面向高温应用的塑料基弹性体材料的研究

摘要

本论文以聚合物熵弹性理论为基础，从影响橡胶弹性的两大因素分子量和柔性角度出发，制备具有超高分子量交联网络的材料和交联改性塑料材料，探索开发面向高温应用的塑料基弹性体。其中所提的塑料基弹性体主要是指交联改性具有高玻璃化转变温度的或者是结晶的材料后所得的材料。 首先，用不同剂量的高能电子束辐照处理超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维，获得了一系列不同凝胶含量的纤维。在最高辐照剂量1000kGy条件下，凝胶含量达到77％。交联使材料高温恒温条件下的尺寸稳定性大幅上升。但是辐照交联过程中存在断链裂解效应，且辐照剂量越大，断链效应越明显。高温下，材料由于交联断裂伸长率有所提升，但由于凝胶含量不足或者断链效应严重，强度提升不够明显。 其次，以两种常用弹性体材料丁苯橡胶和丁腈橡胶为例，对其在不同温度条件下的拉伸性能进行了研究，考察玻璃化转变温度与试验温度的温度差(△T=T-Tg)与材料力学性能的关系。研究结果表明，对同种橡胶材料来说，硫化胶强度和模量值随△T增大而降低，说明高玻璃化转变温度有助于实现优异的耐高温性能。 在上述基础上，本论文首先采用双二五硫化剂对结晶材料高密度聚乙烯(HDPE)进行交联改性处理。高温条件下，硫化交联后的HDPE断裂伸长率大幅升高，但交联程度较低，强度提升不够明显。为了保证高交联程度，实现强度在高温下有明显提升，本文选取实验室自制的四种不同固化度的环氧树脂固化产物在玻璃化转变温度之上进行拉伸性能测试。随着试样玻璃化温度的提高，样品强度有明显提高，但是固化程度过高影响了材料的断裂伸长率。为了获得较高交联程度的材料同时实现交联点间分子量的可控，使材料在强度和断裂伸长率上均有所提升，本论文制备了苯乙烯马来酸酐交替共聚物(A-SMA)和苯乙烯马来酸酐无规共聚物(R-SMA)，通过热失重法确定R-SMA中马来酸酐的含量在10％左右。对合成的共聚物采用二元醇进行酯化交联改性分别得到A-SME和R-SME。红外光谱分析证明了交联反应的进行，热重法估算反应转化率约为50％。交联改性产物在四氢呋喃溶剂中只发生溶胀作用。酯化交联改性对苯乙烯马来酸酐交替共聚物的玻璃化转变温度和热稳定性均有一定的影响。 通过以上探索研究，进一步明确了影响弹性体材料耐高温性能的因素，为成功制备面向高温应用的弹性体材料提供了理论基础和实验依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 聚合物弹性理论

1．2．1 熵弹性和橡胶弹性

1．2．2 分子量与材料弹性关系

1．2．3 聚合物结构和温度与材料力学性能之间的关系

1．3 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维概述

1．3．1 UHMWPE纤维简介

1．3．2 UHMWPE纤维的交联改性

1．4 几种高玻璃化转变温度或结晶材料的交联改性研究进展

1．4．1 高密度聚乙烯

1．4．2 环氧树脂

1．4．3 苯乙烯马来酸酐共聚物

1．5 本课题的目的和意义

1．6 本论文的创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原料与仪器设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验设备

2．2 实验方法

2．2．1 UHMWPE纤维高能电子束辐照交联

2．2．2 玻璃化转变温度和试验温度与材料力学性能关系研究

2．2．3 几种高玻璃化转变温度或结晶材料的交联改性

2．3 实验测试表征方法

2．3．1 材料结构表征方法

2．3．2 材料性能表征方法

第三章 UHMWPE纤维高能电子束辐照交联改性性能研究

3．1 引言

3．2 高能电子束辐照UHMWPE纤维交联效果表征

3．3 高能电子束辐照对UHMWPE纤维结构和性能的影响

3．3．1 溶胶流变性能结果分析

3．3．2 DSC结果分析

3．3．3 XRD结果分析

3．3．4 热机械性能分析

3．3．5 常温拉伸性能分析

3．3．6 高温拉伸性能分析

3．4 本章小结

第四章 玻璃化转变温度和试验温度与材料力学性能关系研究

4．1 引言

4．2 丁苯橡胶和丁腈橡胶玻璃化转变温度的确定

4．3 丁苯橡胶和丁腈橡胶的常温拉伸性能

4．4 丁苯橡胶和丁腈橡胶不同温度下的拉伸性能

4．5 本章小结

第五章 几种高玻璃化转变温度或结晶材料的交联改性研究

5．1 引言

5．2 高密度聚乙烯的交联改性

5．2．1 高密度聚乙烯的结晶性能

5．2．2 交联改性高密度聚乙烯的交联效果表征

5．2．3 交联改性高密度聚乙烯的拉伸性能表征

5．3 环氧树脂的改性研究

5．3．1 环氧树脂玻璃化转变温度的确定

5．3．2 高温拉伸性能

5．4 苯乙烯马来酸酐共聚物的合成及交联改性

5．4．1 苯乙烯马来酸酐共聚物的合成及表征

5．4．2 交联改性苯乙烯马来酸酐共聚物的交联效果表征

5．4．3 交联改性苯乙烯马来酸酐共聚物的微观结构表征

5．5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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