动态硫化型TPE/蒙脱土纳米复合材料的研制

论文摘要

通过动态硫化用聚丙烯（PP）／三元乙丙橡胶（EPDM）与蒙脱土熔融共混制备了热塑性弹性体（TPE）／蒙脱土纳米复合材料，并采用多种测试手段表征了体系的形态、结构和性能；通过改变加料顺序达到了改变相态和改善性能的目的：同时通过加入聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MA）来改善蒙脱土与聚合物间的相容性，研究了PP-g-MA对蒙脱土层间距和蒙脱土在聚合物中分散的影响。（1）研究了蒙脱土的有机改性对复合体系形态和性能的影响。X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表明通过有机改性，用动态硫化的方法可制备插层型结构的聚烯烃纳米复合材料。用有机改性蒙脱土使复合体系力学性能大大增强，蒙脱土用量为2.8 wt％时拉伸强度增大27％，此后随蒙脱土用量增大力学强度有所下降。若改变蒙脱土加料顺序，用蒙脱土先与EPDM共混（母料法），当蒙脱土用量为5 wt％时拉伸强度可增大40％。（2）研究了不同橡塑比下蒙脱土对复合体系性能的影响，确定了最佳的橡塑比为EPDM／PP=70／30；研究了不同类型的硫化剂以及硫化剂用量对蒙脱土层间距和体系性能的影响，结果表明使用酚醛树脂作硫化剂用量为1.5份（每100份EPDM）即可制备得到力学性能和加工性能较好的动态硫化型纳米复合材料。（3）研究了不同蒙脱土用量对复合体系形态和性能的影响。蒙脱土对橡胶粒子具有剪切作用，当蒙脱土用量较小时，橡胶粒子的尺寸和形态即发生显著变化，蒙脱土倾向于分布在两相界面。当蒙脱土用量为5 wt％时橡胶粒子会出现聚集。若采用蒙脱土先与EPDM共混的母料法，使蒙脱土优先分布于橡胶相，所制备的复合体系中橡胶粒子不会出现聚集，力学性能也更为优异。（4）研究了加入PP-g-MA对蒙脱土的分散和在复合体系中分布的影响。通过加入PP-g-MA可以增大蒙脱土的层间距，从而使体系的拉伸模量显著升高。同时PP-g-MA的加入改变了蒙脱土在复合体系中的分布形态。此外加入PP-g-MA使复合体系粘度降低，蒙脱土的剪切作用较小，因而橡胶粒子的尺寸较大。（5）研究了加入蒙脱土对硫化的影响。结果表明，蒙脱土对橡胶相的硫化时间、交联度的影响取决于蒙脱土的分布。（6）通过动态力学测试研究了橡胶相和PP的玻璃化转变。由于蒙脱土与聚合物强烈的相互作用，橡胶相和PP的内耗峰值大大下降，橡胶相和PP的玻璃化温度也因此发生变化并与蒙脱土在复合体系中的分布相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 蒙脱土的结构及有机改性
• 1.1.1 层状硅酸盐的基本结构单元
• 1.1.2 蒙脱土的有机化改性
• 1.1.3 有机阳离子在蒙脱土层间的排列方式
• 1.2 聚合物蒙脱土纳米复合材料的结构及制备方法
• 1.2.1 聚合物蒙脱土纳米复合材料的结构
• 1.2.2 聚合物蒙脱土纳米复合材料的制备方法及插层反应机理
• 1.3 聚合物/蒙脱土纳米复合材料.
• 1.3.1 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料
• 1.3.2 橡胶/蒙脱土纳米复合材料
• 1.3.3 聚合物合金蒙脱土纳米复合材料
• 1.4 动态硫化型热塑性弹性体的研究现状与应用
• 1.4.1 动态硫化型PP/EPDM热塑性弹性体概念及制备
• 1.4.2 TPV的微观形态结构
• 1.4.3 TPV的硫化
• 1.4.4 TPV的力学性能
• 1.4.5 影响TPV流动性的因素
• 1.5 聚烯烃热塑性弹性体纳米复合材料的研究进展
• 1.5.1 聚烯烃热塑性弹性体的填充改性
• 1.5.2 聚烯烃热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的研究
• 2 实验部分
• 2.1 原料
• 2.2 热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的制备
• 2.2.1 蒙脱土的有机改性
• 2.2.2 热塑性弹性体/蒙脱土纳米复合材料的制备
• 2.3 测试表征
• 2.3.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2 透射电子显微镜（TEM）
• 2.3.3 场发射扫描电子显微镜（FESEM）
• 2.3.4 示差扫描量热分析（DSC）
• 2.3.5 力学性能测试
• 2.3.6 动态粘弹测试（DMA）
• 2.3.7 流变性能测试
• 2.3.8 热失重测试（TGA）
• 3 结果与讨论
• 3.1 动态硫化型热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的形态及力学行为
• 3.1.1 蒙脱土与聚烯烃共混及硫化过程的X射线
• 3.1.2 TEM研究动态硫化型热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的相态
• 3.1.3 SEM研究动态硫化型热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的相态
• 3.1.4 热塑性弹性体蒙脱土复合体系制备配方的确定
• 3.1.5 蒙脱土在热塑性弹性体蒙脱土复合体系中的作用分析
• 3.1.6 蒙脱土与聚烯烃热塑性弹性体作用的机理分析
• 3.1.7 小结
• 3.2 动态硫化PP/EPDM/PP-g-MA/OMMT体系
• 3.2.1 加入PP-g-MA体系的X射线衍射分析
• 3.2.2 加入PP-g-MA体系的形态表征
• 3.2.3 加入PP-g-MA体系的力学性能变化
• 3.2.4 加入PP-g-MA对体系形态、拉伸模量和拉伸强度的影响
• 3.2.5 PP-g-MA对蒙脱土在复合体系中分布的影响
• 3.2.6 小结
• 3.3 动态硫化型热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的热性能和动态力学性能
• 3.3.1 热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的热性能
• 3.3.2 蒙脱土对复合体系动态力学性能的影响
• 3.3.3 小结
• 3.4 动态硫化型热塑性弹性体蒙脱土纳米复合材料的硫化性能及流变性能
• 3.4.1 蒙脱土对橡胶相硫化的影响
• 3.4.2 复合体系的流变性能
• 3.4.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 名称
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