發(fā)布時(shí)間：2017-09-12 13:49

  本文關(guān)鍵詞：SiC納米線的改性及其橡膠基納米復(fù)合材料的制備、機(jī)理及性能研究

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【摘要】：碳化硅納米線(SiCNWs)具有大的比表面積和高的長(zhǎng)徑比以及優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)如高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱率以及耐腐蝕等特性。作為聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料等材料的增強(qiáng)相,而且對(duì)上述材料的增強(qiáng)效果較為顯著。因此,SiCNWs對(duì)高分子聚合物來(lái)說(shuō)可能是一種具有優(yōu)異增強(qiáng)作用的候選材料。氟橡膠(FKM)和丁腈橡膠(NBR)都具有優(yōu)異的耐高溫、耐溶劑和耐候性等特性,主要應(yīng)用在密封橡膠領(lǐng)域如密封圈、密封墊片等,為了提高這兩種橡膠的性能,通過(guò)添加納米填料是一種有效的措施。因此本文主要研究了SiCNWs的改性及以SiCNWs和改性碳化硅納米線(m-SiCNWs)為添加劑制備的SiCNWs/FKM、m-SiCNWs/FKM和SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和耐磨性等性能。此外,還對(duì)SiCNWs的改性機(jī)理和增強(qiáng)橡膠的機(jī)理進(jìn)行了研究。研究?jī)?nèi)容主要有以下三個(gè)方面:(1)使用不同的硅烷偶聯(lián)劑:3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯(KH570)和十七氟癸基三乙氧基硅烷(AC-FAS)分別對(duì)SiCNWs進(jìn)行疏水改性。采用傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、表面接觸角測(cè)試、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、元素分析(EDS)等表征手段,對(duì)SiCNWs和m-SiCNWs的形貌及改性效果進(jìn)行了表征,并提出了改性機(jī)理。KH570改性SiCNWs時(shí),研究了溶劑種類(水、乙醇、水和乙醇體積比為1:1)和KH570的用量(體積分?jǐn)?shù)為1%、2%、3%和4%)分別對(duì)SiCNWs疏水改性效果的影響。測(cè)試結(jié)果表明,以水為溶劑時(shí),對(duì)SiCNWs的改性效果較好。當(dāng)改性溫度為80℃,改性時(shí)間為3 h時(shí),KH570在水中的最佳體積分?jǐn)?shù)為2%,此時(shí)對(duì)SiCNWs的改性效果最好,SiCNWs表面的水接觸角達(dá)到最大,為119.5°;AC-FAS改性SiCNWs時(shí),研究了改性溫度、改性時(shí)間和改性劑用量分別對(duì)SiCNWs疏水改性效果的影響。測(cè)試結(jié)果表明,改性溫度為40℃,改性時(shí)間為2 h,改性劑的體積分?jǐn)?shù)為2%時(shí),對(duì)SiCNWs的改性效果最好,此時(shí)SiCNWs表面的水接觸角達(dá)到最大,為122.5°。(2)利用雙酚AF/BPP硫化體系,研究了FKM二段硫化溫度(分別為200℃、230℃、260℃和290℃)和二段硫化時(shí)間(0 h、8 h、16 h、24 h、32 h和40 h)分別對(duì)拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度、壓縮永久變形以及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。確定了FKM最佳的二段硫化溫度和二段時(shí)間分別為260℃和24 h。在確定的二段硫化溫度和時(shí)間下,制備了SiCNWs/FKM和m-SiCNWs/FKM納米復(fù)合材料,提出了m-SiCNWs對(duì)FKM增強(qiáng)的機(jī)理。研究了SiCNWs和m-SiCNWs(用量為0份、2份、5份、9份和14份)分別對(duì)FKM拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度、模量、斷裂伸長(zhǎng)率、導(dǎo)熱率等性能的影響。測(cè)試結(jié)果表明:隨著SiCNWs和mSiCNWs用量的增加,SiCNWs/FKM和m-SiCNWs/FKM納米復(fù)合材料的撕裂強(qiáng)度、模量、硬度和導(dǎo)熱率都得到了增強(qiáng);當(dāng)納米線的用量為14份時(shí),與純FKM相比:m-SiCNWs/FKM和SiCNWs/FKM納米復(fù)合材料的100%定伸應(yīng)力分別提高了102.0%和58.8%,撕裂強(qiáng)度分別提高了17.6%和13.6%,100℃時(shí)的導(dǎo)熱率分別提高了56.9%和24.8%。