剥离型天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构与性能的研究

摘要

本课题对天然橡胶与有机蒙脱土复合制备纳米复合材料进行了研究。采用低填充量的有机蒙脱土来代替常用的补强剂，主要探讨了几种有机蒙脱土对天然橡胶的多种性能的影响，筛选出了最佳的有机蒙脱土，制备出了各项性能优异的剥离型天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料。 首先采用不同牌号的有机蒙脱土使用开炼机直混法与天然橡胶进行复合，试验结果表明不同牌号的蒙脱土对天然胶的性能影响各有不同，其中号、Ⅳ号蒙脱土与天然橡胶复合后力学性能基本改变，只是起到了惰性填料的作用，而Ⅱ号、Ⅲ号、Ⅴ号、Ⅵ蒙脱土对天然橡胶的力学性能的提高程度也明显不同，其中的Ⅲ号土对天然橡胶的各种性能提高幅度最大，因而选取Ⅲ号土作为最佳的有机蒙脱土。 将天然橡胶与不同含量的Ⅲ号有机蒙脱土利用直混法进行复合，成功的制备出了天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料。 透射电子显微镜(TEM)观察发现制备出了剥离型的纳米复合材料，蒙脱土片层在橡胶基体中均匀分散，尺寸都在10nm以下，当有机蒙脱土用量达到6份时，明显的开始出现部分插层型结构，因此重点对有机蒙脱土含量1-5份进行研究。在Ⅲ号有机土的含量只有1.0％wt时纳米复合材料的拉伸强度就从13.04MPa提高到了19.63MPa(提高了50.5％)，Ⅲ号有机土的含量只有3.0％wt时纳米复合材料的拉伸强度就从13.04MPa提高到了23.41MPa(提高了79.5％)，而撕裂强度从有机土的含量在1.0％wt时提高到34.83Mpa。在力学性能研究的基础上，利用TGA测试、溶剂渗透性测试和气体渗透率测试，表征了材料的耐热性、耐油性和气体阻隔性。气体渗透性测试分析结果显示，加入有机蒙脱土含量仅为3份时，氧气渗透率降低了49.4％，气体阻隔性大大提高。并且利用实际的投射电子显微镜照片制作的示意图，分析说明了蒙脱土片层的阻隔效应原理。溶胀实验测试结果表明，有机蒙脱土的加入使纳米复合材料的溶胀指数明显降低，说明其耐油性明显提高。对纳米复合材料进行热失重(TGA)实验测试发现，有机蒙脱土的加入，使纳米复合材料的初始降解的温度和最快降解温度都有明显升高，说明纳米复合材料的耐热性提高。深入探讨了纳米复合材料的配方及制备工艺、亚微观形态和性能之间的关系。其中采用预凝胶法制备的纳米复合材料，蒙脱土片层分散尺寸更小，分散更均匀。 在复合填料(碳黑、陶土、滑石粉、碳酸钙等)与天然橡胶中加入Ⅲ号蒙脱土时制备的纳米复合材料的性能也有一定的提高，其中碳酸钙(50％wt)与天然橡胶的复合中加入3.0％wtⅢ号蒙脱土时其拉伸性能就从15.23 MPa提高到22MPa。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一章文献综述

1.1纳米复合材料的综述

1.2聚合物/蒙脱土纳米复合材料概述

1.3蒙脱土的结构特点

1.4橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究

1.5本课题研究的主要内容、目的和意义

第二章实验部分

2.1原材料及主要实验仪器设备

2.2实验方法

2.3纳米复合材料的表征方法

第三章不同牌号的蒙脱土与天然橡胶的复合

引言

3.1NR/OMMT纳米复合材料的力学性能分析

3.2纳米复合材料的亚微观结构分析

3.3不同牌号的蒙脱土制得的预凝胶与天然橡胶的复合

3.4本章小结

第四章Ⅲ号蒙脱土与天然橡胶的复合

前言

4.1加入OMMT的NR的性能对比

4.2加入预分散有机土凝胶的NR的性能对比

4.3本章小结

第五章不同复合填料与天然橡胶的复合

前言

5.1加入复合填料的(50份)NR的性能对比

5.2本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