Si3N4/CSM橡胶基纳米复合材料性能研究

论文摘要

橡胶基纳米复合材料是指以橡胶为基体连续相、填充颗粒以纳米尺度（小于100nm）分散于基体中的一种新型的高分子复合材料。大分子表面处理剂是改善聚合物基体和纳米颗粒间的相容性、促进纳米颗粒有效分散、制备高性能的纳米复合材料的重要手段之一。本文制备了改性纳米氮化硅／氯磺化聚乙烯橡胶纳米复合材料并讨论了纳米氮化硅及其表面改性剂对橡胶纳米复合材料性能的影响。主要进行了以下几个方面的工作：1.采用多段机械降解的方法制备了低分子量氯磺化聚乙烯（LMCSM）,利用门尼粘度和VPO对其分子量进行表征,并用于纳米氮化硅粉体表面改性,利用FTIR、SEM、DSC、表面能接触角等进行表征。FTIR、TGA表明了大分子表面处理剂和纳米粒子的表面发生了化学键合；TEM表明大分子的分子量越小,处理后的Si3N4粉体在三氯甲烷中分散越好。接触角及表面能表明低分子量的LMCSM处理的的纳米Si3N4亲水性降低、亲油性增加、表面自由能从319.04J/M2降到66.89 J/M2。TGA表明LMCSM对纳米Si3N4粉体的改性主要为化学改性,其化学利用率最大为42.49%,物理利用率最小为14.64%；2.研究了改性前后纳米氮化硅粉体、大分子表面处理剂分子量的大小及氮化硅的质量分数对nano-Si3N4/CSM复合材料的物理机械性能、硫化性能以及动态力学性能的影响。结果表明,直接添加氮化硅粉体或利用生胶CSM改性氮化硅制备纳米复合材料能够减少体系的硫化时间和焦烧时间。而利用LMCSM改性的氮化硅制备纳米复合材料能够延长硫化时间和焦烧时间。添加纳米氮化硅能够有效提高材料的物理机械性能,并且增强效应随着表面改性剂数均分子量的降低而增大。动态力学分析表明,大分子表面改性剂分子量的降低有利于改性纳米氮化硅粉体在橡胶体系中分散。改性氮化硅用量对复合材料性能的影响结果表明,添加1.0%（生胶重量份数）改性粉体,复合材料性能达到最佳；3.将LMCSM改性的纳米氮化硅粉体充分分散于增塑剂偏苯三酸三辛酯（TOTM）中并制备纳米复合材料。结果表明,添加2.0%改性粉体,复合材料性能达到最佳。此种制备方法能进一步提高纳米粉体在橡胶基体中的分散性；同时增强效应提高；损耗因子降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氯磺化聚乙烯介绍
• 1.2.1 氯磺化聚乙烯国内外发展现况
• 1.2.2 氯磺化聚乙烯结构与性能
• 1.2.3 氯磺化聚乙烯应用
• 1.2.4 CSM配合体系
• 1.2.5 CSM硫化机理
• 1.3 纳米粒子增强橡胶影响因素
• 1.4 复合材料动态性能分析
• 1.4.1 橡胶加工分析仪的结构与研究方法
• 1.4.2 橡胶动态性能影响因素
• 1.4.3 橡胶加工分析仪的应用
• 1.5 本文主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 大分子LMCSM的制备表征及粉体改性研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 塑解机理
• 2.1.2 塑解影响因素
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品与仪器设备
• 2.2.2 LMCSM的制备
• 2.2.3 分子量的表征
• 2.3 纳米粉体处理
• 2.4 沉降实验
• 2.5 索氏提取实验
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 红外谱图分析
• 2.6.2 热重分析
• 2.6.3 纳米粉体透射电镜观察
• 2.6.4 表面能分析
• 2.7 结论
• 参考文献
• 第三章 氮化硅/CSM纳米复合材料的制备及性能研究
• 3N₄/氯磺化聚乙烯橡胶纳米复合材料的制备'>3.1 Si₃N₄/氯磺化聚乙烯橡胶纳米复合材料的制备
• 3.1.1 实验原材料、化学试剂及仪器
• 3.1.2 基本配方
• 3.1.3 橡胶加工工艺流程
• 3.2 测试方法
• 3.2.1 硫化特性测试
• 3.2.2 力学性能测试
• 3.2.3 动态力学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 粉体及大分子改性剂分子量对复合材料性能影响
• 3N₄及用量对橡胶性能的影响'>3.3.2 B、C大分子改性Si₃N₄及用量对橡胶性能的影响
• 3N₄与TOTM混合其粉体用量对橡胶性能的影响'>3.3.3 C-Si₃N₄与TOTM混合其粉体用量对橡胶性能的影响
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 结论
• 致谢
• 硕士期间发表的论文