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Luperox F40S对EPDM硫化动力学的影响研究*

更新时间:2016-07-05

三元乙丙橡胶(EPDM)是由主链完全饱和的乙烯、丙烯和不饱和的侧基组成[1],具有许多优异的性能,如耐老化性、耐水性、耐化学药品性及优异的电绝缘性,在各个领域的应用越来越多[2-4]。橡胶的硫化历程由焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段和过硫化阶段(对硫磺硫化体系而言)组成[5],相比于硫磺硫化体系,采用过氧化物作为硫化剂的EPDM橡胶具有更好的耐高温性和低压缩永久变形性[6-7]。橡胶科学重要的研究课题之一就是硫化反应动力学,橡胶在硫化过程中的每个阶段都有不同的硫化特性。描述橡胶焦烧阶段动力学参数的焦烧模型最早是由Coran等[8]提出,认为在硫化阶段发生的动力学反应属于一级反应[9]。目前,国内外对橡胶硫化动力学的研究多以天然橡胶(NR)为主体[10-14],认为是由两个一级反应组成了NR硫化阶段的动力学,而且速率常数K在这两个一级反应中是不同的,硫化阶段后期不符合一级反应特征。相比之下,对EPDM硫化动力学的研究较少,刘苏苏等[15]研究了填料对EPDM硫化动力学的影响规律,而未提及硫化体系这一影响因素。

本课题采用无转子硫化仪研究了过氧化物Luperox F40S用量对EPDM硫化特性、硫化动力学的影响。

1 实验部分

1.1 原料

EPDM:乙烯质量分数为48.0%,亚乙烯降冰片烯(ENB)质量分数为4.1%,门尼黏度为28,朗盛化学(中国)有限公司;防焦烧型过氧化物交联剂: Luperox F40S,法国Arkema公司;助交联剂三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC-50):莱茵化学(中国)公司;炭黑:N550,卡博特公司;石蜡油:T-16,宁波汉圣化工有限公司;氧化锌:青岛捷隆化工有限公司;防老剂:VulkanoxHS/LG,德国朗盛公司。

进入实验室的每一个人都要树立安全第一的思想,实验小组负责人要全面负责实验的安全,任何实验都要有防火防水和防事故的安全措施;如果有正在运行中的仪器设备,实验人员不得离开现场等。在此基础上,每个实验人员根据自身的实际情况,在导师的指导下建立具体的安全制度。如在准备实验之前需要全面了解实验原理,明确实验风险,并制定稳妥的风险应对措施。在实验过程中有任何隐患都需暂停实验,在与团队成员和指导教师进行讨论确定后,在有安全防护措施的前提下才可以继续开展实验,为学生的创新能力培养和实验开展建立充分的安全保障[1]。

1.2 仪器及设备

橡塑实验密炼机:XSM-500,上海科创橡塑机械设备有限公司;双辊开炼机:BL-6175,宝轮精密检测仪器有限公司;无转子硫化仪:MDR2000,美国Alpha仪器科技有限公司。

1.3 实验配方

实验的基础配方(质量份,下同)如表1所示。

1 实验基本配方

成分配方12345EPDM100100100100100N5506060606060石蜡油55555氧化锌33333VulkanoxHS/LG0.70.70.70.70.7LuperoxF40S2.02.73.54.55.5TAIC-500.330.450.580.750.92

1.4 试样制备

首先将EPDM生胶投入密炼机中,密炼机的初始温度设定为55 ℃,密炼1 min后依次加入炭黑、操作油等,7 min时密炼机扭矩达到平稳状态,此时排胶。将EPDM母炼胶在开炼机上塑炼3~5 min,然后加入交联剂和助交联剂,混炼均匀后下片。将制备好的混炼胶于室温下存放1 d后进行硫化特性测试。

1.5 分析测试

按照GB/T 16584—1996制取硫化试样,采用MDR2000型无转子硫化仪进行测试。

用乘法分配律释义小数乘法的意义,有助于学生对其含义理解的初步认识.掌握方法后,任意小数都可按照此形式进行理解.如3×0.1,我们可以写出10个3×0.1相加的形式:

