蒙脱土/橡胶纳米复合材料结构与性能的研究

论文摘要

与传统的聚合物基复合材料相比,蒙脱土／聚合物纳米复合材料因表现出许多优异的性能已引起了人们极大的兴趣。当蒙脱土以单个的片层均匀分散于聚合物基体中,或聚合物分子链插入蒙脱土层间,所得的纳米复合材料的性能可获得显著的提高,甚至出现许多新的性能。因此,关于该类纳米复合材料的制备以及结构与性能关系等问题的研究具有重要的理论价值和实际意义。本文通过溶液插层法和混炼插层法来制备丁苯橡胶／蒙脱土纳米复合材料,进而对其结构和性能进行研究,同时,以热固性树脂为模型研究了蒙脱土纳米复合材料的阻燃机理,主要内容包括：1)确定溶液法制备丁苯橡胶／蒙脱土纳米复合材料的工艺条件。通过广角X射线衍射对复合材料插层结构进行表征及力学性能测试,分别研究了蒙脱土含量、混合温度和混合时间等变量的影响,确定了最佳的工艺条件。结果表明,混合温度50℃、混合时间12h时,加入蒙脱土后拉伸强度和断裂伸长率均增加,但是除了加入6.0phr的拉伸强度稍大于纯胶外,其他的均低于纯胶,当蒙脱土加入量超过6.0phr时,力学性能开始迅速下降。对其动态力学性能进行表征,发现采用溶液法对其动态力学性能影响很不明显。2)采用直接混炼的办法制备丁苯橡胶／蒙脱土纳米复合材料。通过广角X射线衍射及力学性能测试,分别研究了丁苯橡胶插层无机蒙脱土和有机蒙脱土的插层效果。结果发现,经直接混炼之后,有机蒙脱土的衍射峰向小角度偏移很小,层间距没有明显变化；而无机蒙脱土的衍射峰明显向小角度偏移,层间距增大超过三倍。同时,随无机蒙脱土加入量的增加,所得复合材料的拉伸强度先增后减,断裂伸长率则一直增加,而且增加幅度最大将近一倍,定伸强度小幅增加后下降,动态力学性能同样呈现先增后降趋势。显然,无机蒙脱土的插层效果要好于有机蒙脱土,其加入量为3.0phr时,力学性能和阻尼性能最好。3)以蒙脱土／固体环氧树脂体系为模型研究纳米颗粒在燃烧聚合物中的迁移行为,探讨其阻燃机理。发现纳米颗粒能够在熔融的聚合物中迁移,并在燃烧的聚合物表面富集,形成阻隔层。通过影响外界热量供给,减缓内部聚合物热解速率,同时,在一定程度上阻隔聚合物裂解可燃成分的外溢,从而实现有效阻燃的目的。基于上述结论,在热固性树脂基复合材料表面预先植入碳纳米管、碳纳米纤维、蒙脱土等纳米材料阻隔层,制备了阻燃型热固性树脂基复合材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的研究进展
• 1.2.1 蒙脱石的结构与性质
• 1.2.2 聚合物/蒙脱土复合材料的分类
• 1.2.3 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法
• 1.2.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的结构表征
• 1.2.5 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的性能及应用
• 1.3 橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究现状
• 1.3.1 橡胶/蒙脱土纳米复合材料的制备方法
• 1.3.2 天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究
• 1.3.3 合成橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究
• 1.4 本课题立项依据及研究目的
• 2 实验部分
• 2.1 实验原材料及配方
• 2.1.1 实验原材料
• 2.1.2 实验配方
• 2.2 实验设备及测试仪器
• 2.3 实验工艺
• 2.3.1 溶液法制备橡胶/蒙脱土复合材料
• 2.3.2 直接混炼制备橡胶/蒙脱土复合材料
• 2.3.3 模型聚合物的制备及应用
• 2.4 性能测试与表征
• 2.4.1 力学性能测试
• 2.4.2 X射线衍射测试
• 2.4.3 动态力学性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 溶液插层法制备蒙脱土/橡胶纳米复合材料
• 3.1.1 溶液插层法制备复合材料的条件
• 3.1.2 溶液插层法制备复合材料的性能表征
• 3.2 直接混炼制备蒙脱土/橡胶纳米复合材料的尝试
• 3.2.1 蒙脱土的处理
• 3.2.2 直接混炼制备蒙脱土/橡胶复合物的尝试
• 3.3 直接混炼制备蒙脱土/SBR复合材料
• 3.3.1 直接混炼制备蒙脱土（水）/SBR复合材料
• 4/SBR复合材料'>3.3.2 直接混炼制备DK₄/SBR复合材料
• 3.3.3 直接混炼制备蒙脱土/SBR复合材料
• 4/蒙脱土橡胶复合物的性能比较'>3.3.4 直接混炼制得的DK₄/蒙脱土橡胶复合物的性能比较
• 3.3.5 直接混炼制备蒙脱土/SBR复合材料的动态力学性能
• 3.3.6 硫化过程对于蒙脱土分散情况的影响
• 3.4 纳米颗粒在聚合物复合材料中的阻燃机理及应用探索
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