机械混炼反应插层法天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构与性能的研究

摘要

该论文采用机械混炼反应插层法,制备了一系列天然橡胶/蒙脱土插层纳米复合材料,并对其结构与性能进行研究.机械混炼反应插层法是对传统的机械混炼插层法的优化,此法在原方法基础上引入可反应的单体,该单体可与橡胶产生化学键合,又可对蒙脱土进行插层并在层间原位聚合,从而加强蒙脱土无机片层与天然橡胶大分子链段的相互作用,实现蒙脱土与橡胶在纳米尺度上的复合,同时又保留了机械混炼插层法工艺简单、易于工业化生产的优点.该文制备了几种常用的有机改性蒙脱土,并新开发了一种有机改性蒙脱土TMT,通过IR和XRD对其改性效果进行了研究,测试结果表明几种蒙脱土均已实现有机化,各蒙脱土的层间距有了不同程度的扩大:HMMT:2.73nm,ATM:1.32nm,EMT:1.46nm,TMT:1.53nm,USM:1.76nm.把上述各有机蒙脱土应用到天然橡胶中,HMMT有最好的填充效果,其次是TMT和USM.把反应性单体A应用到NR/USM和NR/HMMT复合体系中,采用机械混炼插层反应法制备了NR/USM/A、NR/HMMT/A纳米复合材料,通过多种分析测试手段对二体系进行了结构表征和性能测试.物理机械性能测试、硫化特性对比以及XRD测试表明A可以改善硫化体系、提高蒙脱土的插层效果,尤其是对HMMT,从而提高了硫化胶的综合性能;RPA测试表明A可以提高有机蒙脱土HMMT的分散效果;A可以在提高含有碳黑的NR/有机蒙脱土/CB体系的耐热氧老化性能的同时,提高体系的耐屈挠性能:NR/HMMT/CB体系19.2万次达六级龟裂,NR/HMMT/A/CB体系的为32.8万次.SEM、TEM、RPA和XRD测试表明反应性单体B可以提高NR/有机蒙脱土/RH体系的蒙脱土纳米插层效果,改善无机/有机界面结合作用,从而进一步提高体系的综合性能,同时还表明自制新型有机蒙脱土TMT在NR/有机蒙脱土/RH/B体系中比EMT、AMT分散效果更好;在含有碳黑的NR/有机蒙脱土/RH/B/CB体系中,B的引入可以降低硫化胶的硬度,提高断裂伸长率,同时体系的物理机械性能和耐热氧老化性能不降低;DMA、压缩疲劳试验和RPA测试表明B的引入可以提高硫化胶的减震效果、加工性能和耐屈挠性能:NR/TMT/RH/B/CB体系六级龟裂的次数达到了54.4万次,高于该文其他所有体系,同时该体系的减震效果在1~900cpm的震动频率范围内得到提升.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料(PLS)

1.1.1蒙脱土的晶体结构及其特点

1.1.2蒙脱土的有机改性

1.1.3聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构特点

1.1.4聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法

1.1.5聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的热力学研究

1.1.6聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能

1.1.7层状硅酸盐片层间距的表征

1.2橡胶/蒙脱土纳米复合材料

1.2.1橡胶/蒙脱土纳米复合材料的制备方法

1.2.2橡胶/蒙脱土纳米复合材料的性能

1.3高性能减震橡胶材料的研究

1.3.1橡胶减震作用的理论研究

1.3.2橡胶减震器材料的实际应用

1.3.3橡胶材料在减震器中的应用研究进展

1.4选题的目的意义、研究的主要内容与创新之处

第二章有机改性蒙脱土的制备及其在天然橡胶中的应用

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1原材料

2.2.2有机改性蒙脱土制备方法：

2.2.3基本配方

2.2.4混炼及硫化工艺

2.2.5分析与测试

2.3结果与讨论

2.3.1 HMMT、USM、AMT、EMT的XRD分析和红外(IR)分析

2.3.2新型有机蒙脱土TMT的XRD分析和IR分析

2.3.3新型有机改性蒙脱土TMT制备过程的研究

2.3.4有机蒙脱土的接枝率和接枝效率

2.3.5有机改性蒙脱土/NR复合体系的性能

2.4本章小结

第三章机械混炼反应插层法天然橡胶/蒙脱土/A纳米复合材料的结构和性能

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1原材料

3.2.2基本配方

3.2.3混炼及硫化工艺

3.2.4分析与测试

3.3结果与讨论

3.3.1反应性单体A用量对天然橡胶/有机蒙脱土复合体系的影响

3.3.2天然橡胶/有机蒙脱土/A复合体系的结构与性能

3.3.3天然橡胶/有机蒙脱土/A体系的交联密度

3.3.4天然橡胶/有机蒙脱土/A体系中A/填料及A/天然橡胶间的相互作用

3.3.5天然橡胶/HMMT、天然橡胶/HMMT/A体系的透射电镜照片

3.3.6天然橡胶/有机蒙脱土/A/碳黑复合体系的性能

3.4本章小结

第四章天然橡胶/蒙脱土/RH/B纳米复合材料的制备、结构与性能

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1原材料

4.2.2基本配方

4.2.3混炼及硫化工艺

4.2.4分析与测试

4.3结果与讨论

4.3.1 NR/EMT/RH、NR/AMT/RH、NR/TMT/RH复合体系的性能

4.3.2 NR/AMT/RH/B、NR/TMT/RH/B复合体系的结构与性能

4.3.3 NR/AMT/RH/B/CB、NR/TMT/RH/B/CB复合体系的性能

4.4本章小结

结论

参考文献

在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文

致谢