碳纤维增强天然胶乳复合材料的制备机理及实验研究

发布时间：2020-04-17 02:18

【摘要】：碳纤维具有高强度、高模量,良好的导热和导电性能等优点。天然胶乳是天然橡胶的乳液体,成膜性好且性能优异。天然橡胶力学性能较好,由于缺少极性基团,其导热和导电性能较差。通过将碳纤维与天然橡胶结合制备橡胶/纤维复合材料,提高其导热、导电及物理机械性能。但碳纤维表面光滑,呈反应惰性,与橡胶粘合较差,从而降低橡胶复合材料的性能。因此需要采取必要的措施来提高碳纤维与橡胶基体之间的界面粘合。本文采用天然橡胶基础配方,在天然胶乳的基础上,分析多巴胺和硅烷偶联剂对碳纤维的改性作用机理;通过碳纤维添加量、不同浓度多巴胺与改性时间、不同硅烷偶联剂与添加量,研究其对碳纤维/橡胶复合材料的性能影响。通过多种仪器设备表征橡胶/纤维复合材料的力学性能、导电和导热及抗湿滑性能、滚动阻力和碳纤维在橡胶基体中的状态。本文完成的主要工作如下:(1)通过碳纤维添加量不同,研究了其对橡胶复合材料的性能影响。实验结果表明:随碳纤维添加量的增多,NR/CF复合材料的性能先上升后下降,其导电性和导热性逐渐增大,橡胶试样的滚动阻力越来越小。添加3phr时力学性能最佳,(2)采用添加3phr碳纤维的方式,通过多巴胺溶液浓度和碳纤维改性时间的不同,研究了多巴胺对橡胶复合材料的性能影响。实验结果表明:在多巴胺溶液浓度为1.5g/L,碳纤维改性6h时制备NRL/CF复合材料性能最好。拉伸强度比未改性的试样提高了10.6%,导热性和导电性略有提高,并且降低了橡胶试样的滚动阻力。(3)采用添加3phr碳纤维的方式,通过不同硅烷偶联剂和添加量,研究了硅烷偶联剂对橡胶复合材料的性能影响。实验结果表明:当采用KH-560,并且加入1.5phr改性碳纤维时,制备的NRL/CF复合材料性能最好。拉伸强度比未改性的试样提高了9.7%,还会降低碳纤维在橡胶基体中的Payne效应,提高了橡胶试样的抗湿滑性能。(4)采用添加3phr碳纤维的方式,通过多巴胺和KH-560改性碳纤维,研究了其对橡胶复合材料的性能影响。结果表明:当多巴胺和KH-560共同改性碳纤维时,生成了良好的界面相,拉伸强度比未改性的试样提高了14.3%,导热性提高了12.5%,试样试样抗湿滑性能略有提升。综上所述,通过多巴胺和KH-560改性的碳纤维,采用天然胶乳制备NRL/CF复合材料,其力学性能比未改性碳纤维制备NR/CF复合材料有明显提高,还提高了碳纤维与橡胶基体之间的界面粘合,导电性和导热性均略有提升。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ331.2;TB332

【参考文献】