HNBR/OMMT纳米插层复合材料的制备及性能研究

摘要

螺杆泵长期工作在高温、高压、高腐蚀的恶劣环境,其使用寿命完全取决于定子橡胶的性能,开发性能优异的定子材料对提高螺杆泵的使用寿命具有重要意义。聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料由于具有优异的力学性能、耐热性、阻隔性、阻燃性等,成为定子橡胶材料的研究热点。本文采用有机化蒙脱土(OMMT)改性氢化丁腈橡胶(HNBR)并用以制备定子材料,以提高定子的阻隔性和耐老化性能,从而延长其使用寿命。
　　 本论文分别以HNBR-4367和HNBR-4307为基体材料,选用四种OMMT(1.24TL、1.30P、1.44P和1.44PS)和两种硫化剂(硫磺和过氧化物双2.5),利用熔融插层法制备了HNBR/OMMT纳米复合材料。研究了扭矩曲线和硫化曲线并确定硫化条件:硫磺硫化的时间为15min,双22.5硫化的时间为25min,硫化温度均为165℃。
　　 借助X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了OMMT在橡胶基体中的分散情况,分析表明不同种类蒙脱土的层间距在橡胶基体中有不同程度的增加。蒙脱土1.24TL在橡胶基体中以聚集体形式存在,蒙脱土1.30P、1.44P与1.44PS在橡胶基体中以纳米级尺寸分散在橡胶基体中,同时证明了硫磺硫化具有解插层的作用。
　　 本论文还探讨了硫化剂种类、OMMT类型对纳米复合材料性能(力学性能、耐老化性能、阿克隆磨耗、体积膨胀率等)的影响。研究表明硫磺硫化的纳米复合材料的力学性能比双2.5硫化的纳米复合材料的力学性能更优异,而双2.5硫化的纳米复合材料具有更好的耐老化性能:蒙脱土分散性好的纳米复合材料的力学性能、耐老化性能和耐磨耗性能都比蒙脱土分散性差的纳米复合材料的优异。同时发现HNBR-4307/OMMT纳米复合材料比HNBR-4367/OMMT纳米复合材料的耐老化性能好。