氟橡胶的改性及其纳米尺度互穿网络形态研究

论文摘要

互穿聚合物网络（IPNs）是一种特殊类型的聚合物共混物，其中一相或两相发生交联而形成相互贯穿的聚合物网络。依赖聚合物的共混比例、形态、交联密度和特性，IPNs显示出特殊的性能。IPNs的制备被认为是限制不相容聚合物共混物相分离的独特方法。由于两相的特殊排列，IPNs材料常常展现出良好的力学强度和韧性。因而，IPNs技术被广泛地应用于聚合物材料的改性。氟橡胶（FKM）具有突出的耐高温，耐油，耐化学腐蚀，耐老化等性能，应用于特殊的密封材料等方面，然而由于存在着弹性低，耐低温性能差等弱点限制了它的应用范围。本论文依据创新性的思维，围绕改善FKM的性能，采用四条技术路线，成功地制备出一系列新的FKM的IPNs材料，并对其结构、组成与性能的关系进行了研究，获得了以下研究成果： 1．采用熔融机械共混的方法，使氟橡胶（FKM）和丁腈橡胶（NBR）在高温和强剪切作用下相容，然后在各自不同的硫化体系下硫化，使两相各自交联，从而制备了FKM／NBR IPNs。 2．采用TEM、DSC和DMA等方法进行了FKM／NBR IPNs的形态、热力学性能和动态力学性能研究，并研究了两网络的组成对机械性能和热稳定性的影响。研究结果显示，FKM／NBR IPNs体系中，材料优异的力学性能是由于互穿网络产生的协同效应的结果，而网络中纳米尺度相畴尺寸越均匀，双连续相形态越规整、完善，引起材料力学性能的提高也越显著。当FKM／NBR为80／20（w／w）时，共混体系获得最完善的两相连续的互穿网络结构，拉伸强度和撕裂强度达到最大值。其玻璃化转变温度只有一个值为-16℃，介于纯的FKM和NBR玻璃化转变温度之间，表明互穿网络的形成促进了FKM和NBR之间的相容性。该技术路线的实施，提升了氟橡胶的抗撕裂强度和低温柔韧性。 3．对FKM／NBR互穿网络的形成机理进行了研究。采用浊点法，绘制了FKM／NBR共混体系的相图，研究了相分离行为与熔融共混的温度的关系。研究结果表明，两相的相容性、共混比例、粘度比以及加工条件对互穿网络的形成产生显著的影响。 4．采用密炼机通过熔融共混的方法，使FKM和环氧丙烯酸酯橡胶（EACM）在高温和强剪切作用下相容，然后在各自不同的硫化体系下硫化，使两相各自

