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原位有机改性制备溴化丁基橡胶/蒙脱土复合材料及其性能研究

作　者: 陈公
导　师: 张隐西
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 溴化丁基橡胶蒙脱土硫化特性形态结构耐有机溶剂
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

溴化丁基橡胶(BIIR)具有低透气性、耐老化性、耐臭氧性及耐化学药品性等优异性能,所以它被用于制造轮胎、药品瓶塞等工业产品。蒙脱土(MMT)是一种层状的硅铝酸盐,通过有机改性,能使有机化的硅酸盐与多数聚合物具有良好的相容性,从而有利于聚合物和单体的嵌入,是插层法制备纳米复合材料的关键方法之一。本研究选用BIIR作为基体材料,用原位有机改性的方法,将不同有机改性剂和MMT应用到BIIR中,制得溴化丁基橡胶/有机蒙脱土(BIIR/OMMT)纳米复合材料。研究了其硫化特性、力学性能、热分解行为和微观形态结构。采用原位有机改性的方法制备了溴化丁基橡胶/有机蒙脱土复合材料,研究了该复合材料的力学性能。结果发现,各种有机蒙脱土对溴化丁基橡胶都具有一定的补强作用,且使用原位有机改性方法制备的复合材料,在减少有机土预处理的同时,其力学性能达到并优于直接添加有机蒙脱土的复合材料。应用无转子硫化仪研究了溴化丁基橡胶纯胶、溴化丁基橡胶/蒙脱土、溴化丁基橡胶/原位有机改性蒙脱土的硫化特性,并进行了比较。结果表明,直接添加OMMT和含有原位有机改性蒙脱土的混炼胶与添加Na-MMT的混炼胶相比,胶料的焦烧时间和正硫化时间缩短,最低转矩与最高转矩的差值明显增加。原位有机改性方法制得的复合材料,其硫化反应表观活化能较添加蒙脱土的混炼胶和纯胶的有一定程度的降低。研究发现,溴化丁基橡胶/有机蒙脱土复合材料有良好的耐有机溶剂的性质。因此研究了插层剂用量和蒙脱土用量对于复合材料在其良溶剂二甲苯中的溶胀速度和程度,并与BIIR纯胶和BIIR/Na-MMT复合材料进行比较。结果表明,与纯胶和BIIR/Na-MMT复合材料相比,原位有机改性BIIR/OMMT纳米复合材料对二甲苯的吸收速度和吸收率降低。随着插层剂的增加,复合材料耐有机溶剂的性能提高。同时,采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和热重分析(TGA)表征了复合材料的微观形态结构和热稳定性。XRD表明,给BIIR/Na-MMT配合体系中分别加入不同插层剂,对Na-MMT进行原位有机处理之后,硫化胶中蒙脱土001晶面的层间距有了明显扩大,比有机蒙脱土的层间距还要大1.5nm左右。采用TGA分析了硫化胶的热稳定性,结果表明:加入插层剂后,硫化胶的热分解起始温度有一定的升高,说明Na-MMT和插层剂对提高BIIR的热分解温度具有协同效应,该效应主要来自蒙脱土粒子在BIIR中的良好分散。TEM证明了原位有机改性方法能制备出纳米型复合材料,且MMT能均匀分散在橡胶基体中。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章前言  12-26
  1.1 丁基橡胶  12
  1.2 溴化丁基胶  12-14
  1.3 蒙脱土结构及特性  14-23
  1.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的研究进展  23-24
  1.5 本论文的研究目的和主要内容  24-26
    1.5.1 研究目的  24
    1.5.2 主要研究内容  24-25
    1.5.3 本论文的主要创新之处  25-26
第二章实验部分  26-31
  2.1 原材料  26-27
  2.2 主要设备及仪器  27
  2.3 试样制备  27-28
  2.4 力学性能测试  28
  2.5 硫化特性的测试  28
  2.6 硫化动力学研究  28-29
  2.7 耐有机溶剂性能测试  29
  2.8 TGA 测试  29-30
  2.9 TEM 测试  30
  2.10 XRD 测试  30-31
第三章结果与讨论  31-53
  3.1 蒙脱土/溴化丁基橡胶复合材料的硫化特性  31-41
    3.1.1 BIIR/MMT 混炼胶的硫化特性及比较  31-32
    3.1.2 插层剂用量对原位有机改性法制备BIIR/OMMT 复合材料硫化特性的影响  32-34
    3.1.3 原位有机改性蒙脱土用量对纳米复合材料硫化特性的影响  34-35
    3.1.4 混炼胶硫化动力学研究  35-37
    3.1.5 原位插层法中插层剂用量对于硫化反应动力学参数的影响  37-39
    3.1.6 原位有机改性蒙脱土用量对硫化动力学参数的影响  39
    3.1.7 原位有机改性蒙脱土与无机填料比较  39-41
  3.2 BIIR/MMT 硫化胶的形态结构  41-46
    3.2.1 XRD 分析  41-42
    3.2.2 TEM 分析  42-44
    3.2.3 TGA 分析  44-46
  3.3 BIIR/MMT 复合材料力学性能  46-49
    3.3.1 插层剂用量对 BIIR/MMT 复合材料力学性能的影响  47
    3.3.2 原位有机改性蒙脱土含量对 BIIR/MMT 复合材料力学性能的影响  47-48
    3.3.3 改性蒙脱土和无机填料对复合材料力学性能影响比较  48-49
  3.4 BIIR/MMT 纳米复合材料耐有机溶剂性能  49-53
第四章结论  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
攻读学位期间发表的学术论文及专利  60

原位有机改性制备溴化丁基橡胶/蒙脱土复合材料及其性能研究

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