辐照改性炭黑/橡胶纳米复合材料结构与性能关系研究

摘要

炭黑作为一种纳米级填料，其平均粒径分布、分散性指数、比表面积以及表面形貌直接决定了炭黑在橡胶中的增强效果。现如今，主要采用化学接枝的方法改性炭黑，增强炭黑与橡胶分子链的相互作用，同时改善炭黑填料网络结构。但是化学改性同样存在缺点，如改性物质不能完全反应，残留的化学物质不利于橡胶的性质，同时这些物质在橡胶使用过程中会溢出，对环境造成污染。由于电子束辐照改性过程中不需要引入改性物质，不会产生杂质等优点，其在聚合物加工和材料改性领域有着广泛应用。本课题采用电子束辐照改性炭黑，探究辐照改性对炭黑的影响以及改性炭黑/橡胶纳米复合材料结构与性能关系。本文的工作主要如下:
　　1、系统的研究电子束辐照改性炭黑(N234、N330、N660、N990)对其平均粒径分布、分散性指数、比表面积的影响。发现高能电子束轰击炭黑使其平均粒径分布、分散性指数变小，比表面积增加。同时确定了最佳辐照剂量，在该剂量下，炭黑的平均粒径分布、分散性指数、比表面积均达到最佳值。
　　2、研究了高能电子束对炭黑表面元素含量的变化，发现炭黑表面氧元素的含量随着辐照剂量增加持续增加，其中C-OH官能团(286.1eV)，C=O官能团(287.6eV)，O-C=O官能团(288.11eV)一直增加，而COOH官能团(289.6eV)含量的增加很少甚至是降低。
　　3、系统研究了电子束辐照改性炭黑填充橡胶结合胶含量和硫化橡胶力学性能的变化，结果表明:改性炭黑填充橡胶的结合胶含量明显增加，同时橡胶的拉伸强度、100％和300％定伸应力、撕裂强度增加，而扯断伸长率和阿克隆磨耗体积降低。
　　4、研究了高能电子束辐照改性炭黑/橡胶纳米复合材料结构与性能的关系，发现炭黑与橡胶分子链的相互作用增强，且橡胶基体中具有更好的填料网络结构。
　　5、系统研究了高能电子辐照改性炭黑填充橡胶的动态力学性能，结果表明，辐照改性炭黑体系具有更低的动态能量损耗。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 填料的分类

1．3 炭黑

1．3．1 炭黑的构成

1．4 结合胶

1．5 橡胶填料网络结构

1．5．1 Payne效应

1．5．2 Mullins效应

1．6 炭黑的补强机理

1．7 辐照知识

1．7．1 辐照源

1．7．2 γ射线与物质的作用

1．7．3 电子与物质相互作用

1．8 辐照剂量

1．8．1 照射量

1．8．2 吸收剂量

1．9 辐照技术

1．9．1 辐照技术的应用

1．9．2 辐照技术的特点

1．10 本课题的研究内容及目的

第二章 实验部分

2．1 主要原料

2．2 实验设备

2．3 配方设计

2．4 炭黑辐照改性和表征

2．4．1 辐照改性炭黑的制备

2．4．2 炭黑表征

2．5 混炼橡胶制备过程

2．6 硫化橡胶性能测试

2．6．1 硫化曲线测试

2．6．2 硫化胶的力学性能

2．6．3 结合胶含量

2．6．4 结合胶形貌表征

2．6．5 动态力学性能

2．6．6 阿克隆磨耗测试

第三章 电子束辐照改性炭黑研究

3．1 电子束辐照对炭黑(N234)的影响

3．1．1 电子束辐照对炭黑(N234)物理性质的影响

3．1．2 辐照对炭黑(N234)表面元素的影响

3．2 电子束辐照对炭黑(N330)的影响

3．2．1 电子束辐照对炭黑(N330)物理性质的影响

3．2．2 辐照对炭黑(N330)表面元素的影响

3．3 电子束辐照对炭黑(N660)的影响

3．3．1 电子束辐照对炭黑(N660)物理性质的影响

3．3．2 辐照对炭黑(N660)表面元素的影响

3．4 电子束辐照对炭黑(N990)的影响

3．4．1 电子束辐照对炭黑(N990)物理性质的影响

3．4．2 辐照对炭黑(N990)表面元素的影响

3．5 辐照改性炭黑机理

3．6 小结

第四章 辐照改性炭黑／橡胶纳米复合材料结构与性能关系研究

4．1 辐照改性炭黑／天然橡胶(N234／NR)纳米复合材料结构与性能关系

4．1．1 结合胶

4．1．2 力学性能

4．1．3 填料网络结构

4．1．4 动态力学性能

4．2 辐照改性炭黑／天然橡胶(N330／NR)纳米复合材料结构与性能关系

4．2．1 结合胶

4．2．2 力学性能

4．2．3 填料网络结构

4．2．4 动态力学性能

4．3 辐照改性炭黑／天然橡胶(N660／NR)纳米复合材料结构与性能关系

4．3．1 结合胶

4．3．2 力学性能

4．3．3 填料网络结构

4．3．4 动态力学性能

4．4 辐照改性炭黑／天然橡胶(N660／NR)纳米复合材料结构与性能关系

4．4．1 结合胶

4．4．2 力学性能

4．4．3 填料网络结构

4．4．4 动态力学性能

4．5 小结

结论

参考文献

致谢

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