改性滑石粉增强羧基丁腈基材料力学性能的研究

摘要

粘弹性阻尼材料是当前生产生活中阻尼结构件的主要组成部分，此类材料的应用使得阻尼形式多样化、应用领域更加广泛、减振降噪效果更显著。近年来对于橡胶基阻尼材料的研究比较深入。橡胶基阻尼材料具有制备工艺简单、成品可实现多种特殊功能的特点。其中，填料是影响橡胶基阻尼材料性能的主要因素之一。目前，应用较为广泛的是炭黑、石墨烯等碳材料，而对于价格低廉、耐冲击性能好、光泽度高的滑石粉研究较少，而这些填料面临在有机物基体中难分散的共性问题。针对制约滑石粉(Talc)在广泛应用中难加工和难分散的问题，本论文利用材料表面改性技术，选择不同结构和性能的改性剂对滑石粉进行了表面有机修饰，不仅实现了复合滑石粉填料在橡胶基阻尼材料中的良好分散性和各项力学性能的强化，而且探索了改性剂结构与性能对填料的修饰效果及修饰机理，对实际的工程应用有重要参考价值和指导意义。 本论文采用沉降稳定性试验、水接触角(CA)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对改性的滑石粉填料进行微观形貌、化学成分及修饰机理的研究；同时，采用SEM进行形貌分析，万能拉伸试验机、动态力学性能分析仪(DMA)和冲击磨损试验机对改性滑石粉填充的羧基丁腈橡胶(XNBR)及其与聚氨酯(PU)共混物阻尼材料进行各项力学性能分析，探究改性复合滑石粉填料的填充性能。获得的主要结论如下： （一）改性剂类型对于滑石粉分散性的影响及机理 针对钛酸酯偶联剂NDZ201、硅烷偶联剂KH550和水溶性大分子PAAS改性钛白粉(TiO2)后球磨包覆滑石粉形成的Talc@TiO2复合填料，借助CA、SEM、FTIR和XPS等表征手段对其分散性能和分散机理进行研究，结果表明：使用NDZ201改性的TiO2及Talc@TiO2填料表面实现了有机化而增强了疏水性，从而能够在有机溶剂中得到稳定的分散性；而PAAS改性组填料虽然没有完全实现表面有机化，但是本身吸附的改性剂具有电负性，在溶液中可以实现电荷排斥作用，达到填料的稳定分散；KH550改性的填料分散稳定性不足，与KH550水解、缩合作用有关。 （二）Talc@TiO2的填充量和改性剂种类对于XNBR基材料的性能影响 表面改性填料的填充量和改性剂种类是影响其填充基体性能的主要因素之一。本论文研究了三种改性剂作用的Talc@TiO2填料对于XNBR和XNBR/PU的频率响应特性、热动态机械性能、拉伸性能、抗冲击性能和耐老化性能的功效，结果表明：在一定范围内随着填充量的增大，材料XNBR的储能模量随之增大，损耗因子和玻璃化转变温度则有所降低，抗冲击性能增强，受热后除了高填充量之外的基体几乎没有阻尼性能，而耐油性能非常好；而对于橡塑共混体系XNBR/PU，填料的加入有助于增强基体的力学性能，但是当填充量达到15 wt%时，压制成型过程中填料受压弹出基体，会出现孔洞，降低拉伸性能。因此，对于XNBR基阻尼材料，改性填料Talc@TiO2应以10 wt%~15 wt%为宜。相比之下，PAAS改性组的Talc@TiO2各项力学性能都较好，KH550其次，NDZ201只比未使用改性剂的纯Talc@TiO2对照组略好。而耐油耐热性能则是KH550和PAAS较好。改性的填料由于分散性的提高而使其填充XNBR基材料的有效体积增大，使用相对较少的量即可达到理想阻尼性能。

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摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1引言

1.2.1 阻尼材料的阻尼机理

1.2.2 阻尼材料表征

1.2.3阻尼材料改性研究进展

1.3填料表面改性及其相关理论

1.3.1填料表面的物理化学性质

1.3.2 表面改性的方法及工艺

1.3.3 表面改性剂的选择

1.3.4 滑石粉表面改性研究现状

1.4.1 研究的目的和意义

1.4.2 研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 实验原料

2.2 实验设备和仪器

2.3.1改性滑石粉的制备

2.3.2 XNBR基材料的制备

2.4.1水接触角测量

2.4.2沉降稳定性测试

2.4.3微观形貌分析

2.4.4化学成分分析

2.4.5动态力学性能分析

2.4.6冲击试验

2.4.7耐油防热氧老化试验

2.4.8常规力学性能测试

第3章 不同改性剂对Talc@TiO2分散性能的影响

3.1.1 疏水性能

3.1.2微观形貌

3.1.3化学成分

3.2改性剂对Talc@TiO2分散性的研究

3.2.1疏水性能

3.2.2微观形貌

3.2.3 化学作用机理

3.3本章小结

第4章 Talc@TiO2对XNBR基材料力学性能的影响

4.1.1机械性能

4.1.2频率响应特性

4.1.3阻尼性能

4.1.4耐冲击性能

4.1.5防老化性能

4.2.1机械性能

4.2.2阻尼性能

4.2.3 耐冲击性能

4.2.4耐老化性能

4.3本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果