论合金颗粒掺杂在橡胶鞋底的研究方案设计.doc

论合金颗粒掺杂在橡胶鞋底的研究方案设计142020年4月19日文档仅供参考合金颗粒掺杂在橡胶鞋底的研究方案设计耐磨性能是橡胶制品的一项重要指标,例如橡胶轮胎、密封件、传送带、活塞环及鞋底等,在使用过程中必然产生摩擦与磨损,这些都与材料失效和安全性密切相关中国是一个产鞋大国,消费量也是非常可观,提高橡胶鞋底的耐磨性,能够带来相当可观的经济效益和社会效益新的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高耐磨性;第二是采用近代表面技术制造高性能耐磨损材料当前,人们比较倾向于复合材料的研发:采用干法混炼工艺在橡胶中加入510的稀土氧化铈,提高了橡胶的耐磨性;在乙丙橡胶内添加一定比例的氮化硅,提高了其耐磨性;合肥开尔纳米公司应用自主生产的纳米级非晶氮化硅(平均粒径 20nm)研制的在主体材料为EPDM的波纹管中添加 115份 NSN粉橡胶超耐磨补强剂,取得良好效果.由于干法混炼工艺简单,生产方便,但不能将稀土颗粒很好地均匀分布在生胶中,特别是稀土含量高时,稀土颗粒容易产生局部团聚而导致应力集中,使样品强度下降,耐磨性降低。最重要的一点是,稀土的价格比较高,在鞋底中添加稀土氧化物,提高了鞋类制品的成本。而陶瓷制品具有高硬度,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的掺杂,以提高橡胶鞋底的耐磨性。陶瓷材料的成份主要是氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化钛等。另外,金刚石橡胶轮胎的制造工艺创造专利(专利号:951059912) 在胎冠原料中添加重量比为2001000:1的金刚石单晶(粒度:3080目),制成金刚石橡胶轮胎。与普通橡胶轮胎比较,其耐磨性能得到大大改进。因此我们,现在选取氧化铝陶瓷及一定配比的金刚石,掺杂到聚氨酯鞋底中,既提高了聚氨酯鞋底的耐磨性,又能极大的降低成本。这是一种比较可行的途径。我们现在所要解决的问题是由于常见无机物与有机物间的相容性较差,因此难以保证复合材料的两相界面间具有良好的亲和性,当加入量大于一定值时,材料的耐磨性反而下降在橡胶结合剂中,由于大尺寸颗粒对结合剂粘附结合力不足和在硫化过程中的橡胶结合剂中的颗粒表面周围形成”微裂纹”,使磨粒与橡胶结合把持不牢。在提高工具中橡胶结合剂与金刚石颗粒的结合力中提到,”微裂纹”的发生可解释为,当橡胶结合剂的工具在加热硫化过程中,强烈地流动形成硬橡胶的反应,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,它将受热的影响而快速膨胀,使粘结剂同掺杂颗粒结合力弱化。结果在掺杂颗粒周围形成充满气体的空隙,使粘结剂与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的体积比配制的填料涂附磨料颗粒,低粘度溶液保证它浸透金刚石颗粒表面所有凸凹处和裂隙 ,明显提高金刚石颗粒与橡胶粘结剂的结合力。甚至同时往橡胶粘剂中加入适当量 的C-012A酚粘结剂,此时的结合力,例如橡胶粘结剂与 CII一012A粘结剂形成的簿涂附层的弹性 Pl,提高两倍多。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 聚氨酯的混炼胶中,增加混炼胶的可塑性,改进硫化胶的低温性能,降低硫化胶的硬度 ,用量不宜过大,否则经济硫化胶的耐磨性能,一般选择极性增塑剂如苯二甲酸酯类,减磨剂,进一步提高耐磨性,如硅油,石墨。润滑剂,主要用于热塑性和混炼型弹性体的加工中,如硬脂酸及其盐类脱模剂 必有的助剂,常见的有硅橡胶,硅酯,硅油以及石蜡。以及非极性高分子材料,如聚四氟乙烯聚苯乙烯制作模具,减少擦涂脱模剂工序。填充剂,降低成本。,在反应注射成型制品中为提升制品的刚性和模量,往往加入玻璃纤维作填充剂,或者云母片,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。 