高气体阻隔性能弹性体的制备及有机粘土/橡胶纳米复合材料微观结构的后工艺响应

论文题目: 高气体阻隔性能弹性体的制备及有机粘土/橡胶纳米复合材料微观结构的后工艺响应

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 梁玉蓉

导师: 张立群

关键词: 层状硅酸盐,橡胶,纳米复合材料,气体阻隔性能,微观相态结构,后工艺响应

文献来源: 北京化工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本论文的主要工作和成果分为以下两个部分: 第一部分:高气体阻隔性能弹性体的制备: 虽然纳米复合材料是当今材料科学研究的热点领域之一,但有许多重要的应用性能和理论问题亟待解决。现有橡胶材料的气体阻隔性能较差,需要提高,是一个具有重要价值的应用课题。在轮胎行业,如何获取高气密性内胎和内衬层材料一直是人们研究的重点,而一些航空航天的高性能弹性体对气密性的要求也非常苛刻。层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料的成功制备为目前橡胶不能兼顾气密性和其他性能提供了一种解决方案。 (卤化)丁基橡胶由于具有优异的气体阻隔性能,一直在橡胶行业独树一帜。粘土具有片层结构,这种结构对气体阻隔非常有利,如果将片层的粘土以纳米尺寸均匀地分散在(卤化)丁基橡胶中,纳米厚度的分散层具有非常大的形状系数,填料和基体胶的气密性优势可以相得益彰,能够得到一种气体阻隔性能优异,综合性能好的橡胶/粘土纳米复合材料。本论文从制备方法、结构与性能之间的关系等方面进行了研究,主要内容归结如下: (1)S-IIRCN与M-IIRCN的制备及其结构性能: 与纯IIR及采用传统方法制备的微米复合材料相比,S-IIRCN与M-IIRCN具有优异的力学性能和气体阻隔性能;由于S-IIRCN比M-IIRCN具有更大的形状系数,因而表现出更为优异的力学性能和气密性能。 (2)XIIRCN的制备及其结构性能: 卤化丁基橡胶/有机粘土纳米复合材料具有优异的力学、气体阻隔性能,因而

论文目录:

