.25g/cm3，玻璃化温度40～50℃，碎化点35℃，软化点约80℃，230－260℃下分解。溶于氯仿、苯等有机溶剂，其在植物油和矿物油中溶胀而不溶解。
（1）分子量及分子量分布生胶分子量分布与天然橡胶类似，硫磺调节后与塑炼后的天然橡胶相比，具有更多的高分子级分。
（2）结晶性氯丁橡胶的分子结构较为规整，因此易于伸长结晶，结晶性较好。
（3）耐候性、耐老化性、耐臭氧性由于氯丁橡胶的分子链上有氯原子，保护了C=C，且是C=C的活性下降，使其难以发生化学反应而降解。因此氯丁橡胶的耐候性、耐老化性和耐臭氧性都较好。其中硫醇调节型（W型）氯丁胶由于分子链间不存在双硫键和多硫键，故其耐老化性要优于硫磺调节型氯丁橡胶。
（4）耐油和耐溶剂性由于极性氯原子的存在，氯丁橡胶的耐油和耐溶剂性也较优异。
（5）防燃性氯丁橡胶由于氯原子的存在具有良好的防燃性，虽然可以燃烧，但撤去火源氯丁橡胶也会随之熄灭。
（6）耐热性氯丁橡胶耐热性能很好，在100～150℃下加热时性能无多大变化，要高于天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶。
（7）耐化学药品性氯丁橡胶除受到具有很强氧化性的酸腐蚀以外，很难受到腐蚀。
（8）贮存稳定性由于氯丁橡胶中1,2结构分子的侧链上有较大的氯原子的存在，且其结构不稳定，易在光和热的作用下以氯化氢的形式放出，从而改变分子链结构，故氯丁橡胶的贮存稳定性较差。
（9）耐寒性氯丁橡胶的结晶性能较好，体系结晶度较大，低温下韧
第一章 绪论 1
1.1氯丁橡胶 1
1.1.1 氯丁橡胶的结构与分类 1
1.1.2 氯丁橡胶的性质 2
1.1.3 氯丁橡胶的应用 4
1.2 氯丁橡胶的制备 5
1.2.1 生胶生产 5
1.2.2 塑炼 7
1.2.3 部分配方与混炼 7
1.2 氯丁橡胶的改性 9
1.2.1 氯丁橡胶的填充改性 9
1.2.2 氯丁橡胶的共混改性 9
1.2.3 接枝改性 11
1.2.4 化学改性 11
1.5 本课题的研究意义 12
第二章实验部分 13
2.1 原材料及仪器设备 13
2.1.1 原材料 13
2.1.2 仪器设备 13
2.2 试样的制备 14
2.2.1 生胶塑炼 14
2.2.2 橡胶混炼与硫化 14
1.3 试样的检测 16
1.3.1 机械性能的检测 16
1.3.2 耐油与耐溶剂性能的测试 17
1.3.3 阻燃性能的检测 17
1.3.4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
料 13
2.1.2 仪器设备 13
2.2 试样的制备 14
2.2.1 生胶塑炼 14
2.2.2 橡胶混炼与硫化 14
1.3 试样的检测 16
1.3.1 机械性能的检测 16
1.3.2 耐油与耐溶剂性能的测试 17
1.3.3 阻燃性能的检测 17
1.3.4 耐寒性能的检测 17
1.3.5 耐老化性的测试 17
第三章实验原理及结果分析 18
3.1 橡胶共混的理论基础 18
3.2 力学性能的检测与分析 18
3.2.1 拉伸强度及拉断伸长率 18
3.2.2硬度 20
3.3耐油与耐溶剂性能检测与分析 20
3.4 阻燃性能的测试结果与分析 22
3.4.1 碳链橡胶聚合物的燃烧历程 22
3.4.2 四种橡胶的阻燃性能 23
3.5耐寒性能的测试结果与分析 24
3.5.1 CR的低温行为 24
3.5.2 CR及三种并用胶的低温性能 24
3.6耐老化性能的测试结果与分析 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
绪论