硫化剂包括异氰酸酯,过氧化物和硫磺三类,水 链增长剂同时也是二氧化碳气泡的的原料来源交联剂 提高泡沫的力学性能催化剂( 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鞋底原液的制备 原液可分为聚酯型和聚醚型两种。早年开发的为聚丙二醇体系,现多为聚酯型体系,因其性能不同,制备方法亦有所不同。聚酯型PU鞋底原液的制备多采用预聚物法或半预聚物法,一般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组分中的水量必须测定,其含量一般为0.4%左右。B组分为部分聚酯多元醇与异氰酸酯反应制得的端异氰酸酯预聚物。聚酯相对分子质量为1500 为宜。异氰酸酯中,纯MDI与液化MDI之比为19B1。反应过程中,须加万分之一的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)。三组分体系适用于双色、低硬度的运动鞋和低密度凉鞋。使用时,先将A组分与C组分混合均匀,再与B组分混合即可。其特点为黏度和反应活性降低小,产品的硬度、尺寸变化小及成型稳定性好。聚醚型原液的制备多 采用一步法。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分混匀而得;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的模塑。全聚氨酯靴鞋的鞋底、鞋面或鞋帮均由PU制成,其中由微孔PU弹性体制得的全聚氨酯鞋,靴筒柔软、鞋底耐磨、耐油和耐化学腐蚀,整鞋轻便且具有保暖性和舒适性。PU鞋底一般采用低压浇注成型或高压浇注成型,少数也用注射模压,其工艺流程如图1。成型设备为鞋底浇注机。用于聚酯型PU成型的常压浇注设备主要由浇注机、环行或转台烘道等装置组成。在PU鞋底原液中由于A,B组分均为液体,混合反应剧烈,因此在成型过程中,设备的准确计量和组分的混合均匀性是两个直接影响产品性能的重要因素。对于双色鞋底而言,用双色浇注机模塑,一般采用外加中间板的模具,并进行二次浇注和加热固化。二 掺杂颗粒氧化铝陶瓷的生产工艺氧化铝陶瓷是一种 以 Al2O3为主晶相的陶瓷材料, 一般以配料中氧化铝的含量分为 75、80、90、95、99瓷等。氧化铝陶瓷具有强度高(机械强度可达 150MPa)、硬度高(莫氏硬度达 9)、耐磨损 、耐腐蚀 、耐高温以及导热性好、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。随着科学技术的发展及制造技术的提高,氧化铝陶瓷新品种不断出现在现代工业和现代科学领域中将会得到越来越广泛的应用。氧化铝陶瓷的生产工艺一般来说,氧化铝陶瓷的制备工艺有以下几个步骤 : 粉体的制备及处理 、成形、烧结和最终产品的后加工。每一步工艺的优劣都将影响最终陶瓷制品的性能。原料氧化铝陶瓷最重要的原料是Al2O3粉。当前,已知Al2O3有10多种同质多相变体,其中主要是Al2O3,Al2O3,Al2O3三种,其中Al2O3的晶体结构最紧密,其硬度大、耐磨损、高温稳定,是三种形态中最稳定的晶态 ,具有良好的机械和电学性能 。故Al2O3一般是制造氧化铝陶瓷最主要 、最常见的原料。1. Al2O3的预烧 预烧是氧化铝陶瓷生产中重要环节之一 。由于工业Al2O3中含有 YAl20。,它在 1 200C以上将不可逆地转变为Al2O3,伴有 14左右的体积收缩。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的转化率,使其含量达不到要求。预烧也能够除去Na20等物质,提高原料的纯度。 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,不利于形成均匀的结构。一般情况下,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,一般要加入适量添加物,如:H3B04、NH4F、A1F3等,加入量一般为 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 由于颗粒细度对制品性能影响很大,预烧过的Al2O3需要粉碎磨细。超细、活性高的Al2O3粉体制备是获得细晶而高强氧化铝陶瓷的首要条件。