2 结果与讨论

2.1 硫化反应动力学参数

在橡胶硫化过程中,交联密度随着转矩的增加而变大,所以用转矩变化速率V来表征硫化速率,如式(1)所示。

V=-d(MH-Mt)/dt=K(MH-Mt)n

(1)

式中:MH为最大转矩;Mt为硫化时间t时刻的转矩;n为反应级数;K为反应速率常数。

n=1时,即一级反应,对式(1)进行积分得到式(2)。

ln(MH-Mt)=lnA-Kt

2.1 Wnt信号通路与血管内皮功能障碍 在机体生理状态下,内皮细胞通过分泌一氧化氮等物质调节血管舒缩活动,维持正常的血管功能。当血管内血流动力学发生异常改变而难以血管内皮细胞自主调节时,内皮细胞可被损伤,进而发生细胞功能障碍,并在损伤部位招募大量的炎症细胞。这一病理过程称为粥样硬化发生的初始因素[12]。

(2)

式中:A为积分常数;t为硫化时间。

根据Coran提出的焦烧模型,反应速率Vu如式(3)所示。

(2)具备相关知识产权保护法律知识和能力的企业,当前能做到的只是尽最大努力减少被侵权带来的损失,而不具备主动出击并进行有效自我保护的能力。总之,以上图像安全问题严重阻碍了唐卡数字化发展进程、影响了唐卡线上销售的产业化进程、影响了西藏文化传播途径的健康良性发展。

Vu=-(αK3/K4)×ln[K2exp(K1t)-K1exp(K2t)/(K2-K1)]

(3)

式中:α为化学计量数,无特定的物理含义;K1K2K3K4分别为交联剂在不同反应阶段的反应速率常数[16]

式中: Vut为硫化时间t时刻的反应速率;Vu∞为硫化时间无限长时的反应速率;t为硫化时间;ti为诱导时间。

Vut=Vu∞{1-exp[-K2(t-ti)]}

农村化学品企业,主要指地处农村的化学品企业。农村化学品企业为追求利润最大化,必然要在制度、市场、区位资源禀赋以及技术等激励和约束下寻求交易成本和生产成本最低的经济活动及地理区位,从而内生地决定了农村化学品企业的发展和区位布局。主导中国农村化学品企业区位选择与发展的首要区位因素是农村制度及其市场化变迁。人民公社制度、城乡隔离制度以及经济体制渐进性的市场化变化为农村化学品企业发展奠定了基础。地方政府“赶超GDP发展战略”内生出一系列扭曲要素价格的制度安排[18],包括劳动力、土地、资本、环境要素在内的制度安排是推动农村化学品企业发展的重要原因。

(4)

硫化阶段的反应方程如式(4)所示。

按照式(2),ln(MH-Mt)与硫化时间t的关系曲线概念图如图1所示。

概念硫化时间 图1 ln(MH-Mt) 与硫化时间t的关系曲线

从图1可以看出,在焦烧阶段,橡胶的硫化动力学不是一级反应,而在转矩变化率达到最大值的时刻才是真正的一级反应,这个时刻用tdis表示,此后的硫化动力学可用式(5)表示。

ln(MH-Mt)=lnA-K(t-tdis)

(5)

式中:B为积分常数。

2.2 Luperox F40S用量对EPDM硫化特性的影响

[4] 包林康.乙丙橡胶基本性能和应用[J].橡塑技术与装备,2006,32(10):32-36.

对课堂的生成而言,情境有着明显的促进作用.一直以来,经常将情境教学运用于化学课堂,但是的目的往往是将知识和方法直接融合于情境之中,通过学生对情境的感悟和理解将知识和方法提炼出来,这是一种完全封闭的情境创设,学生在这样的情境中只要按部就班,就能获取预期的收获,因此这对生成教学的效果不是那么明显.为了强化情境对生成的促进作用,笔者认为要优化情境创设,让情境激活学生的思维,让情境成为展开科学探究的平台,由此来催生课堂生成.教学中,将富有开放性、悬念性的元素融入到情境创设之中,能够让探究更具它原有的色彩,学生的探索也将产生意想不到的收获,这就是所期待的生成性教学.

