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硅橡胶/黏土纳米复合材料的制备、结构与性能研究

作　者: 贾超
导　师: 卢咏来
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 硅橡胶 黏土 纳米复合材料 分散 气体阻隔性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


硅橡胶是使用温度范围最宽的弹性体材料,是应用最广泛的空间密封材料之一,但硅橡胶的气密性是所有弹性体材料中最低的。应用高形状系数的片状黏土填料对SiR进行改性,可提高其气体阻隔性,但如何达到纳米分散是关键难点问题。本论文工作研究了硅橡胶／有机改性黏土(SiR/OMMT)纳米复合材料的制备方法和工艺、采用XRD和TEM表征了OMMT插层结构及其在基体中的分散情况；研究了复合材料结构与气体阻隔性能和力学性能间的关系,主要如下：1.使用机械搅拌法将加成硫化的液体硅橡胶(LSR)与有机黏土混合制备SiR/OMMT复合材料。结果表明,对混炼胶进行高温热处理有助于硅橡胶在黏土间的插层；但OMMT在低黏度的LSR中难于达到纳米分散,获得的复合材料性能较差。2.采用熔体共混法将五种类插层改性剂改性的OMMT与甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)进行混合制备SiR/OMMT复合材料。结果发现：OMMT插层剂的极性及OMMT的初始层间距对复合材料中OMMT的插层结构及其空间分散有显著影响,具有最大初始层间距的I.44P OMMT在SiR中分散状态最好,达到了纳米分散。随着填充量的提高,混炼胶料的黏度增大、OMMT在SiR中的分散状态逐渐改善,获得的纳米复合材料的力学性能与气体阻隔性较纯SiR都有明显提高,填充30份OMMT (I.44P)的纳米复合材料其透气率为纯胶的69%。3.为提高复合材料体系的黏度,在混入OMMT之前在MVQ中预先混入20份气相法白炭黑(FS)制备三元复合材料。实验表明,通过加入FS可进一步提高OMMT在MVQ中的分散。FS对MVQ的气密性没有影响,但在其作用下,复合体系气体阻隔性能提高,透气率降低到纯SiR的60%(30份OMMT)。4.使用不同用量的羟基硅油(FS的结构控制剂)对OMMT (I.44P)进行预先插层以增大OMMT的初始片层间距,再其经机械混入了预混20份FS的MVQ硅橡胶中制备三元纳米复合材料,可使OMMT在SiR中的分散情况进一步得到改善。随羟基硅油用量的提高,复合材料的气密性和断裂伸长率逐渐增大,但拉伸强度有所下降。5.使用机械共混法将具有优良力学性能的商品化硅橡胶混炼胶与OMMT混制备纳米复合材料。结果表明,因该硅胶混炼胶的黏度大,OMMT在SiR中的分散情况更好,复合材料的力学性能与气体阻隔性能都较为理想。当黏土填充量为30份时,OMMT纳米复合材料的透气率为未添加时的50%。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 绪论  15-25
  1.1 纳米增强硅橡胶填料复合材料的研究进展  15-19
    1.1.1 硅橡胶/炭黑体系  15-16
    1.1.2 硅橡胶/白炭黑体系  16
    1.1.3 硅橡胶/金属化合物体系  16-17
    1.1.4 硅橡胶/纳米碳酸钙体系  17-18
    1.1.5 硅橡胶/纳米纤维(管)复合材料  18
    1.1.6 硅橡胶/石墨体系  18-19
  1.2 硅橡胶黏土纳米复合材料的研究进展  19-23
    1.2.1 常用的橡胶黏土纳米复合材料的制备方法及性能  19-20
    1.2.2 硅橡胶黏土纳米复合材料的制备与性能  20-23
  1.3 论文研究的目的意义和内容  23-25
第二章 实验部分  25-31
  2.1 主要原料及仪器  25-26
    2.1.1 主要原料  25
    2.1.2 主要实验设备  25-26
  2.2 试样制备  26-28
    2.2.1 LSR硅橡胶/黏土纳米复合材料的制备  26
    2.2.2 MVQ硅橡胶/黏土纳米复合材料的制备  26-27
    2.2.3 MVQ硅橡胶/黏土/白炭黑三元纳米复合材料的制备  27
    2.2.4 MVQ硅橡胶/硅油改性黏土/白炭黑三元纳米复合材料的制备  27
    2.2.5 SiRC硅橡胶/黏土纳米复合材料的制备  27-28
  2.3 相关测试表征手段  28-31
    2.3.1 X射线衍射分析(XRD)  28
    2.3.2 透射电子显微镜(TEM)  28
    2.3.3 热失重分析(TGA)  28
    2.3.4 傅里叶变换红外分析(FTIR)  28
    2.3.5 气体阻隔性能测试  28-29
    2.3.6 力学性能测试  29-31
第三章 结果与讨论  31-71
  3.1 LSR硅橡胶黏土纳米复合材料的制备与结构性能  31-36
    3.1.1 制备方法对黏土在硅橡胶中分散的影响  31-32
    3.1.2 热处理对黏土分散的影响  32-34
    3.1.3 硫化方式对复合材料力学性能的影响分析  34-35
    3.1.4 小结  35-36
  3.2 MVQ硅橡胶黏土纳米复合材料的制备与结构性能  36-47
    3.2.1 有机黏土种类对MVQ/OMMT纳米复合材料的影响  36-42
    3.2.2 黏土用量对MVQ/OMMT纳米复合材料的影响  42-46
    3.2.3 小结  46-47
  3.3 MVQ硅橡胶/黏土/白炭黑三元纳米复合材料的制备与结构性能  47-52
    3.3.1 白炭黑对复合材料结构的影响  47-49
    3.3.2 白炭黑对复合材料性能的影响  49-50
    3.3.3 小结  50-52
  3.4 MVQ硅橡胶/硅油改性黏土/白炭黑三元纳米复合材料的制备与结构性能  52-65
    3.4.1 硅油改性黏土的效果分析  52-56
    3.4.2 硅油改性黏土对复合材料结构的影响  56-62
    3.4.3 硅油改性黏土对复合材料性能的影响  62-64
    3.4.4 小结  64-65
  3.5 SIRC硅橡胶/黏土纳米复合材料的制备与结构性能  65-71
    3.5.1 SiRC硅橡胶/黏土纳米复合材料结构分析  65-68
    3.5.2 SiRC硅橡胶/黏土纳米复合材料的性能  68-69
    3.5.3 小结  69-71
第四章 结论  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-79
研究成果及发表的学术论文  79-81
作者简介  81
导师简介  81-82
附录  82-83

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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