液相法剥离二硫化钼及其对橡胶耐磨性能的影响

摘要

二硫化钼(MoS2)具有特殊的层状结构，当受到外力时，层与层之间弱的范德华力很容易断裂而产生滑移，所以具有很低的摩擦系数，是一种优良的润滑剂。与普通MoS2相比，纳米MoS2具有更低的摩擦系数，减摩抗磨效果更好，由于具有纳米尺寸效应，与聚合物基体的界面结合作用也明显增强，是一种很有潜力的橡胶抗磨添加剂。
　　第一部分:探究三种仪器（超声清洗器、超声细胞粉碎机和高速球磨机）液相剥离MoS2的最佳条件，通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM))对MoS2的表面形貌以及片层厚度进行表征。结果表明，三种仪器均能将微米MoS2剥离成片层较薄且部分成纳米尺度的纳米MoS2。超声清洗器、超声细胞粉碎机、高速球磨机最佳液相剥离MoS2的条件分别为:超声1h、超声8次、球磨1h。
　　第二部分:制备MoS2/炭黑/丁腈橡胶复合材料和MoS2/炭黑/天然橡胶复合材料，研究MoS2的含量变化对复合材料性能的影响。在MoS2/炭黑/NBR复合材料中MoS2仍然保持着原有的层状结构，未经剥离的普通MoS2会降低复合材料的耐磨性能，而经过剥离的MoS2可以有效提高复合材料的耐磨性能。在MoS2/炭黑/NR复合材料中，随MoS2含量的增加，复合材料性能的变化没有规律可循，这可能与天然橡胶的结构有关。
　　第三部分:利用乳液-共絮凝的方法，制备了MoS2/丁苯橡胶和MoS2/炭黑/丁苯橡胶纳米复合材料，研究不同MoS2含量对橡胶复合材料各项性能尤其是对耐磨性能的影响。结果表明，在两种体系中，随着MoS2含量的增加，复合材料的力学性能以及耐磨性能均有所提高，且MoS2/SBR复合材料性能提高的幅度要比MoS2/炭黑/SBR复合材料的大。
　　第四部分:研究不同MoS2填充份数对MoS2/白炭黑/丁苯橡胶复合材料性能的影响。在白炭黑填充体系中，随着MoS2含量的增加，复合材料的力学性能有小幅度增加，而耐磨性能提高较为显著，填充10phr MoS2的复合材料的阿克隆体积磨耗量比纯白炭黑填充的复合材料降低了46％。
　　第五部分:制备MoS2-丁吡橡胶/丁苯橡胶复合材料，在乳液-共絮凝过程中，用等量(10phr)的丁吡橡胶替代丁苯橡胶，以MoS2填充量为变量，研究丁苯橡胶复合材料各项性能与MoS2含量变化的关系。结果表明随着MoS2的增加，复合材料的力学性能有较大提高，且相同MoS2填充量的MoS2-VPR/SBR复合材料的力学性能以及耐磨性能，要比未用丁吡橡胶替代的MoS2/SBR复合材料提高很多。这是因为丁吡橡胶在体系中充当MoS2与丁苯橡胶的桥梁，可以增强MoS2与丁苯橡胶基体之间的界面结合作用，继而提高丁苯橡胶复合材料的力学性能以及耐磨性能。当MoS2填充份数为2phr时，复合材料的耐磨性能最好，阿克隆体积磨耗量为0.23cm3/1.61km。

目录

声明

符号说明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题背景

1．3 橡胶磨耗

1．3．1 橡胶磨耗的类型

1．3．2 橡胶磨耗的影响因素

1．3．3 橡胶磨耗的实验方法

1．4 二硫化钼的概述

1．4．1 二硫化钼的结构

1．4．2 二硫化钼的物理化学性质

1．5 二硫化钼的制备

1．5．1 天然法

1．5．2 合成法

1．5．3 纳米二硫化钼的制备

1．6 二硫化钼的应用

1．6．1 在润滑剂中的应用

1．6．2 在聚合物中的应用

1．6．3 其他应用

1．7 二硫化钼／橡胶纳米复合材料的展望

1．8 选题的意义

1．9 选题的内容

1．10 选题的创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原材料及配方

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验配方

2．2 实验设备及测试仪器

2．3 实验工艺过程

2．3．1 二硫化钼悬浮液的制备

2．3．2 二硫化钼／橡胶乳液混合液的制备

2．3．3 二硫化钼／橡胶纳米复合材料的制备

2．3．4 炭黑或白炭黑与二硫化钼并用填充橡胶纳米复合材料的制备

2．3．5 MoS2-丁吡橡胶／丁苯橡胶复合体系

2．4 实验测试方法

2．4．1 固含量的测定

2．4．2 结构表征

2．4．3 橡胶复合材料性能测试

第三章 纳米二硫化钼液相剥离法的制备及表征

3．1 利用超声清洗器液相剥离二硫化钼的微观分析

3．2 利用超声细胞粉碎机液相剥离二硫化钼的微观分析

3．3 利用高速球磨机液相剥离二硫化钼的微观分析

3．4 三种仪器液相剥离的二硫化钼对比

3．5 小结

第四章 MoS2／橡胶复合材料性能研究

4．1 MoS2与炭黑并用填充丁腈橡胶复合材料性能研究

4．1．1 复合材料XRD表征

4．1．2 MoS2／炭黑／NBR复合材料的硫化性能

4．1．3 RPA分析

4．1．4 力学性能分析

4．1．5 阿克隆磨耗性能

4．1．6 小结

4．2 MoS2／丁苯橡胶复合材料性能研究

4．2．1 利用超声清洗器液相剥离的二硫化钼填充复合材料

4．2．2 利用超声细胞粉碎机液相剥离的二硫化钼填充复合材料

4．2．3 利用高速球磨机液相剥离的二硫化钼填充复合材料

4．3 MoS2与炭黑并用填充丁苯橡胶复合材料性能研究

4．3．1 利用超声清洗器液相剥离二硫化钼

4．3．2 利用超声细胞粉碎机液相剥离二硫化钼

4．3．3 利用高速球磨机液相剥离二硫化钼

4．4 MoS2与炭黑并用填充天然橡胶复合材料性能研究

4．4．1 利用超声细胞粉碎机液相剥离二硫化钼

4．4．2 利用高速球磨机液相剥离二硫化钼

4．5 MoS2与白炭黑并用填充丁苯橡胶复合材料性能研究

4．5．1 硫化性能分析

4．5．2 力学性能分析

4．5．3 RPA分析

4．5．4 阿克隆磨耗分析

4．5．5 小结

4．6 MoS2／丁苯橡胶／丁吡橡胶三元复合体系性能研究

4．6．1 硫化性能分析

4．6．2 RPA分析

4．6．3 力学性能分析

4．6．4 阿克隆磨耗分析

4．6．5 小结

第五章 总结

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介