CNTs在特种橡胶中的填充效应

摘要

由于碳纳米管（CNTs）具有极高的机械强度、独特的金属或半导体导电特性、吸附能力等，被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料。本课题主要研究CNTs在特种橡胶中的填充效应，即CNTs对特种橡胶性能的影响，包括硅橡胶（MVQ）、氟橡胶（FKM）、丁腈橡胶（NBR）和氢化丁腈橡胶（HNBR），性能包括硫化特性、力学性能、高温拉伸性能、耐老化性能、耐磨性能、导电性能、导热性能、压缩生热性能、动态力学性能、加工性能，并通过扫描电子显微镜观察CNTs在橡胶基体中的分散情况。
　　结果表明：随着CNTs含量的增加，MVQ的硬度、100％定伸应力逐渐提高，拉伸强度、撕裂强度先提高后下降，拉断伸长率逐渐降低；高温下MVQ的拉伸强度、拉断伸长率、100%定伸应力降低，加入CNTs后，拉伸强度保持率逐步提高，可见其耐热性提高。加入CNTs，MVQ的导电性能明显提高，导热性能有所提高；通过扫描电子显微镜观察拉伸试样断面可知，CNTs在MVQ基体中分散较均匀。当CNTs用量为6份时，MVQ的力学性能最好；当拉伸方向与压延方向平行时，MVQ的拉伸强度较大，而撕裂强度较小；延长压延时间，能提高MVQ的力学性能。长径比较小的CNTs比长径比大的CNTs在MVQ中分散均匀，其补强MVQ的性能也更好。
　　随着CNTs含量的增加，FKM的扭矩增大，硫化时间延长，硬度、拉伸强度、100%定伸应力、撕裂强度逐渐提高，拉断伸长率逐渐降低。对于硅藻土填充FKM，高温下拉伸强度降低，但加入CNTs后，拉伸强度保持率提高；随着CNTs含量的增加，FKM的导热性能、耐磨性能逐渐提高。通过扫描电子显微镜观察拉伸试样断面可知，CNTs在FKM基体中只是局部分散均匀。
　　随着CNTs用量的增加，NBR的最小扭矩和最大扭矩逐渐增大，焦烧时间和正硫化时间逐渐减少；拉伸强度和撕裂强度均是先提高后降低，拉断伸长率逐渐降低，100%定伸应力和300%定伸应力显著提高；高温拉伸性能中，拉伸强度保持率逐渐提高；导热系数逐渐提高，DIN磨耗体积逐渐降低。压缩疲劳性能中，随着CNTs用量的增加，静压缩率逐渐降低，永久变形和疲劳温升逐渐增加。动态力学性能中，加入CNTs后，橡胶的损耗因子峰值降低，储能模量在温度较低时变大。CNTs预分散体运输方便、称量准确、加料快速，并且橡胶性能较好、较均匀。由扫描电子显微镜可知，与普通CNTs相比，CNTs预分散体在橡胶基体中分散较均匀。
　　随着CNTs含量的增加，HNBR的扭矩增大，硫化时间缩短；拉伸强度基本不变，硬度、100%定伸应力、撕裂强度逐渐提高，拉断伸长率、回弹性减小。老化后拉伸强度无明显变化，硬度、100%定伸应力提高，拉断伸长率减小；在高温拉伸性能中，加入CNTs后，拉伸强度、100%定伸应力保持率提高。对于橡胶的动态力学性能，加入CNTs后，储能模量增大，损耗因子峰值减小；由橡胶加工分析仪可知，加入CNTs后，弹性模量增大，损耗因子减小。CNTs在橡胶基体中整体分散比较均匀，局部存在团聚现象。与甲基丙烯酸锌（ZDMA）增强的橡胶相比，CNTs增强橡胶的扭矩较大，硫化时间较短；其力学性能、老化性能、高温拉伸性能和耐磨性能较好；由橡胶加工分析仪可知，CNTs增强橡胶的储能模量较大，损耗因子较小。

目录

符号说明

第一章 文献综述

1.1碳纳米管

1.2 硅橡胶

1.3氟橡胶

1.4丁腈橡胶

1.5氢化丁腈橡胶

1.6课题研究内容

第二章 碳纳米管在硅橡胶中的填充效应

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 碳纳米管在氟橡胶中的填充效应

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 碳纳米管在丁腈橡胶中的填充效应

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 碳纳米管在氢化丁腈橡胶中的填充效应

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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