论合金颗粒掺杂在橡胶鞋底的研究方案设计样本.doc

合金颗粒掺杂在橡胶鞋底研究方案设计耐磨性能是橡胶制品一项关键指标，比如橡胶轮胎、密封件、传送带、活塞环及鞋底等，在使用过程中肯定产生摩擦和磨损，这些全部和材料失效和安全性亲密相关中国是一个产鞋大国，消费量也是很可观，提升橡胶鞋底耐磨性，能够带来相当可观经济效益和社会效益新抗磨损材料发展有两个显著特点：第一是由单一材料向复合材料发展，在材料中加入颗粒、晶须和纤维等增强材料以提升耐磨性；第二是采取近代表面技术制造高性能耐磨损材料现在，大家比较倾向于复合材料研发：采取干法混炼工艺在橡胶中加入510稀土氧化铈，提升了橡胶耐磨性；在乙丙橡胶内添加一定百分比氮化硅，提升了其耐磨性；合肥开尔纳米企业应用自主生产纳米级非晶氮化硅(平均粒径 20nm)研制在主体材料为EPDM波纹管中添加 115份 NSN粉橡胶超耐磨补强剂,取得良好效果.因为干法混炼工艺简单，生产方便，但不能将稀土颗粒很好地均匀分布在生胶中，尤其是稀土含量高时，稀土颗粒轻易产生局部团聚而造成应力集中，使样品强度下降，耐磨性降低。最关键一点是，稀土价格比较高，在鞋底中添加稀土氧化物，提升了鞋类制品成本。而陶瓷制品含有高硬度，耐磨，耐腐蚀耐高温，取材广泛，价格低廉等特点，比较适合鞋底用聚氨酯橡胶掺杂，以提升橡胶鞋底耐磨性。陶瓷材料成份关键是氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化钛等。另外，金刚石橡胶轮胎制造工艺发明专利（专利号：951059912） 在胎冠原料中添加重量比为2001000：1金刚石单晶（粒度：3080目），制成金刚石橡胶轮胎。和一般橡胶轮胎比较，其耐磨性能得到大大改善。所以我们，现在选择氧化铝陶瓷及一定配比金刚石，掺杂到聚氨酯鞋底中，既提升了聚氨酯鞋底耐磨性，又能极大降低成本。这是一个比较可行路径。我们现在所要处理问题是因为常见无机物和有机物间相容性较差，所以难以确保复合材料两相界面间含有良好亲和性，当加入量大于一定值时，材料耐磨性反而下降在橡胶结合剂中，因为大尺寸颗粒对结合剂粘附结协力不足和在硫化过程中橡胶结合剂中颗粒表面周围形成“微裂纹”，使磨粒和橡胶结合把持不牢。在提升工具中橡胶结合剂和金刚石颗粒结协力中提到，“微裂纹”发生可解释为，当橡胶结合剂工具在加热硫化过程中，强烈地流动形成硬橡胶反应，聚合作用和聚合物分解，并伴随有气体产物排出 (H2S，SO2，HC1，H20，NH3)。 当外部压力去掉并将工具从压模中取出，它将受热影响而快速膨胀，使粘结剂同掺杂颗粒结协力弱化。结果在掺杂颗粒周围形成充满气体空隙，使粘结剂和掺杂结合强度急剧下降。用 C-012A酚粘结剂和 AM-9有机硅产品，按 75：25体积比配制填料涂附磨料颗粒，低粘度溶液确保它浸透金刚石颗粒表面全部凸凹处和裂隙 ，显著提升金刚石颗粒和橡胶粘结剂结协力。甚至同时往橡胶粘剂中加入合适量 C-012A酚粘结剂，此时结协力，比如橡胶粘结剂和 CII一012A粘结剂形成簿涂附层弹性 Pl，提升两倍多。一 聚氨酯橡胶鞋底生产工艺及配方1 原料 主反应原料 多聚氰酸酯TDI,MDI, 多元醇，聚醚2 助剂操作助剂 增塑剂 聚氨酯混炼胶中，增加混炼胶可塑性，改善硫化胶低温性能，降低硫化胶硬度 ，用量不宜过大，不然经济硫化胶耐磨性能，通常选择极性增塑剂如苯二甲酸酯类，减磨剂，深入提升耐磨性，如硅油，石墨。润滑剂，关键用于热塑性和混炼型弹性体加工中，如硬脂酸及其盐类脱模剂 必有助剂，常见有硅橡胶，硅酯，硅油和石蜡。和非极性高分子材料，如聚四氟乙烯聚苯乙烯制作模具，降低擦涂脱模剂工序。填充剂，降低成本。，在反应注射成型制品中为提升制品刚性和模量，往往加入玻璃纤维作填充剂，或云母片，硅灰石，碳纤维，等填充物着色剂，硫化助剂：硫化剂和促进剂，仅在混炼型聚氨酯弹性体中应用。 硫化剂包含异氰酸酯，过氧化物和硫磺三类，水 链增加剂同时也是二氧化碳气泡原料起源交联剂 提升泡沫力学性能催化剂（ 胺及 有机锡）催化发泡剂凝胶反应速率泡沫稳定剂 使泡沫稳定水解稳定剂防霉剂阻燃剂3 配比4生产工艺: 1、PU鞋底原液制备 原液可分为聚酯型和聚醚型两种。