摘要

ABSTRACT

主要缩写符号及物理量单位说明

第一部分文献综述

1.1 论文课题的来源

1.2 层状硅酸盐／聚合物纳米复合材料的研究进展

1.2.1 聚合物增强技术的研究进展

1.2.2 层状硅酸盐的结构、性质、有机化及应用

1.2.3 层状硅酸盐／聚合物纳米复合材料的制备方法

1.2.3.1 原位插层聚合法

1.2.3.2 熔体插层法

1.2.3.3 溶液插层法

1.2.3.4 乳液法

1.2.4 层状硅酸盐／聚合物纳米复合材料插层理论分析

1.2.5 层状硅酸盐／聚合物纳米复合材料的结构

1.2.6 层状硅酸盐／聚合物纳米复合材料的性能

1.2.6.1 气体阻隔性

1.2.6.2 力学性能

1.2.6.3 热稳定性及阻燃性能

1.2.6.4 导电性

1.2.6.5 生物降解性

1.2.6.6 光-电性能

1.3 橡胶气体阻隔性能的研究进展

1.3.1 (卤化)丁基橡胶

1.3.2 橡胶／粘土纳米复合材料气密性的影响因素

1.3.2.1 聚合物结构与类型

1.3.2.2 填料的形状、补强性、用量和填料在基体中的分散

1.3.2.3 填料与聚合物界面结合

1.4 加工过程对微观相态结构的影响

1.4.1 热塑性基体

1.4.2 热固性基体

1.4.2.1 热固性塑料

1.4.2.2 橡胶

1.5 论文的立题依据、研究思路、研究内容和目的意义

1.5.1 论文立题依据及研究目的

1.5.2 研究内容

1.5.3 研究思路

1.5.4 研究的创新性

第二部分高气体阻隔性能弹性体的制备

第一章实验部分

1.1 实验原材料及配方

1.1.1 实验原料

1.1.2 实验设备及仪器

1.1.3 实验配方

1.2 实验工艺

1.2.1 溶液插层法制备有机粘土／丁基橡胶纳米复合材料

1.2.2 熔体插层法制备有机粘土／(卤化)丁基橡胶纳米复合材料

1.2.3 熔体法制备无机粘土／丁基橡胶微米复合材料

1.2.4 有(无)机粘土／橡胶纳(微)米复合材料混炼工艺

1.2.5 有机粘土／各种橡胶基体混合物的制备

1.3 表征与测试

1.3.1 有机粘土／橡胶复合物的性能测试

1.3.1.1 硫化特性测试

1.3.1.2 Payne效应分析

1.3.2 有机粘土／橡胶复合材料的性能测试

1.3.2.1 力学性能测试

1.3.2.2 气密性能测试

1.3.2.3 Payne效应分析

1.3.3 有机粘土/橡胶复合物及复合材料的微观结构表征

1.3.3.1 XRD分析

1.3.3.2 TEM分析

第二章 ⅡR/有机粘土纳米复合材料的制备、结构与性能

2.1 溶液插层法制备有机粘土/ⅡR纳米复合材料的结构

2.2 熔体插层法制备有机粘土/ⅡR纳米复合材料的结构

2.3 有机粘土/丁基橡胶纳米复合材料的力学性能

2.4 有机粘土/丁基橡胶纳米复合材料的气体阻隔性能

2.4.1 填料形状对ⅡR纳米复合材料气体阻隔性能的影响

2.4.2 有机粘土变量对溶液插层法制备的ⅡR/有机粘土纳米复合材料透过氮气流量的影响

2.4.3 S-ⅡRCN与M-ⅡRCN气体阻隔性能对比

第三章 XⅡR/有机粘土纳米复合材料的结构与性能

3.1 有机粘土/CⅡR纳米复合材料的结构

3.2 有机粘土/BⅡR纳米复合材料的结构

3.3 有机粘土/卤化丁基橡胶纳米复合材料的性能

3.3.1 有机粘土/氯化、溴化丁基橡胶纳米复合材料的力学性能

3.3.2 有机粘土/氯化、溴化丁基橡胶纳米复合材料的Payne效应

3.3.3 有机粘土/氯化、溴化丁基橡胶纳米复合材料的气体阻隔性能

第四章预膨胀有机粘土与机械共混法制备ⅡRCN

4.1 预膨胀有机粘土与机械共混法制备ⅡRCN的微观相态结构

4.2 预膨胀有机粘土与机械共混法制备ⅡRCN的力学性能

4.2.1 采用不同方法制备ⅡRCN的力学性能

4.2.2 ⅡR/不同有机溶剂预膨胀有机粘土纳米复合材料的力学性能

4.2.3 粘土变量对采用预膨胀有机土与机械共混法制备的ⅡRCN力学性能的影响

4.3 预膨胀有机粘土与机械共混法制备ⅡRCN的气体阻隔性能

4.3.1 不同方法制备的ⅡRCN的气密性能

4.3.2 粘土变量对采用预膨胀有机粘土与机械共混法制备的ⅡR/有机粘土纳米复合材料气体阻隔性能的影响

第三部分有机粘土/橡胶纳米复合材料微观结构的后工艺响应

第五章硫化前后橡胶/粘土纳米复合材料微观结构的变化

5.1 不同方法制备的ⅡR/有机粘土复合体系硫化前后微观结构的变化

5.1.1 溶液插层法

5.1.2 熔体插层法

5.1.3 预膨胀有机粘土与机械共混法

5.2 熔体插层法制备橡胶/有机粘土纳米复合材料

5.2.1 非极性橡胶基体/有机粘土复合体系硫化前后微观相态结构的变化

5.2.2 极性橡胶基体/有机粘土复合体系硫化前后微观相态结构的变化

5.2.2.1 BⅡR/有机粘土复合体系

5.2.2.2 NBR/有机粘土复合体系

5.3 时间效应

第六章热处理工艺对ⅡR/有机粘土混合物微观相态结构的影响

6.1 熔体插层法制备的ⅡR/有机粘土混合物的热处理实验

6.1.1 ⅡR/有机粘土混合物的微观结构表征

6.1.2 热处理工艺对ⅡR/有机粘土混合物微观相态结构的影响

6.1.2.1 热处理温度的影响

6.1.2.2 热处理时间的影响

6.1.2.3 压力的影响

6.1.2.4 微观相态结构转化机理

6.1.2.5 化学交联反应对微观相态结构的影响

6.2 溶液插层法制备ⅡR/有机粘土混合物的热处理实验

6.2.1 ⅡR/有机粘土混合物的微观结构表征

6.2.2 热处理工艺对ⅡR/有机粘土混合物微观相态结构的影响

6.2.2.1 热处理温度的影响

6.2.2.2 微观相态结构转化机理

6.2.2.3 热处理时间的影响

6.2.2.4 压力的影响

6.2.2.5 化学交联反应的影响

第七章热压处理对不同极性橡胶基体微观相态结构的影响

7.1 非极性橡胶

7.1.1 ⅡR/有机粘土混合物

7.1.2 EPDM/有机粘土混合物

7.1.3 SBR有机粘土混合物

7.2 极性橡胶

7.2.1 BⅡR/有机粘土混合物

7.2.2 NBR/有机粘土混合物

7.2.3 XNBR/有机粘土混合物

第八章橡胶/有机粘土纳米复合材料微观相态结构的改善

8.1 非极性橡胶/有机粘土纳米复合材料微观相态结构的改善

8.1.1 常压(大气压)硫化

8.1.2 低压硫化

8.1.2.1 压力大小对微观相态结构的影响

8.1.2.2 低压硫化ⅡR/有机粘土纳米复合材料的微观相态结构

8.1.2.3 低压硫化制备的ⅡR/有机粘土纳米复合材料的力学性能

8.1.2.4 低压硫化制备的ⅡR/有机粘土纳米复合材料的气体阻隔性能

8.1.3 高温硫化

8.1.4 超促进剂快速硫化

8.2 极性橡胶/有机粘土纳米复合材料微观相态结构的改善

8.2.1 极性大小不同的NBR/有机粘土复合体系的WAXD分析

8.2.2 极性大小不同的NBR/有机粘土复合体系的TEM分析

结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文及专利

发布时间: 2005-09-26

参考文献

[1].功能性聚酯（PET）复合材料的制备和性能研究[D]. 殷勤俭.四川大学2007

高气体阻隔性能弹性体的制备及有机粘土/橡胶纳米复合材料微观结构的后工艺响应

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