时间/min 图2 Luperox F40S用量与EPDM转矩的关系

从图2可以看出,EPDM的转矩随着过氧化物Luperox F40S用量的增加而增大,随着硫化程度提高,正硫化时间tc(90)逐渐降低。这是因为随着过氧化物用量增多,参与硫化反应的自由基增多,橡胶分子链之间更易交联,胶料的化学交联网络增多,使体系转矩增大,交联效率提高,tc(90)缩短。

按照式(2),以ln(MH-Mt)为纵坐标,硫化时间t为横坐标作图,得到图3。

时间/min 图3 Luperox F40S用量对ln(MH-Mt)的影响

从图3可以看出,采用Luperox F40S为硫化剂的EPDM的硫化过程包括两个阶段:前一阶段是焦烧期,曲线不符合一级反应特征;后一阶段是硫化阶段,该阶段又包含两个部分,前一部分曲线呈线性,非常符合一级反应特征,可通过线性拟合求出反应速率常数K;后一部分反应较为复杂,呈点震荡状,不符合一级反应特征。硫化阶段的前一部分为一级反应,一级反应的起始点定为tdistdis的确定对反应速率常数K的计算很重要。因此,以硫化速率为纵坐标,硫化时间t为横坐标作图,可得出Luperox F40S用量与tdis的关系曲线,如图4所示。

时间/min 图4 Luperox F40S用量对tdis的影响

从图4可以看出,EPDM的硫化速率先增大后减小,转折点即为硫化速率最大值Vm,此时对应的时间就是tdis。随着过氧化物Luperox F40S用量的增加,Vm不断增大,但tdis逐渐降低,具体数据如表2所示,ti为诱导时间。

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2 Luperox F40S用量对EPDM硫化过程的影响

LuperoxF40S用量/份ti/mintdis/minVm/[(dN·m)·min-1]2.01.091.412.772.71.061.323.853.51.001.265.204.50.961.116.485.50.871.058.47

2.3 硫化阶段一级反应速率常数的确定

在EPDM过氧化物硫化体系中,硫化阶段的前一部分属于一级反应(n=1),且一级反应起始于tdis。按照式(2),由tdis点开始,以ln(MH-Mt)为纵坐标,硫化时间为横坐标作图,得到图5,由图5可以拟合出速率常数K,具体数据见表3。

时间/min 图5 硫化时间t对ln(MH-Mt)的影响(n=1)

3 不同Luperox F40S用量的EPDM反应速率常数1)

LuperoxF40S用量/份数n=1n≠1Kr*nK'r*'2.00.19200.99930.830.17050.99612.70.21050.99940.890.19670.99853.50.21980.99950.990.21800.99874.50.23030.99940.900.22240.99765.50.23680.99780.990.15350.9756

1) r*r*′分别表示两个阶段的相关系数(拟合度);K为一级反应速率常数;K′为非一级反应速率常数。

从表3可以看出,随着Luperox F40S用量的增加,EPDM过氧化物硫化体系的反应速率常数K逐渐变大,当n=1时,r*均大于0.999,说明5组胶料拟合度较好,能很好地符合硫化动力学方程。从图5可以看出,随着Luperox F40S用量的增加,ln(MH-Mt)越来越大,曲线与纵坐标交点的距离增大,截距增大。最大硫化速率的大小在一定程度上可以用截距表征,所以截距越大,最大硫化速率越大。

对比表3中一级反应速率常数K随着Luperox F40S用量的变化趋势,可以初步得到图6所示的关系曲线。

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Luperox F40S用量/份 图6 一级反应速率常数K与Luperox F40S用量的关系