早年开发为聚丙二醇体系,现多为聚酯型体系,因其性能不一样,制备方法亦有所不一样。聚酯型PU鞋底原液制备多采取预聚物法或半预聚物法,通常可制成双组分或三组分,A组分由部分聚酯、扩链剂、匀泡剂和发泡剂等组成,40e70e混匀静止脱气而得。在全水发泡体系中,发泡剂为水,A组分中水量必需测定,其含量通常为0.4%左右。B组分为部分聚酯多元醇和异氰酸酯反应制得端异氰酸酯预聚物。聚酯相对分子质量为1500为宜。异氰酸酯中,纯MDI和液化MDI之比为19B1。反应过程中,须加万分之一抑制剂以阻碍副反应发生,一定温度下保温2h3h即可,其中)NCO%控制在19%左右。C组分为催化剂(加到A组分中则为双组分原液)。三组分体系适适用于双色、低硬度运动鞋和低密度凉鞋。使用时,先将A组分和C组分混合均匀,再和B组分混合即可。其特点为黏度和反应活性降低小,产品硬度、尺寸改变小及成型稳定性好。聚醚型原液制备多 采取一步法。其中A组分由聚醚多元醇、扩链剂、发泡剂、催化剂和匀泡剂等在混合器中充足混匀而得;B组分为改性异氰酸酯或液化MDI。 2、PU鞋底成型工艺PU鞋底有单元鞋底、全聚氨酯靴鞋、鞋帮直接注底、硬鞋根和鞋底中间层等整鞋和组合鞋底模塑。全聚氨酯靴鞋鞋底、鞋面或鞋帮均由PU制成,其中由微孔PU弹性体制得全聚氨酯鞋,靴筒柔软、鞋底耐磨、耐油和耐化学腐蚀,整鞋轻便且含有保暖性和舒适性。PU鞋底通常采取低压浇注成型或高压浇注成型,少数也用注射模压,其工艺步骤图1。成型设备为鞋底浇注机。用于聚酯型PU成型常压浇注设备关键由浇注机、环行或转台烘道等装置组成。在PU鞋底原液中因为A,B组分均为液体,混合反应猛烈,所以在成型过程中,设备正确计量和组分混合均匀性是两个直接影响产品性能关键原因。对于双色鞋底而言,用双色浇注机模塑,通常采取外加中间板模具,并进行二次浇注和加热固化。二 掺杂颗粒氧化铝陶瓷生产工艺氧化铝陶瓷是一个 以 Al2O3为主晶相陶瓷材料， 通常以配料中氧化铝含量分为 75、80、90、95、99瓷等。氧化铝陶瓷含有强度高(机械强度可达 150MPa)、硬度高(莫氏硬度达 9)、耐磨损 、耐腐蚀 、耐高温和导热性好、高绝缘等特点。广泛应用于电子 、机械 、化工、医药、光电、航空航天等行业。伴随科学技术发展及制造技术提升，氧化铝陶瓷新品种不停出现在现代工业和现代科学领域中将会得到越来越广泛应用。氧化铝陶瓷生产工艺通常来说，氧化铝陶瓷制备工艺有以下多个步骤 ： 粉体制备及处理 、成形、烧结和最终产品后加工。每一步工艺优劣全部将影响最终陶瓷制品性能。原料氧化铝陶瓷最关键原料是Al2O3粉。现在，已知Al2O3有10多个同质多相变体，其中关键是Al2O3,Al2O3,Al2O3三种，其中Al2O3晶体结构最紧密，其硬度大、耐磨损、高温稳定，是三种形态中最稳定晶态 ，含有良好机械和电学性能 。故Al2O3通常是制造氧化铝陶瓷最关键 、最常见原料。1. Al2O3预烧 预烧是氧化铝陶瓷生产中关键步骤之一 。因为工业Al2O3中含有 YAl20。，它在 1 200C以上将不可逆地转变为Al2O3，伴有 14左右体积收缩。为消除这种收缩，在制坯前应对工业Al2O3进行预烧，Na20、Ca0等会影响Al2O3转化率，使其含量达不到要求。预烧也能够除去Na20等物质，提升原料纯度。 1.1 预烧温度预烧温度偏低，则不能完全转变成Al2O3，且电性能降低；若温度过高，粉料烧结Al2O3晶粒异常长大、硬度高，不易粉碎，且烧结活性低。制品难以烧结，不利于形成均匀结构。通常情况下，Al2O3粉体煅烧温度控制在 1400-1450。1.2 添加物工业中预烧氧化铝时，通常要加入适量添加物，如：H3B04、NH4F、A1F3等，加入量通常为 0.33，添加物能够降低预烧温度、促进晶型转化、排除 Na20等杂质。硼酸盐除碱效果好，氟化物可促进晶型转变，且收缩大、活性好，还原气氛也有利于排除 Na20等杂质。 1.3 颗粒级配 因为颗粒细度对制品性能影响很大，预烧过Al2O3需要粉碎磨细。