氧化石墨烯-橡胶的相互作用及其对橡胶性能的影响

摘要

氧化石墨烯(GO)因其独特性质和结构成为制备高性能橡胶的潜在填料，但其与非极性橡胶的相互作用差，影响补强效果。本文研究了羧基丁腈橡胶(xNBR)与GO间的相互作用，利用极性xNBR改性GO-丁苯橡胶(SBR)体系，提高GO的补强效果。结果表明:xNBR与GO之间存在氢键作用;xNBR改性后GO能在SBR基体中均匀分散，硫化胶交联程度明显提升。与空白胶相比，填充3 phr改性GO，硫化胶的拉伸强度提升了359％;填充5 phr时，硫化胶的定伸模量(M100、M300)以及撕裂强度分别提升了149％、356％和310％，材料最大热分解速率温度(Tmax)提升了17.49℃，导热系数提升了33％，溶剂吸附常数(Qe)下降了18％。
　　而GO的氧化程度对于表面性质以及GO-橡胶的相互作用有较大影响，从而影响补强效果。不同氧化程度GO制备及性能研究表明:氧化剂用量增加，填料碳氧比下降，层间距增加，剥离程度增加，热稳定性下降，水溶液中ζ电位下降，稳定性增加。
　　不同氧化程度GO对橡胶性能的补强研究表明:xNBR基体中，随GO氧化程度增加，填料-橡胶界面相互作用更强，分散更均匀。与空白胶相比，填充GOD3（制备氧化剂用量比为3），硫化胶交联密度最大，Qe下降8.8％;填充GOD15（制备氧化剂用量比为15），硫化胶拉伸强度、撕裂强度、M100和M300达到最佳，分别提升115％、88％、111％和269％;20℃/min下，Tmax提升8.41℃;导热系数提升了33％。xNBR/SBR共混基体中，填料氧化程度增加，接触角从98.56°下降到69.33°。与空白胶相比，填充GOD3，硫化胶玻璃化温度提升了3.11℃。填充GOD9（制备氧化剂用量比为9），拉伸强度最佳，提升了192％。填充GOD15，硫化胶热稳定性最佳，Tmax提升29.42℃。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 氧化石墨烯

1．2．1 氧化石墨烯的简介

1．2．2 氧化石墨烯的应用进展

1．3 氧化石墨烯的制备及氧化程度的控制和研究进展

1．3．1 氧化石墨烯的制备方法

1．3．2 氧化石墨烯氧化程度的控制及其对性能的影响

1．3．3 氧化石墨烯氧化程度对聚合物性能提升

1．4 氧化石墨烯与橡胶复合材料的研究进展

1．4．1 氧化石墨烯艨胶复合材料的制备方法

1．4．2 氧化石墨烯的改性

1．4．3 氧化石墨烯对橡胶材料的性能影响

1．4．4 其他

1．5 本课题的选题意义和主要研究内容

2 羧基丁腈橡胶改性氧化石墨烯／丁苯橡胶复合材料性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品与仪器

2．2．2 实验配方与样品制各

2．2．3 性能表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 羧基丁腈橡胶与氧化石墨烯的相互作用

2．3．2 硫化性能

2．3．3 填料分散与取向

2．3．4 交联网络结构

2．3．5 物理机械性能

2．3．6 热稳定性

2．3．7 导热性能

2．3．8 耐溶剂性能

2．4 本章小结

3 不同氧化程度氧化石墨烯的制备和表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品与仪器

3．2．2 不同氧化程度GO的制备和配方

3．2．3 性能表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 红外谱图

3．3．2 X光电子能谱表征

3．3．3 拉曼光谱

3．3．4 紫外-可见光谱表征

3．3．5 X射线衍射表征

3．3．6 透射电子显微镜表征

3．3．7 原子力显微镜表征

3．3．8 热失重分析

3．3．9 ζ电位

3．4 本章小结

4 不同氧化程度氧化石墨烯／羧基丁腈橡胶复合材料的制备及性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品与仪器

4．2．2 实验配方与样品制备

4．2．3 性能表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 凝胶过程讨论

4．3．2 硫化性能

4．3．3 填料分散与取向

4．3．4 不同氧化程度氧化石墨烯与羧基丁腈橡胶的相互作用

4．3．5 交联网络结构

4．3．6 物理机械性能

4．3．7 热稳定性

4．3．8 Flynn-Wall-Ozawa法研究热降解动力学

4．3．9 导热性能

4．3．1 0 耐溶剂性能

4．4 本章小结

5 不同氧化程度氧化石墨烯／羧基丁腈橡胶-丁苯橡胶共混复合材料的制备和性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验药品与仪器

5．2．2 样品制备与配方

5．2．3 性能表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 硫化性能

5．3．2 填料分散与取向

5．3．3 物理机械性能

5．3．4 热稳定性

5．3．5 导热性能

5．3．6 水接触角测试

5．4 本章小结

6 结论

6．1 本课题主要结论

6．2 本课题特色与创新

6．3 尚待进一步解决的问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况