从图6可以看出,随着Luperox F40S用量的增加,反应速率常数K逐渐变大,但是增加幅度逐渐变缓,经过拟合得到公式(6)。

(2) 在焦烧期内,EPDM的硫化反应为非一级反应;硫化阶段的硫化速率先增大后减小,在转折点tdis处硫化速率最大,其中tdis略大于诱导时间ti

(6)

式中:x为Luperox F40S用量,拟合度为0.984 7。所以反应速率常数K和Luperox F40S用量较好地符合此对数关系式,为EPDM硫化体系中过氧化物用量的选择提供了参考依据。

2.4 非一级反应(n≠1)的速率常数计算

硫化阶段后期不符合一级反应特征,即n≠1,对式(1)进行积分得到式(7)。

(MH-Mt)(1-n)/(1-n)=B-Kt

(7)

速率常数K可由式(5)计算得出。但从图1可知,有些硫化反应的硫化阶段包含两个一级反应,即存在两个速率常数,另一个速率常数是图1中的虚线部分,用K′表示。

按照式(7),如果已知反应级数n,以(MH-Mt)(1-n)/(1-n)为纵坐标,硫化时间t为横坐标作图,得到一系列具有不同速率常数的直线,见图7。

时间/min 图7 非一级反应时硫化时间对(MH-Mt)(1-n)/(1-n)的影响

从图7可以看出,在硫化阶段的后部分,通过对不同用量Luperox F40S硫化EPDM曲线的处理,可以拟合出反应级数n及相应的速率常数K′,具体结果见表3。由表3可知,对非一级反应(n≠1)的硫化反应阶段,随着Luperox F40S用量的增加,K′逐渐变大,说明反应速率越来越快,与前述结果吻合,且拟合度均大于0.99,较好地符合拟合曲线。但是当Luperox F40S用量为5.5份时,反应速率常数减小,拟合度降低,原因是硫化剂用量过多,反应较复杂,橡胶网络发生降解,交联和降解同时进行,发生竞争,导致反应速率变慢,速率常数减小。

3 结 论

(1) 在EPDM过氧化物硫化体系中,随着Luperox F40S用量的增加,体系的最大弹性转矩不断增大,正硫化时间tc(90)逐渐缩短。

K=0.043 5lnx+0.164 4

(3) 以tdis为起点,硫化阶段反应前部分为一级反应(n=1),随着Luperox F40S用量增加,VmK均增大,但K的增幅变缓,并符合对数关系;后部分为非一级反应(n≠1),K′随着Luperox F40S用量增加而增大,当Luperox F40S用量大于5.5份时,反应较复杂,K′的变化无明显规律。

   

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国防和军队改革中,中央军委装备发展部的成立,以及地区联勤保障中心的逐步建立,为完善新时代一体化联合作战装备保障体制机制提供了重要支撑。

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晋东南旱地春玉米土壤封闭除草剂减量施用效果………………………… 常海霞,杜艳伟,牛 卓,宋艳芳,李娇娇,王建梅(90)

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用无转子硫化仪对EPDM进行硫化曲线测试,硫化温度为175 ℃,结果见图2。

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综上各种因素,朝藿定B、朝藿定A、朝藿定C、淫羊藿苷、木犀草素、槲皮素、川陈皮素、山柰酚、宝藿苷Ifs/i的RSD依次为0.30%、0.81%、1.11%、0.79%、2.24%、0.80%、2.96%、0.57%和1.35%,表明该方法各成分fs/i耐用性较好。

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教师的专业成长是教师从事教学工作时,通过有意识组织的各种活动,引导教师自我反省教学知识、技能及态度的过程,其目的在于促进教师教学效率最大化,完成教育目标,是教师在其教学生涯中不断追求个人专业知识、技能与态度等进步与发展的努力及意愿。立足课堂教学,利用各种形式的教学活动能使教师本身的专业知识、专业技能及专业态度有所改善,并在实际的教学工作中得到发展,进而促进个人意愿的自我实现。

赵伟萍,刘广永,邱桂学
《弹性体》 2018年第02期
《弹性体》2018年第02期文献

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