超细、活性高Al2O3粉体制备是取得细晶而高强氧化铝陶瓷首要条件。Al2O3粉体颗粒越细，缺点越多，活性也越大，可促进烧结，制成陶瓷强度也越高，细晶粒还能妨碍微裂纹发展不易造成穿晶断裂，有利于提升断裂韧性，还可提升耐磨性。所以，降低Al2O3粉体粒度，有利于制备高性能Al2O3制品。制作氧化铝陶瓷微粉最好粒度为 011 m，中国现在通常在 7 m左右 细颗粒含量在一定范围内有利于提升氧化铝陶瓷性能 。但 是 当 5 m颗粒含 量大 于 1015时 ，对烧结有显著妨碍作用，所以，大小颗粒应合理级配。1.4 分散剂粉磨后粉体间因为重力 、粘附力和颗粒间作用力作用使粉体团聚。团聚会影响烧结质量 ，通常加入合适分散剂 ，增加粉体均匀性选择合适粉体加工方法，以减弱或消除颗粒间作用力 。从而减弱或消除团聚体。2 氧化铝陶瓷成形工艺21混料及添加剂因为氧化铝陶瓷成形料是以瘠性料为主常需要加入乙烯醇、石蜡等粘结剂和醋酸乙烯酯、羟甲基纤维素等塑化剂，基于亲水、疏水两种粘结剂优势互补原理使用合粘结剂使干燥坯体强度大大增加。成形前将其和原料混合均化，以提升粉料成形性能和坯体强度。模压成形是利用压力将干粉在模型中压成致密坯体一个成形方法。模压成形过程简单、缺点少。因为压力作用，坯体晶粒接触面大，有利于晶界移动，故烧结致密度高，但致密度不均匀。模压成形有时会出现粉体和模壁粘结现象 ，可加入 12硬脂酸等润滑剂。 2.2 注浆成形 该法关键是制得性能良好Al2O3浆料。凝胶注模成形是将含有有机单体低粘度 、高固相含陶瓷料浆浇注到不吸水模型中，然后在引发剂和催化剂作用下，使料浆中有机单体交链聚合成三维网状结构，从而使浓悬浮体原位固化。它能够使固相体积分数达50-60。通常情况下，为确保凝胶固体性能，溶液中有机单体总含量不宜过多，应控制在 1520范围内交联单体凝胶单体百分比110为宜。 3 生坯干燥和素烧 水分及添加剂排除易使坯体产生缺点、变形甚至坍毁 ，所以在坯体干燥和素烧过程中，要严格控制升温速度，不然会因温度不均匀产生热应力使坯体开裂。如：在热压铸成形坯体排蜡升温过程中，要尤其注意 200600温区，在这个温区，石蜡要从坯体中排除并。所以升温要缓慢，不然会造成变形和开裂。素烧温度太低不能完全排除其中添加剂和水分，素坯强度低；温度太高会使坯体烧结难以加工处理。 4 烧 结 烧结是氧化铝陶瓷生产中很关键一环，它对氧化铝陶瓷物理化学性能有很大影响。 41 液相烧结法 该法用低熔助剂促进材料烧结，助剂引入通常会产生良好效果。常加入 Ca0、Mg0、Si02 、Ba0等作为熔剂。液相烧结由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动发生及颗粒重排和传质过程，降低烧结温度，有效加速烧结。42 烧结制度影响 合适提升烧结温度，有利于扩散和烧结进行使烧结速度加紧，促进致密化。 升温速度控制对氧化铝 陶瓷烧结是很关键通常在600以下应缓慢，在10001500中温阶段要严格控制并尽可能慢部分；在1500以上升温速度能够加紧，预防粗晶出现。压力也促进粉粒问问隙降低，扩散距离缩小。 43 烧结气氛影响 气氛对氧化铝陶瓷烧结影响很大，适宜气氛有利于致密化。通常来说，气氛中氧离子分压越低，越有利于氧化铝烧结。在氢气气氛下烧结，因为氢原子半径很小、易于扩散而有利于消除闭气孔，可得到近于理论密度烧结体。COH2气氛能够使氧化铝晶格中氧离子较易失去，形成空位，加速阳离子扩散，从而有效地促进烧结并取得很好致密度，比氢气气氛更轻易烧结。5 氧化铝陶瓷后加工处理 在烧结冷却后 ，有些产品还达不到应用要求 ，所以要进行必需加工处理，如修正尺寸、抛光等。为了增加氧化铝 陶瓷产品表面致密性，通常见比氧化铝还要硬金刚石、SiC、B1C等由粗到细逐层进行研磨 最终使氧化铝陶瓷表面抛光，使陶瓷表面愈加致密、光滑可大大提升氧化铝陶瓷使用性能。工艺步骤图以下： A1F3或硼酸盐 烧结（1400-1450）研磨氧化铝 注浆成形（分散剂；粘结剂；塑化剂；润滑剂）后处理烧结干燥和素烧（200600温区缓慢升温）（三 掺杂