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 氟橡胶的概述
• 1.1.1 氟橡胶的开发现状
• 1.1.2 氟橡胶的结构与性能
• 1.2 氟橡胶的改性研究进展
• 1.2.1 氟橡胶的化学改性
• 1.2.2 氟橡胶的配合加工改性
• 1.2.3 氟橡胶的并用改性
• 1.2.4 氟橡胶的表面改性
• 1.3 氟橡胶的加工配合技术进展
• 1.3.1 吸酸剂
• 1.3.2 硫化剂
• 1.3.3 填充剂
• 1.3.4 加工助剂
• 1.4 弹性体互穿网络的研究进展
• 1.4.1 弹性体IPN的制备
• 1.4.1.1 分步法
• 1.4.1.2 同步法
• 1.4.1.3 胶乳IPN
• 1.4.1.4 热塑性IPN
• 1.4.2 IPN的亚微相态
• 1.4.2.1 IPN的双相连续形态
• 1.4.2.2 IPN的细胞结构形态
• 1.4.2.3 IPN的界面形态
• 1.4.3 IPN的相容性
• 1.4.4 IPN增强理论
• 1.4.5 IPN的阻尼性能
• 1.4.6 弹性体IPN的应用研究进展
• 1.5 本课题的选题背景
• 1.6 本课题的研究目的和思路
• 第2章 含醚基团丙烯酸酯橡胶的合成及其对氟橡胶改性的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 含醚基团丙烯酸酯弹性体（AECM）的制备
• 2.2.4 FKM／AECM共混物的制备
• 2.2.5 FKM／AECM共混弹性体的硫化
• 2.2.6 测试及表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应条件对AECM聚合反应的影响
• 2.3.1.1 引发剂对聚合反应的影响
• 2.3.1.2 反应温度对聚合反应的影响
• 2.3.2 AECM的IR表征
• 2.3.3 FKM／AECM共混弹性体的硫化特性
• 2.3.4 FKM／AECM共混弹性体硫化胶的形态
• 2.3.5 FKM／AECM共混弹性体硫化胶的力学性能
• 2.3.6 FKM／AECM共混弹性体硫化胶的DMA分析
• 2.5 小结
• 第3章 原位聚合法制备氟橡胶／丙烯酸酯橡胶互穿网络的结构与性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3.2.3 FKM／ACM原位复合弹性体的合成
• 3.2.4 FKM／ACM复合弹性体的硫化
• 3.2.5 测试及表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 ACM溶液聚合的反应条件研究
• 3.3.1.1 ACM溶液聚合反应的溶剂选择
• 3.3.1.2 引发剂对ACM聚合反应的影响
• 3.3.1.3 温度对ACM聚合反应的影响
• 3.3.1.4 反应时间对ACM转化率的影响
• 3.3.2 FKM／ACM原位复合弹性体的IR表征
• 3.3.3 FKM／ACM原位复合弹性体的TEM照片
• 3.3.4 FKM／ACM原位复合弹性体的硫化特性
• 3.3.5 FKM／ACM硫化胶的形态
• 3.3.6 FKM／ACM硫化胶的力学性能
• 3.3.7 FKM／ACM硫化胶的热重分析
• 3.3.8 FKM／ACM硫化胶动态力学分析（DMA）
• 3.4 小结
• 第4章 氟橡胶／丁腈橡胶熔融机械共混物的相态及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 熔融共混制备互穿网络的理论基础
• 4.2.1 互穿网络弹性体定义
• 4.2.2 共混的相容性
• 4.2.3 剪切作用
• 4.2.4 共混互穿网络的组分比例
• 4.2.5 共混互穿网络的两相粘度
• 4.2.6 合适的交联及加工条件
• 4.3 实验内容
• 4.3.1 实验原料
• 4.3.2 实验仪器及设备
• 4.3.3 实验方法
• 4.3.4 测试及表征
• 4.3.5 研究路线
• 4.4 结果及讨论
• 4.4.1 FKM和NBR共混温度的确定
• 4.4.2 FKM硫化条件
• 4.4.2.1 硫化剂用量的影响
• 4.4.2.2 硫化促进剂用量的影响
• 4.4.2.3 防焦剂用量的影响
• 4.4.3 NBR的硫化条件
• 4.4.3.1 硫化体系及用量
• 4.4.3.2 防焦剂的用量
• 4.4.4 FKM／NBR共混橡胶的双硫化体系
• 4.4.5 FKM／NBR互穿网络的亚微相态
• 4.4.6 FKM／NBR共混互穿体系的差示扫描量热分析
• 4.4.7 FKM／NBR共混互穿体系的动态力学分析
• 4.4.8 FKM／NBR共混互穿体系的力学性能
• 4.4.8.1 FKM／NBR共混比对互穿体系的力学性能影响
• 4.4.8.2 加工条件对FKM／NBR IPN性能的影响
• 4.4.8.3 共混互穿网络FKM和NBR的模量关系
• 4.4.9 FKM／NBR共混互穿体系热重分析
• 4.5 小结
• 第5章 氟橡胶／丙烯酸酯橡胶熔融机械共混物的相态及性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验内容
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 实验仪器及设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 测试及表征
• 5.2.5 研究路线
• 5.3 结果及讨论
• 5.3.1 FKM／EACM共混体系的热力学相图
• 5.3.2 EACM的硫化体系
• 5.3.3 FKM／EACM共混弹性体的双硫化体系
• 5.3.4 FKM／EACM共混体系硫化胶的形态
• 5.3.5 FKM／EACM共混互穿体系的差示扫描量热分析
• 5.3.6 FKM／EACM共混互穿体系的动态力学分析
• 5.3.7 FKM／EACM共混互穿体系的力学性能
• 5.3.8 FKM／EACM共混互穿体系的老化性能
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录：博士期间论文发表目录
• 致谢