碳纳米管与通用橡胶之间的相互作用及机理研究

摘要

碳纳米管因其独特的结构和良好的电学、力学及化学等性能使它成为橡胶理想的补强材料。因此，也推起学者们对碳纳米管和橡胶间界面作用研究的热潮，但至今没有得出统一的结论。为了进一步全面的研究碳纳米管和橡胶之间的相互作用及作用机理，本课题在宏观上通过结合胶及紧密结合胶含量初步研究界面作用强弱，微观上通过XPS、GPC、LFS-NMR、SEM、Raman等测试研究碳纳米管与橡胶间界面作用机理，具体从以下几方面展开:
　　(1)研究通用橡胶混炼胶的存放条件（存放时间及温度）对结合胶及紧密结合胶含量的影响，结果发现:①结合胶及紧密结合胶含量均随混炼胶存放时间延长而增加，在四周后基本趋于稳定;②在一定范围内随着混炼胶存放温度的提高，结合胶及紧密结合胶的含量大幅度提高，大大的强化其界面作用。
　　(2)研究不同特性通用橡胶自身的结构（官能化改性，充油，饱和度等）对结合胶及紧密结合胶含量的影响，结果发现:①经过羟基官能化改性的丁苯橡胶结合胶及紧密结合胶含量更高;②未充油的丁苯橡胶比充油的丁苯橡胶含有更高的结合胶;③有第三单体的三元乙丙橡胶比二元乙丙橡胶含有更高的结合胶。
　　(3)通过对不同结构顺式异戊二烯橡胶与碳纳米管的界面作用进行研究，结果发现天然橡胶的结合胶及紧密结合胶含量比其他几种合成的异戊橡胶高很多，天然橡胶与碳纳米管的界面作用最强。进一步研究发现天然橡胶中的非胶成分磷脂是影响碳纳米管与橡胶界面作用强弱的关键性因数。
　　(4)研究不同结构的丁腈橡胶及氢化丁腈橡胶（丙烯腈含量CN-，饱和度，官化改性）对结合胶及紧密结合胶含量的影响，结果发现:①在一定存放条件下，丁腈橡胶及氢化丁腈橡胶的结合胶及紧密结合胶含量均随丙烯腈含量的增加而增加。②在丙烯腈含量相同时，不饱和丁腈橡胶的紧密结合胶含量明显多于饱和氢化丁腈橡胶，而结合胶总量却反而少于氢化丁腈橡胶。③经过羧基官化改性的羧基丁腈橡胶的结合胶及紧密结合胶含量均比未改性的丁腈橡胶高。

目录

声明

摘要

主要缩写及符号说明

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题背景

1．3 碳纳米管概述

1．4 碳纳米管／橡胶复合材料的简介

1．4．1 碳纳米管／橡胶复合材料的界面表征方法

1．4．2 碳纳米管／橡胶纳米复合材料界面研究现状

1．5 结合胶测试在界面作用的应用研究

1．6 论文选题目的及意义

1．7 课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原材料及基本配方

2．2 实验仪器及设备

2．3 实验工艺流程

2．4 测试方法

2．4．1 结合胶测试

2．4．2 紧密结合胶测试

2．4．3 碳纳米管的XPS测试

2．4．5 橡胶的TGA表征

2．4．6 碳纳米管与橡胶的Raman光谱测试

2．4．7 碳纳米管与橡胶的扫描电镜SEM表征

2．4．8 橡胶的GPC表征

2．4．9 橡胶的NMR表征

第三章 不同种通用橡胶和碳纳米管间界面作用研究

3．1 结合胶及紧密结合胶测试

3．1．1 碳纳米管F9000的表征

3．1．2 良溶剂的选取

3．1．3 结合胶及紧密结合胶计算方法对比

3．1．4 通用橡胶凝胶及高温抽提凝胶测试

3．2 混炼胶的储存条件对结合胶及紧密结合胶含量的影响

3．2．1 混炼胶的存放时间对结合胶及紧密结合胶的影响

3．2．2 通用橡胶结合胶及紧密结合胶的对比

3．2．3 混炼胶的存放温度对结合胶及紧密结合胶的影响

3．3 碳纳米管用量对结合胶及紧密结合胶的影响

3．4 通用橡胶自身的结构对结合胶的影响

3．5 结合胶及紧密结合胶微观结构表征

3．5．1 GPC表征

3．5．2 SEM表征

3．5．3 固体-NMR表征

3．5．4 Raman表征

3．6 碳纳米管和通用橡胶间界面作用机理研究

3．6．1 炭黑粒子和碳纳米管微观结构

3．6．2 碳纳米管和橡胶界面可能的作用机理

3．7 本章小结

第四章 天然和异戊橡胶与碳纳米管间界面作用对比研究

4．1 混炼胶的存放时间对结合胶及紧密结合胶的影响

4．1．1 顺式异戊二烯橡胶凝胶及高温抽提凝胶测试

4．1．2 混炼胶的存放时间对结合胶及紧密结合胶的影响

4．2 碳纳米管的用量对结合胶及紧密结合胶的影响

4．3 天然和异戊橡胶的GPC表征

4．4 非胶成分对结合胶及紧密结合胶的影响

4．5 本章小结

第五章 不同结构丁腈橡胶与碳纳米管间界面作用研究

5．1 混炼胶的存放时间对结合胶及紧密结合胶的影响

5．1．1 不同结构丁腈橡胶凝胶及高温抽提凝胶测试

5．1．2 混炼胶的存放时间对结合胶及紧密结合胶的影响

5．2 丁腈橡胶自身的结构对结合胶及紧密结合胶的影响

5．3 丁腈橡胶／混炼胶／结合胶／紧密结合胶的LFS-NMR

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果以及发表的学术论文

作者及导师简介