1.WSR的吸水膨胀事理
WSR的吸水浸染紧张来源于添加的亲水组分或接枝的亲水基团。当WSR与水打仗时,水分子通过胶体表面吸附和毛细吸附等浸染扩散进入胶体中;进入橡胶内的水分子与亲水组分或亲水基团形成极强的浸染力,水被保留在橡胶中使得胶体发生膨胀变形同时橡胶的弹性紧缩力也在增加,进而形成的渗透压差使得外部的水分子进一步向橡胶内渗透。当渗透压差与胶体自身的抗变形力相等时,吸水达到平衡,此时橡胶的膨胀程度被视为静水最大膨胀率,常日认为这个过程是受水分子的扩散和橡胶分子链断的松弛浸染。如果遇水膨胀橡胶在封闭条件下利用,遇水后膨胀率并不能达到其静水最大膨胀率,因此就产生了膨胀橡胶与约束体间的打仗压力。依赖这种打仗压力,遇水膨胀橡胶就可以发挥其密封止水的浸染。
2.WSR的分类

从硫化角度可分为非硫化型吸水膨胀橡胶和硫化型吸水膨胀橡胶;按亲水组分可分为聚丙烯酸类、马来酸酐接枝物、改性高纳基膨润土、白炭黑与聚乙二醇、亲水性聚氨酯预聚体等多种;按吸水后的膨胀程度可分为低膨胀率(50%~200%)、中膨胀率(200%~350%)、高膨胀率(>350%)三种;按制备方法可分为物理共混和化学接枝。
3.接枝型WSR的制备
与物理共混法比较,通过化学接枝法制备的吸水膨胀弹性体具有微不雅观相容性好、强度高、反复性能好等优点。但接枝反应困难,工艺繁琐。由于材料的膨胀率高低取决于亲水基团或亲水链段的多少,很难进行工业化生产,以是目前WSR的工业生产都因此共混型为主。
4.共混型WSR的制备
物理共混又可分为机器共混和乳液共混两种方法。机器共混法是先将橡胶在炼胶机上塑炼至生胶包辊,再加入各种助剂和吸水组分混炼,使得吸水组分宏不雅观均匀的分散在橡胶中,末了将混炼胶进行硫化。乳液共混法是将橡胶基体、相应的各种助剂和吸水组分在搅拌器中搅拌均匀后真空脱水、熟成、注模硫化,所得的制品较机器共混法分散性和均一性更高,且具有较小的微区尺寸。
运用于不同工况环境的WSR有不同的性能哀求(耐高温、耐油性、耐老化、阻燃性、高强度等),橡胶基体的弹性等力学性能决定了WSR的物理性能,而亲水组分或亲水基团(亲水链段)决定了WSR的吸水膨胀性能。在既定基体和亲水组分的根本上,加入各种添加剂(增强剂、阻燃剂、防老化剂等)可以改进WSR的各项性能或授予WSR一些分外性能。因此,基体、亲水组分以及添加剂是WSR性能的紧张影响成分。
5.WSR的基体
目前,运用于制备WSR的橡胶基体紧张是氯丁橡胶(CR)、天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)等,也有宣布用氯化聚乙烯(CPE)和聚氯乙烯(PVC)作为基体或是按一定比例稠浊的两种橡胶作为基体。对付基体的选择紧张从物理机器性能、特种橡胶的特性、与亲水组分的相容性等几个方面考虑。例如NR具有精良的物理机器性能,但与亲水组分相容性差膨胀率低;而高耐油性、强极性的NBR与亲水组分相容性好;EPDM具有较好的拉伸性能和耐老化性能。
6.亲水组分
吸水膨胀材料的吸水膨胀性能来源于亲水组分,通过上述的吸水事理才可达到膨胀止水的功能。对亲水组分的选择紧张哀求吸水率高、保水性好、耐热并与基体相容性好。高吸水树脂的种类繁多,目前研究紧张有淀粉类、纤维素类以及合成类高吸水树脂。这三类高吸水树脂的性能比拟如下表:
目前生产中常用的吸水性树脂有以下几种:
①淀粉类如淀粉-丙烯腈接枝聚合物的皂化物、淀粉-丙烯酸的接枝聚合物等。
②纤维素类如纤维素-丙烯腈接枝聚合物、羧甲基纤维素交联产物等。
③聚乙烯醇类如聚乙烯醇的交联产物、丙烯腈-乙酸乙烯酯共聚物的皂化产物等。
④丙烯酸类如聚丙烯酸盐(紧张是钠盐)(PNaAA)、甲基丙烯酸甲酯-乙酸乙烯酯共聚物的皂化产物等。
⑤聚亚烷基醚类如聚乙烯醇与二丙烯酯交联的产物等。
⑥马来酸酐类如异丁烯-马来酸酐的交替共聚物,阴离型聚丙烯酰胺(PHPAM-1)等。
众所周知,不同的吸水树脂的吸水事理是不同的,因而合成树脂的单体组成是对材料吸水性能紧张影响成分。除此外,单体聚合的方法以及选用的交联剂也是主要的影响成分。
7.增容剂
物理共混法工艺大略、设备哀求低、吸水膨胀率高档特点,易于工业化生产。但常用的吸水树脂极性很强凝聚力大,在橡胶基体等分散不屈均,浸水后随意马虎分开基体到周围介质中,使得失落重率很高,不利于反复利用。因此需加入增粘树脂、粘合剂或增容剂等助剂来改进吸水树脂的分散性并提高和橡胶基体间的相容性,继而提高WSR的各种性能。当然,选择与基体相容性好的亲水组分也很有必要。增容剂的分子链上常日都带有与基体或吸水树脂相同的链段或可与之反应的官能团,而一些两亲性增容剂则是在基体的分子链上接枝与吸水树脂有相同构造特色的链段。此外,表面活性剂也是一类增容剂。增容剂紧张起桥接浸染,建立基体和亲水组分之间的联系,降落相界面张力,使共混组分相容性变好。
8.补强剂
随着吸水膨胀橡胶的运用越来越广泛,相应的对WSR性能的哀求也越来越高。在一些大型工程存在的如工程变形缝、水坝嵌缝和施工缝等密封堵漏问题上,哀求利用的WSR具有一定的强度,特殊是吸水膨胀后的强度。而目前已知橡胶基体的强度都较低,而以PVC等树脂为基体的WSR又存在吸水慢、膨胀低、基体弹性差的不敷难以实现膨胀堵水的效果。当WSR吸水膨胀后,水具有增塑剂的浸染使得材料的强度变得更低。因此须要加入高强度的无机填料如炭黑、白炭黑、粘土等作为补强剂(增强剂),不仅可以提高材料的强度还可以降落本钱。近年来,纳米材料的研究运用已遍布各个领域。运用于橡胶工业的纳米材料常日是指纳米填料,由于其小尺寸效应和表面效应减小了粒子间的间隔,增强了粒子间的相互浸染,继而表现出良好的补强效果。
由于炭黑的污染性,不进行表面改性的白炭黑与橡胶相互浸染弱且添补白炭黑的橡胶固化韶光长,。粘土粒径较大和表面活性低使其增强效果很差,以是常日粘土都会进行有机改性处理,以扩大粘土的层间距乃至是成为剥离型构造。
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