2025年硫酸鋁行業技術分析：硫酸鋁行業推動複合材料技術發展

  中國報告大廳網訊，在材料科學快速發展的當下，新型複合材料的研發與應用備受關注。丁腈橡膠憑藉其優異的耐油性能和力學性能，在眾多領域廣泛應用。而硫酸鋁行業作為一種來源廣泛、價格低廉且具備獨特性能優勢的物質，與丁腈橡膠結合製備複合材料成為新的研究方向。通過探索硫酸鋁與丁腈橡膠複合材料的製備及工藝，能夠深入了解其性能特點，為相關領域的材料應用提供更多選擇和技術支持。

  一、硫酸鋁 / NBR 複合材料的製備方法

  《2025-2030年全球及中國硫酸鋁行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，以丁腈橡膠 1052 為基體材料，選用分析純(99.0%)的Al2(SO4)3⋅18H2O作為配位交聯劑。首先利用高速球磨機在1000r⋅min−1、20℃的條件下對Al2(SO4)3⋅18H2O進行研磨，再通過振動篩分機篩選出不同粒徑的粒子。然後按照特定配方，在 40℃條件下，使用開煉機將Al2(SO4)3⋅18H2O直接添加到丁腈橡膠中，混煉(5.0 ± 0.5)min 製成混煉膠。混煉膠放置 24h 後，利用平板模壓機在 200℃、15MPa 的條件下模壓 40min，最終製得 2mm 厚度的硫酸鋁 / NBR 複合材料，並用 1 型啞鈴型裁刀取樣用於後續測試。

  二、硫酸鋁對複合材料硫化特性的影響

  (一)加工溫度的影響

  當Al2(SO4)3⋅18H2O用量為 10 質量份時，在 160 - 200℃溫度範圍內，隨著測試時間增加，扭矩值不斷增大，表明丁腈橡膠和Al2(SO4)3⋅18H2O在熱壓作用下發生配位交聯反應形成交聯網絡結構。隨著加工溫度升高，複合材料的最大扭矩值MH和扭矩差值ΔM不斷提高，焦燒時間ts1和正硫化時間t90逐漸減小。如 160℃時，ts1為 21.37min，t90為 53.70min，MH為 0.368N・m，ΔM為 0.289N・m;而 200℃時，ts1降至 2.57min，t90降至 37.80min，MH升至 0.957N・m，ΔM升至 0.892N・m。這是因為高溫使丁腈橡膠分子鏈和鏈段運動更劇烈，提高了Al2(SO4)3⋅18H2O在膠料中的分散程度，同時活化了更多腈基和鋁離子參與配位交聯，加快了交聯速度、提高了交聯程度。

  (二)用量的影響

  在 200℃下，不同Al2(SO4)3⋅18H2O用量的複合材料表現出不同硫化特性。隨著用量增加，MH和ΔM不斷提高，ts1逐漸減小。當用量少於 15PHR 時，增加用量有助於與腈基發生交聯反應，反應速度加快，t90減小;但用量多於 15PHR 時，容易出現團聚現象，且交聯程度增加限制分子鏈運動，使交聯反應不能充分進行，t90反而增加。例如，用量為 5PHR 時，ts1為 5.22min，t90為 39.97min，MH為 0.536N・m，ΔM為 0.468N・m;用量為 30PHR 時，ts1降至 1.18min，t90為 42.67min，MH升至 1.994N・m，ΔM升至 1.942N・m 。

  (三)粒徑的影響

  當Al2(SO4)3⋅18H2O用量為 10PHR、溫度為 200℃時，其粒徑越小，複合材料的MH和ΔM越大，ts1和t90越小。粒徑為 100 目時，ts1為 3.15min，t90為 37.18min，MH為 0.894N・m，ΔM為 0.824N・m;粒徑為 350 目時，ts1降至 0.90min，t90降至 14.87min，MH升至 1.218N・m，ΔM升至 1.152N・m。這是因為粒徑減小有利於提高在膠料中的分散程度，減少團聚和與腈基接觸受限的影響，從而提高配位交聯程度和速度。不過，當粒徑達到 350 目時，MH和ΔM增大幅度減弱，說明鋁離子和腈基的接觸和配位反應已達到交聯程度提高的閾值。

  三、硫酸鋁對複合材料力學性能的影響

  (一)用量的影響

  不同Al2(SO4)3⋅18H2O用量對複合材料力學性能影響顯著。隨著用量增加，拉伸強度和定伸強度逐漸增大，當用量為 30PHR 時，拉伸強度達到 2.77MPa。這是由於交聯程度提高，增強了材料交聯網絡抵抗外力破壞的能力。而斷裂伸長率隨著用量增加逐漸減小，用量為 30PHR 時，斷裂伸長率為 401% ，但仍保持橡膠柔韌特性。這是因為交聯程度提高限制了丁腈橡膠分子鏈和鏈段的活動，使其應變能力下降。

  (二)粒徑的影響

  在用量為 10PHR 時，隨著Al2(SO4)3⋅18H2O粒徑減小，複合材料的拉伸強度和定伸強度明顯增大。當粒徑為 350 目時，拉伸強度為 2.88MPa，遠超未研磨材料性能，斷裂伸長率為 798%，僅略微減小。這是因為粒徑減小提高了材料交聯程度，且更均勻的分散使交聯網絡的交聯點分布更均勻，從而在提升拉伸強度的同時，較好地保持了斷裂伸長率。

  四、硫酸鋁 / NBR 複合材料微觀形貌分析

  (一)不同用量的微觀形貌

  通過掃描電子顯微鏡觀察不同Al2(SO4)3⋅18H2O用量的複合材料脆斷面發現，在熱壓作用下，Al2(SO4)3⋅18H2O和丁腈橡膠的相界面變得模糊，表明界面處的鋁離子和腈基產生了配位交聯反應，形成交聯網絡結構。然而，隨著用量增加，粒子分布不均，開始出現團聚現象，這導致複合材料的交聯反應變慢，斷裂伸長率降低。

  (二)不同粒徑的微觀形貌

  觀察不同粒徑(用量為 10PHR)的複合材料脆斷面 SEM 圖可知，隨著Al2(SO4)3⋅18H2O粒徑減小，粒子在膠料中的分散程度提高，與丁腈橡膠的相界面更加模糊。這表明粒徑減小且分散均勻有助於提高界面相互作用，增大二者界面強度，這與力學性能分析結果一致。

  綜上所述，通過機械共混和熱壓加工，成功製備出配位交聯硫酸鋁 / NBR 複合材料。加工溫度升高可提升複合材料的交聯程度和速度;Al2(SO4)3⋅18H2O用量增加，交聯程度提高，拉伸強度和定伸強度增大，斷裂伸長率減小，用量為 30PHR 時，拉伸強度達2.77MPa，斷裂伸長率為 401% ;粒徑減小，交聯程度和速度提高，拉伸強度和定伸強度明顯增大且保持較高斷裂伸長率，350目、用量 10PHR 時，拉伸強度為 2.88MPa，斷裂伸長率為 798%。這些研究成果為硫酸鋁行業在複合材料領域的應用提供了重要的理論和實踐依據，有助於推動相關行業的技術發展和材料創新。

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