橡胶/黏土纳米复合材料微观结构在硫化过程中的演变及制备方法探索

摘要

橡胶/黏土纳米复合材料（RCN）是近年来橡胶科学与工程领域的热点课题。纳米黏土在基体橡胶中的分散状态是决定RCN性能的关键因素。前人的工作发现，在高温高压的硫化工艺过程中，RCN的微观结构会发生显著的变化。为了更深入的理解这一变化过程及其机理，本文开展了如下工作： 1．使用广角X射线衍射（WAXD）和透射电子显微镜（TEM）观测了不同RCN的黏土插层结构和空间分散状态在高温高压热硫化过程中的演变。结果发现，无论是黏土插层结构还是空间分散状态在硫化的整个历程中均会发生显著变化，而非前人预测的仅发生在硫化反应初期。基体橡胶极性是影响该演化过程的关键因素。在非极性橡胶基纳米复合材料中黏土插层结构和空间分散状态的变化幅度远大于极性橡胶体系。对该演变过程所涉及的热力学和动力学因素进行了探讨。 2．研究了硫化反应对黏土插层结构演变的作用机制。（a）应用WAXD对预硫化改性EPDM/OMC纳米复合材料的插层结构在硫化过程中的变化进行表征。证明前人关于硫化反应初期促进剂极性分子接枝到EPDM橡胶分子链上，提高其极性，促使EPDM分子在硫化过程中进一步插入黏土层间的假说是错误的。（b）应用WAXD观测了硫磺硫化体系助剂/OMC共混物在不同热处理温度下插层结构的变化。结果发现，高温条件下交联助剂与OMC中改性剂的相互作用不是引起黏土插层结构塌陷的直接原因。（c）考察无机黏土、有机黏土和插层剂（季铵盐）对橡胶硫化的影响。结果表明，季铵盐的加入能够明显提高橡胶硫化反应的速率，而无机黏土的加入会对橡胶硫化产生延迟效应。综合上述研究结果，提出了黏土插层结构在硫化过程中变化的机理。 3．为了提高纳米黏土在橡胶基体中的分散水平，本论文工作探索了一种利用静电纺丝工艺制备橡胶/黏土纳米复合材料的新方法。应用该方法成功制备了溴化丁基橡胶/黏土纳米复合纤维，纳米黏土在纤维中的空间分散状态明显优于溶液法制备的溴化丁基橡胶/粘土纳米复合材料。

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第一章绪论

1.1橡胶／黏土纳米复合材料概述

1.1.1前言

1.1.2黏土的结构、性质、有机化及应用

1.1.3橡胶／黏土纳米复合材料的制备方法

1.1.4橡胶／黏土纳米复合材料的性能

1.2橡胶／黏土纳米复合材料微观结构的研究

1.2.1前言

1.2.2橡胶／黏土纳米复合材料微观结构的类型

1.2.2熔体法所制橡胶／黏土纳米复合材料微观结构的影响因素

1.2.3硫化反应对微观结构的影响

1.2.4硫化工艺对微观结构的影响

1.2.5熔体插层理论分析

1.3静电纺丝工艺研究进展

1.3.1静电纺丝的基本原理和成形工艺

1.3.2静电纺丝的发展历程

1.3.3聚合物的静电纺丝原理

1.3.4 工艺参数对静电纺丝纤维形态的影响

1.3.5聚合物静电纺丝的研究成果

1.4本课题的研究意义和主要内容

第二章橡胶／黏土纳米复合材料硫化过程中微观结构的变化

2.1引言

2.2实验原材料及配方

2.2.1实验原材料

2.1.2实验配方

2.2实验方案

2.3实验仪器

2.3结果与讨论

2.3.1橡胶／黏土纳米复合材料的插层结构在硫化过程中的演变

2.3.2有机改性黏士空间分散状态在硫化过程中的演变

2.4小结

第三章橡胶／黏土纳米复合材料硫化过程中插层结构演变的机理探讨

3.1引言

3.2硫化交联改性机理的验证

3.2.1引言

3.2.2实验原料与配方

3.2.3实验方案

3.2.4实验仪器

3.2.5结果与讨论

3.3硫化体系热处理实验

3.3.1引言

3.3.2实验原料与配方

3.3.3实验方案

3.3.4实验仪器

3.3.5结果与讨论

3.4插层剂对硫化历程的影响

3.4.1引言

3.4.2实验原料与配方

3.4.3实验方案

3.4.4实验仪器

3.4.5结果与讨论

3.5小结

第四章静电纺丝工艺制备橡胶／黏土纳米复合材料

4.1引言

4.2实验原材料与配方

4.3实验设备

4.4实验方案

4.4.1溴化丁基橡胶／黏土纺丝液的制作方法

4.3.2纺丝液的静电纺丝工艺

4.4.3样品的采集与表征

4.5结果与讨论

4.5.1橡胶／黏土纳米复合纤维形态和直径的影响因素

4.5.2橡胶／黏土纳米复合纤维内黏土插层结构的影响因素

4.5.3橡胶／黏土纳米复合纤维内黏土空间分散的影响因素

4.5.4溶液法和静电纺丝法所的制备橡胶／黏土纳米复合材料的黏土空间分散的对比

4.5小结

第五章结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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