發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 04:05

【摘要】：炭黑為橡膠工業(yè)的主要原料之一,是采用煤焦油、乙烯油等化石原料經(jīng)熱裂解制得,生產(chǎn)過程不僅消耗了大量不可再生資源,還會(huì)造成污染。近年來,人們對生物質(zhì)的熱解研究越來越多,生物質(zhì)炭的應(yīng)用也越來越廣泛。竹子作為生物質(zhì)資源,具有生長快、可再生等優(yōu)點(diǎn),本研究通過熱解制備竹炭黑,考察其基本性能及對丁苯橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用。利用可再生資源制備高附加值的炭黑,對環(huán)境的保護(hù)、資源的高效使用和綠色經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)具有重大意義。本研究通過熱失重分析發(fā)現(xiàn),竹材熱解可分為四個(gè)階段,即干燥階段、預(yù)熱階段、主熱解階段和炭化階段,其中主熱解階段的起始熱解溫度、峰值溫度和熱解結(jié)束溫度,隨著升溫速率的增大向高溫區(qū)移動(dòng),升溫速率的增大對竹材熱解過程的失重率影響較小,其中主熱解階段失重率高達(dá)60%。采用FWO和Kissinger兩種方法得出熱解過程的活化能分別為55.14 kJ/mol和48.39 kJ/mol。論文通過考察不同熱解溫度對竹炭黑性能的影響發(fā)現(xiàn),隨著熱解溫度的升高,C含量升高,H、O含量降低,C/H比升高,吸油值降低,吸碘值升高,比表面積呈升高趨勢,在340°C~380°C階段內(nèi)比表面積增大最為明顯。紅外光譜圖顯示,熱解溫度升高,C-H、C=C等官能團(tuán)的吸收強(qiáng)度增大,羰基吸收峰減弱,羥基吸收峰消失。SEM圖顯示,竹材原料經(jīng)研磨后存在管狀纖維,竹炭經(jīng)研磨后呈無規(guī)則顆粒狀,且粒徑大小不一。本文考察了單獨(dú)采用竹炭黑對丁苯橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用,發(fā)現(xiàn)不同熱解溫度竹炭黑對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用低于工業(yè)炭黑N330,熱解溫度升高,竹炭黑橡膠的拉伸強(qiáng)度增大、拉斷伸長率降低、硬度增大,熱解溫度為420℃的竹炭黑對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果最好。在此基礎(chǔ)上,采用420℃竹炭黑與工業(yè)炭黑N330以不同比例進(jìn)行混合,考察其對丁苯橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用,發(fā)現(xiàn)不同比例的混合炭黑對硫化時(shí)間的影響基本相同,竹炭黑與N330的比例為50:50時(shí)補(bǔ)強(qiáng)效果最好。通過熱老化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),竹炭黑橡膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率的性能變化率分別為-9%和-20%;混合炭黑橡膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率的性能變化率分別為-24%和-53%,表明竹炭黑的耐熱性較好。
【圖文】：

不同熱解溫度竹炭黑的粒徑分布列于表 3.4 中，在 300~420℃內(nèi)，竹炭黑的中位粒徑逐漸減小，且均小于 1 μm，可磨性較好。隨著溫度的升高，竹材纖維素與半纖維素分解，竹材纖維結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重，在相同研磨條件下，溫度越高，竹材纖維越易被破碎，竹炭黑的粒徑越小。500℃的竹炭黑研磨時(shí)，會(huì)出現(xiàn)難以研磨的堅(jiān)硬物質(zhì)，機(jī)理成分尚不明確。3.3.10 竹炭黑的微觀形貌（a） 竹材原料×500 （b） 竹材原料×1000
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ333.1;TQ330.381

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本文編號：2708980