纳米粒子填充硅橡胶及纳米复合粒子凝胶体系的流变学研究

摘要

聚合物基纳米复合材料所具有的优异性能不但与纳米粒子优异的物理特性有关，而且与其自身的加工流变性能是密切相关的。对于不同的纳米复合体系而言，其流变性能也是大相径庭的。深入的了解纳米复合材料的结构和流变性能，不但可以优化加工工艺，更能得到性能可控的聚合物纳米复合材料。研究纳米复合材料流变性能通用的两种模式为小振幅振荡剪切(SAOS)和大振幅振荡剪切(LAOS)。本论文通过简单共混的方法制备了炭黑(CB)、碳纳米管(MWNT)及石墨烯(graphene)复合硅橡胶，以小振幅振荡剪切模式研究双组份加成硅橡胶及纳米复合硅橡胶的固化动力学及固化机理；通过简单共混的方法制备了SiO2/[BMIM]BF4凝胶分散体系，以大振幅振荡剪切模式研究纳米SiO2/[BMIM]BF4凝胶分散体系的凝胶化过程及体系的应变硬化行为。所得结果如下所示：
　　(1)通过等温小振幅振荡流变学方法研究了双组份加成硅橡胶的固化动力学。结果表明，在不同反应温度下，硅橡胶的凝胶化时间(tgel)随着反应温度的上升而降低，且存在一定的函数关系。通过 lntgel与反应温度(1/T)的关系可以估算出硅橡胶固化的表观活化能Ea=87.35 kJ/mol。通过Kamal-Sourour(K-S)反应模型对频率为10 rad/s的时间扫描实验结果拟合分析，得出αG′，αG″，α|G*|，αtorque的反应级数(m+n)都接近理想的硅氢加成反应级数2，αG″与K-S反应模型的拟合度高达0.998，通过αG″得到的lnkr随1/T的变化关系估算出的硅橡胶表观活化能Ea=86.79 kJ/mol与αgel求得的表观活化能Ea相近。基于K-S反应模型应用损耗模量G″为特征参量研究分析硅橡胶固化动力学过程最为合理。
　　(2)通过等温小振幅振荡流变学方法研究了不同形状的碳纳米粒子复合硅橡胶的固化过程。结果表明：CB/硅橡胶复合体系固化无滞后现象，WMNT/硅橡胶体系出现固化滞后现象，graphene/硅橡胶体系滞后现象最严重。通过XPS、BET氮气吸附、光学显微镜及拉曼光谱分析表明，纳米粒子表面官能团对复合材料的固化滞后现象无影响，复合硅橡胶出现滞后现象的原因是纳米粒子形状不同且比表面积不同，导致对硅橡胶分子的物理吸附能力不同。纳米粒子对硅橡胶吸附能力为：graphene＞MWNT＞CB。
　　(3)通过大振幅振荡流变学方法研究了纳米SiO2/[BMIM]BF4体系的凝胶化过程、体系的导电性、热稳定性及应变硬化行为。结果表明，SiO2含量为40 wt％是SiO2/[BMIM]BF4体系的临界凝胶化浓度。SiO2/[BMIM]BF4凝胶具有良好的热稳定性能和离子导电率。SiO2/[BMIM]BF4体系的应变硬化行为的产生是振荡过程中应变和应变速率共同作用的结果，其中主要发生在振荡过程中的高应变速率时，即应变速率主导了硬化行为。此外，三阶相位角在应变过程中的变化，发现随着应变振幅的增加，三阶相位角从第四象限开始逆时针变化到第一象限，应变增加对SiO2/[BMIM]BF4离子凝胶硬化行为贡献减小，应变速率的贡献增大。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1聚合物纳米复合材料流变学研究进展

1.2复合硅橡胶固化行为的研究现状

1.3离子凝胶流变行为的研究现状

1.4本文研究的目的和意义

第2章 双组分室温加成型硅橡胶的固化动力学

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章结论

第3章 碳质纳米粒子/硅橡胶复合体系固化动力学行为

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章结论

第4章 SiO2/离子液体凝胶制备及其应变硬化行为

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章结论

全文结论

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果