Al2O3粉体颗粒越细,缺陷越多,活性也越大,可促进烧结,制成的陶瓷强度也越高,细的晶粒还能妨碍微裂纹的发展不易造成穿晶断裂,有利于提高断裂韧性,还可提高耐磨性。因此,降低Al2O3粉体粒度,有利于制备高性能的Al2O3制品。制作氧化铝陶瓷的微粉最佳粒度为 011 m,中国当前一般在 7 m左右 细颗粒含量在一定范围内有利于提高氧化铝陶瓷性能 。但 是 当 5 m颗粒含 量大 于 1015时 ,对烧结有明显的妨碍作用,因此,大小颗粒应合理级配。1.4 分散剂粉磨后粉体间由于重力 、粘附力和颗粒间作用力的作用使粉体团聚。团聚会影响烧结质量 ,一般加入适当的分散剂 ,增加粉体均匀性选择适当粉体加工方法,以减弱或消除颗粒间的作用力 。从而减弱或消除团聚体。2 氧化铝陶瓷的成形工艺21混料及添加剂由于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的原理使用合粘结剂使干燥坯体强度大大增加。成形前将其与原料混合均化,以提高粉料的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的一种成形方法。模压成形过程简单、缺陷少。由于压力作用,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与模壁粘结的现象 ,可加入 12硬脂酸等润滑剂。 2.2 注浆成形 该法的关键是制得性能良好的Al2O3浆料。凝胶注模成形是将含有有机单体的低粘度 、高固相含的陶瓷料浆浇注到不吸水的模型中,然后在引发剂和催化剂的作用下,使料浆中的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。一般情况下,为保证凝胶固体的性能,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比例110为宜。 3 生坯的干燥与素烧 水分及添加剂的排除易使坯体产生缺陷、变形甚至倒塌 ,因此在坯体干燥和素烧过程中,要严格控制升温速度,否则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,要特别注意 200600温区,在这个温区,石蜡要从坯体中排除并。因此升温要缓慢,否则会造成变形和开裂。素烧的温度太低不能完全排除其中的添加剂和水分,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重要的一环,它对氧化铝陶瓷的物理化学性能有很大的影响。 41 液相烧结法 该法用低熔助剂促进材料烧结,助剂的引入一般会产生良好效果。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的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 烧结制度的影响 适当提高烧结温度,有利于扩散和烧结的进行使烧结速度加快,促进致密化。 升温速度的控制对氧化铝 陶瓷烧结是很重要的一般在600以下应缓慢,在10001500中温阶段要严格控制并尽量慢一些;在1500以上升温速度能够加快,防止粗晶出现。压力也促进粉粒问的问隙减少,扩散距离缩小。 43 烧结气氛的影响 气氛对氧化铝陶瓷烧结影响很大,合适的气氛有助于致密化。一般来说,气氛中的氧离子分压越低,越有利于氧化铝的烧结。在氢气气氛下烧结,由于氢原子半径很小、易于扩散而有利于消除闭气孔,可得到近于理论密度的烧结体。COH2气氛能够使氧化铝晶格中的氧离子较易失去,形成空位,加速阳离子扩散,从而有效地促进烧结并获得很好的致密度,比氢气气氛更容易烧结。5 氧化铝陶瓷的后加工处理 在烧结冷却后 ,有些产品还达不到应用的要求 ,因此要进行必要的加工处理,如修正尺寸、抛光等。为了增加氧化铝 陶瓷产品表面的致密性,一般用比氧化铝还要硬的金刚石、SiC、B1C等由粗到细逐级进行研磨 最终使氧化铝陶瓷表面抛光,使陶瓷表面更加致密、光滑可大大提高氧化铝陶瓷使用性能。工艺流程图如下: 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)后处理烧结干燥与素烧(200600温区缓慢升温)(三 掺杂