氯丁橡胶是在乳液聚合被发现的基础上，美国杜邦公司于19世纪30年代研发出并投入生产[1]。之后被用于生产电线电缆，直至现在一直盛而不衰，在橡皮线缆的生产中占有重要地位。氯丁橡胶被广泛应用于交通、建筑、轻工和军工等领域，在电缆方面有矿用电缆、船用电缆、电力电缆、控制电缆和野外用电缆等，其大多是作为护套使用，也可用于绝缘。氯丁橡胶还可用在胶黏剂和汽车配件等行业。本文主要方向是电缆用氯丁橡胶的制备与改性，因此，所得的氯丁橡胶电缆料应具有良好的耐候性、耐化学腐蚀性、耐老化性和耐溶剂性等性能。本文会针对氯丁橡胶的耐寒、耐热、阻燃及耐油性能等方面进行改性。
1.1氯丁橡胶
1.1.1氯丁橡胶的结构与分类
氯丁橡胶（CR）是由2氯1,3丁二烯均聚或共聚所得，其结构由于调节剂的不同会出现很大差别，大致有硫磺调节和硫醇调节两种。其结构通式为：
使用硫磺和秋兰姆共同调解时，硫磺成为聚合物的组成，其结构为：
而使用硫醇作调节剂时，其分子结构如图11[1]所示，由于分子式中存在两种单体，因此分子结构更复杂，规整性更小。
图11硫醇调节氯丁橡胶分子结构单元示意图
1调节剂结合链段；2碳原子的支化；33,4结构链节；4顺式1,4结构链结；5沿双链的支化；
6引发剂结合连段；71,2结构链节；8分子端基
根据氯丁橡胶的用途和调节分子量的方法[2]，可大致分为五类：
（1）硫磺调节型改性的通用氯丁橡胶，又称G型胶，用硫磺和秋兰姆调节分子量。有GNA、GRT和GT等品种（国内CR1212）。
（2）硫醇调节型国外又称W型胶，在我国被叫做CR2321型胶，具体又分为Wm1、WHV、WRT、WD、WX等不同用途的多个品种。
（3）用作胶黏剂的氯丁橡胶国内称作CR2441型，主要品种有AC、AD和AF型等
（4）特殊用途的氯丁橡胶多为膏状物，用于制备膏状制品或用作软化剂，有FB、FC等型号。
（5）氯丁胶乳根据用途和特性的差异被分为很多品种，如我国生产的LDR401、LDR411等。
1.1.2 氯丁橡胶的性质
氯丁橡胶一般为乳白色乃至棕褐色的片状或块状弹性体，密度1.23～1.25g/cm3，玻璃化温度40～50℃，碎化点35℃，软化点约80℃，230－260℃下分解。溶于氯仿、苯等有机溶剂，其在植物油和矿物油中溶胀而不溶解。
（1）分子量及分子量分布生胶分子量分布与天然橡胶类似，硫磺调节后与塑炼后的天然橡胶相比，具有更多的高分子级分。
（2）结晶性氯丁橡胶的分子结构较为规整，因此易于伸长结晶，结晶性较好。
（3）耐候性、耐老化性、耐臭氧性由于氯丁橡胶的分子链上有氯原子，保护了C=C，且是C=C的活性下降，使其难以发生化学反应而降解。因此氯丁橡胶的耐候性、耐老化性和耐臭氧性都较好。其中硫醇调节型（W型）氯丁胶由于分子链间不存在双硫键和多硫键，故其耐老化性要优于硫磺调节型氯丁橡胶。
（4）耐油和耐溶剂性由于极性氯原子的存在，氯丁橡胶的耐油和耐溶剂性也较优异。
（5）防燃性氯丁橡胶由于氯原子的存在具有良好的防燃性，虽然可以燃烧，但撤去火源氯丁橡胶也会随之熄灭。
（6）耐热性氯丁橡胶耐热性能很好，在100～150℃下加热时性能无多大变化，要高于天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶。
（7）耐化学药品性氯丁橡胶除受到具有很强氧化性的酸腐蚀以外，很难受到腐蚀。
（8）贮存稳定性由于氯丁橡胶中1,2结构分子的侧链上有较大的氯原子的存在，且其结构不稳定，易在光和热的作用下以氯化氢的形式放出，从而改变分子链结构，故氯丁橡胶的贮存稳定性较差。
（9）耐寒性氯丁橡胶的结晶性能较好，体系结晶度较大，低温下韧
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