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析表明,隨著m-SiCNWs用量的增加,mSiCNWs/FKM納米復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量提高了,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)向高溫方向移動(dòng),說(shuō)明了m-SiCNWs對(duì)FKM較大的增強(qiáng)作用。此外,還研究了碳化硅納米線/氟橡膠納米復(fù)合材料的佩恩效應(yīng)。利用透射電子顯微鏡(TEM)、SEM和橡膠加工分析儀(RPA)分別對(duì)m-SiCNWs和SiCNWs在FKM中分散進(jìn)行了表征。表征結(jié)果顯示:SiCNWs的疏水改性有利于其在FKM中的分散。(3)分別使用干法和濕法混煉工藝制備了SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料。探究了兩種混煉工藝對(duì)SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐磨性影響。測(cè)試結(jié)果表明,采用濕法混煉工藝將SiCNWs分散在NBR中,SiCNWs對(duì)NBR的增強(qiáng)效果較好。當(dāng)SiCNWs的添加量為5份時(shí),干法混煉和濕法混煉得到的SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度分別提高了21.62%和32.43%,撕裂強(qiáng)度分別提高了15.88%和28.77%。此外與純NBR相比,SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的耐磨性也提高了。利用SEM分別對(duì)兩種混煉工藝下,SiCNWs在SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的分散進(jìn)行了表征,表征結(jié)果顯示濕法混煉工藝,提高了SiCNWs在NBR中的分散。SiCNWs的改性及SiCNWs在NBR和FKM中的應(yīng)用為一維納米材料在其它高分子彈性體中的應(yīng)用提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：碳化硅納米線 氟橡膠 丁腈橡膠 改性 納米復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TB33
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 緒論11-30
• 1.1 一維碳化硅納米材料的簡(jiǎn)介11-17
• 1.1.1 一維碳化硅納米材料的制備方法11-14
• 1.1.2 一維碳化硅納米材料的性能及應(yīng)用14-16
• 1.1.3 一維碳化硅納米材料的改性研究概況16-17
• 1.2 丁腈橡膠的簡(jiǎn)介17-23
• 1.2.1 丁腈橡膠的分子結(jié)構(gòu)17-18
• 1.2.2 丁腈橡膠的種類18-20
• 1.2.3 丁腈橡膠的性能、用途及應(yīng)用進(jìn)展20-22
• 1.2.4 填料/丁腈橡膠復(fù)合材料概述22-23
• 1.3 氟橡膠的簡(jiǎn)介23-27
• 1.3.1 氟橡膠的種類23-24
• 1.3.2 氟橡膠的分子結(jié)構(gòu)24
• 1.3.3 氟橡膠的性能、用途及應(yīng)用進(jìn)展24-27
• 1.3.4 填料/氟橡膠復(fù)合材料概述27
• 1.4 選題依據(jù)及主要研究?jī)?nèi)容27-29
• 1.4.1 選題依據(jù)27-28
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容28-29
• 1.5 論文的創(chuàng)新點(diǎn)29-30
• 2 實(shí)驗(yàn)部分30-37
• 2.1 主要原料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備30-32
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料30
• 2.1.2 配方30-32
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器32
• 2.2 碳化硅納米線的制備和改性工藝過(guò)程32-33
• 2.2.1 碳化硅納米線的制備32-33
• 2.2.2 KH570改性碳化硅納米線33
• 2.2.3 FAS改性碳化硅納米線33
• 2.3 SiC納米線/丁腈橡膠納米復(fù)合材料的制備33-34
• 2.3.1 干法制備SiC納米線/丁腈橡膠納米復(fù)合材料的過(guò)程33-34
• 2.3.2 濕法制備SiC納米線/丁腈橡膠納米復(fù)合材料的過(guò)程34
• 2.4 改性SiC納米線/氟橡膠納米復(fù)合材料的制備34-35
