微纳米短纤维增强橡胶复合材料的结构与性能

论文摘要

本论文采用机械共混法制备了硅酸盐纳米纤维／氯丁橡胶复合材料，研究了复合材料的结构与性能，分析了针状硅酸盐良好增强效果的内在机制。借助硅烷偶联剂的原位改性和混合过程中的机械剪切力，凹凸棒石（AT）微米聚集体被解离成直径小于100纳米的纤维分散在橡胶基体中，纳米复合材料表现出短纤维／橡胶复合材料（SRFC）的应力应变特性和明显的力学性能各向异性。AT的优良增强效果来源于AT的纳米分散和良好的纤维-橡胶界面结合。因为AT在剪切力作用下被解离成纳米纤维，并沿受力方向定向排列。纳米级分散及较高的形状系数是AT增强的根本原因。 本文还研究了改性针状硅酸盐（PAT）与尼龙66短纤维（PA66）在氯丁橡胶（CR）中的并用情况和复合材料的各向异性。结果表明，CR／PAT／PA66复合材料具有较好的力学性能，复合材料在纤维取向方向和垂直取向方向的力学性能存在较明显的差异，具有明显的各向异性，证明PAT与PA66在CR中具有协同增强效应。 通过改性针状硅酸盐（PAT）与碳纳米管（CNTs）和尼龙短纤维（PA66）三种类型的纤维在丁腈橡胶中的应用对比情况，我们发现同体积份数下，采用硅烷偶联剂处理后的针状硅酸盐对丁腈橡胶的增强效果要优于碳纳米管的增强效果；硅烷偶联剂对针状硅酸盐的改性效果更明显。AT／NBR复合材料较PA66／NBR复合材料有更好的高温

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源、项目名称
• 1.2 文献综述部分
• 1.2.1 短纤维增强橡胶材料（SFRC）
• 1.2.2 短纤维增强橡胶的增强机理和取向研究
• 1.2.3 影响短纤维增强橡胶材料性能的关键因素
• 1.2.4 短纤维／橡胶复合材料的应用领域
• 1.2.5 纳米纤维增强聚合物的研究现状
• 1.2.6 纳米硅酸盐纤维的研究现状和前沿发展情况
• 1.2.6.1 针状硅酸盐介绍
• 1.2.6.2 凹凸棒土在橡胶中的应用
• 1.2.7 凹土作为填充增强剂的优势和存在的问题
• 1.2.8 论文选题的立论、目的和意义
• 1.3.研究技术路线
• 1.4 预期的研究成果及创新点
• 1.4.1 预期的研究成果及创新点
• 1.4.2 研究成果
• 第二章 试验部分
• 2.1 试验原材料及配方
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 基本配方
• 2.2 试验设备及测试仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 AT的表面改性
• 2.3.1.1 干法改性
• 2.3.1.2 现场改性
• 2.3.2 AT／橡胶复合材料的制备
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 硫化特性测试
• 2.4.2 门尼粘度测试
• 2.4.3 复合材料拉伸性能测试
• 2.4.3.1 拉伸强度的测试
• 2.4.3.2 定伸应力的测试
• 2.4.3.3 扯断伸长率的测试
• 2.4.3.4 扯断永久变形
• 2.4.3.5 撕裂强度测试
• 2.4.4 硬度
• 2.4.5 复合材料结构表征
• 2.4.5.1 投射电镜（TEM）
• 2.4.5.2 扫描电镜（SEM）
• 2.4.6 复合物的Payne效应测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 凹凸棒土／氯丁橡胶（CR）复合材料性能研究
• 3.1.1 改性剂对AT／CR复合材料的影响
• 3.1.1.1 改性与未改性的AT／CR复合材料性能对比
• 3.1.1.2 不同硅烷偶联剂对CR／AT复合材料力学性能影响
• 3.1.1.3 Si69用量对CR／AT复合材料性能的影响
• 3.1.2 改性AT用量对AT／CR复合材料性能的影响
• 3.1.2.1 改性AT用量对复合材料的硫化特性的影响
• 3.1.2.2 不同用量改性AT对复合材料力学性能的影响
• 3.1.2.3 CR／AT复合材料TEM观察
• 3.1.2.4 氯丁（CR）／改性AT复合材料断面的SEM观察
• 3.2 CR／AT／尼龙66短纤维并用的研究
• 3.2.1 不同加工工艺对CR／AT／PA66短纤维复合材料性能的影响
• 3.2.2 不同长径比的PA66短纤维等体积代替改性AT试验
• 3.2.2.1 1mmPA66短纤维改性CR／PA66／改性AT复合材料性能分析
• 3.2.2.2 2mmPA66短纤维改性CR／PA66／改性AT复合材料性能分析
• 3.2.2.3 3mmPA66短纤维改性CR／PA66／改性AT复合材料性能分析
• 3.2.2.4 短纤维长度对CR／改性AT／PA66复合材料的各向异性对比
• 3.2.3 CR／改性AT／PA66短纤维复合材料ESEM电镜观察
• 3.3 改性AT与炭黑、白炭黑对CR／PA66短纤维各向异性的影响研究
• 3.3.1 CR／白炭黑／PA66短纤维复合材料性能分析
• 3.3.1.1 力学性能分析
• 3.3.1.2 各向异性研究
• 3.3.2 CR／炭黑／PA66短纤维复合材料性能分析
• 3.3.2.1 力学性能分析
• 3.3.2.2 各向异性研究
• 3.3.3 三种填料与PA66短纤维在氯丁橡胶中的协同作用对比
• 3.4 短纤维复合材料类生产配方实验研究
• 3.4.1 不同用量改性AT对CR／改性AT／PA66复合材料力学性能的影响
• 3.4.2 PA66短纤维用量对CR／AT／PA66复合材料力学性能的影响
• 3.4.3 等体积改性AT代替PA66短纤维对复合材料性能的影响
• 3.4.3.1 力学性能研究
• 3.4.3.2 复合物的填料网络的研究
• 3.5 丁腈橡胶（NBR）／短纤维复合材料性能研究
• 3.5.1 NBR／AT与NBR／CNTS复合材料性能对比
• 3.5.1.1 复合材料的制备
• 3.5.1.2 力学性能对比
• 3.5.1.3 加工性能
• 3.5.1.4 复合材料的形态结构
• 3.5.2 改性AT、PA66短纤维、CNTS在NBR橡胶中的增强效果对比
• 3.5.2.1 加工工艺参数对比
• 3.5.2.2 NBR复合物的门尼粘度
• 3.5.2.3 NBR复合物的RPA定频率的应变扫描图
• 3.5.2.4 NBR复合材料力学性能对比
• 第四部分 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书
• 北京化工大学学位论文提交单（回执）