• 2.4.1 探索二段硫化工藝時(shí)氟橡膠的制備過(guò)程34-35
• 2.4.2 改性SiC納米線/氟橡膠納米復(fù)合材料的制備過(guò)程35
• 2.5 表征與測(cè)試35-37
• 2.5.1 接觸角測(cè)試35
• 2.5.2 硫化曲線測(cè)試35
• 2.5.3 物理機(jī)械性能測(cè)試35-36
• 2.5.4 導(dǎo)熱測(cè)試方法36
• 2.5.5 RPA測(cè)試方法36
• 2.5.6 DMA測(cè)試方法36
• 2.5.7 結(jié)構(gòu)表征方法36-37
• 3 碳化硅納米線的改性研究37-49
• 3.1 引言37
• 3.2 碳化硅納米線的分析與表征37-39
• 3.2.1 碳化硅納米線的形貌分析37-38
• 3.2.2 碳化硅納米線的組成分析38-39
• 3.2.3 碳化硅納米線的物相分析39
• 3.3 KH570改性碳化硅納米線的工藝優(yōu)選39-42
• 3.3.1 KH570改性劑溶液的選擇39-40
• 3.3.2 改性劑(KH570)的用量對(duì)碳化硅納米線改性效果的影響40-41
• 3.3.3 改性劑KH570改性碳化硅納米線的機(jī)理41-42
• 3.4 AC-FAS改性碳化硅納米線的工藝優(yōu)選42-48
• 3.4.1 改性時(shí)間對(duì)SiCNWs改性效果的影響42-44
• 3.4.2 改性劑AC-FAS的用量對(duì)SiCNWs改性效果的影響44-45
• 3.4.3 改性溫度對(duì)SiCNWs改性效果的影響45-46
• 3.4.4 改性劑AC-FAS改性碳化硅納米線的機(jī)理46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 4 改性SiCNWs/FKM納米復(fù)合材料的制備及性能研究49-64
• 4.1 引言49-50
• 4.2 氟橡膠二段硫化工藝的優(yōu)選50-54
• 4.2.1 力學(xué)性能50-53
• 4.2.2 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能53-54
• 4.3 改性SiCNWs/FKM納米復(fù)合材料的制備54-63
• 4.3.1 納米復(fù)合材料的硫化特性54-55
• 4.3.2 納米復(fù)合材料的力學(xué)性能55-56
• 4.3.3 納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能56-57
• 4.3.4 納米復(fù)合材料的加工性能57-58
• 4.3.5 納米復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能58-60
• 4.3.6 改性SiCNWs增強(qiáng)FKM的機(jī)理60-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 5 SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的制備與性能表征64-73
• 5.1 引言64-65
• 5.2 干法混煉所制備的SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的性能65-66
• 5.2.1 硫化特性65-66
• 5.2.2 干法混煉所制備SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的力學(xué)性能66
• 5.2.3 干法混煉所制備的SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的DIN磨耗及回彈性66
• 5.3 濕法混煉所制備的SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的性能66-68
• 5.3.1 硫化特性66-67
• 5.3.2 濕法混煉所制備SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的力學(xué)性能67
• 5.3.3 濕法混煉所制備的SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的DIN磨耗及回彈性67-68
• 5.4 干法和濕法制備SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料性能的比較68-71
• 5.4.1 硫化特性68-69
• 5.4.2 SiCNWs/NBR納米復(fù)合材料的力學(xué)性能69-70
• 5.4.3 DIN磨耗及回彈性70
• 5.4.4 濕法混煉下SiCNWs增強(qiáng)NBR的機(jī)理70-71
• 5.5 本章小結(jié)71-73
• 6 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要成果82-83

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本文編號(hào)：837604