蒙脱土/橡胶纳米复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-04-10 11:04
资源丰富、无公害的粘土矿物具有特殊的层状硅酸盐结构,将其用于制备粘土/聚合物纳米复合材料,性能优异。目前流行的制备粘土/橡胶纳米复合材料的四种主要方法各有利弊,因此本文提出了一种用于制备粘土/橡胶纳米复合材料的新型共混复合方法——浆体共混法。利用热重分析（TGA）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）分析了复合材料的热解过程和微观形貌,观察蒙脱土（MMT）在复合材料中的分散性,并测试分析复合材料的硫化性能、力学性能。同时本文尝试使用有机蒙脱土部分代替炭黑,即炭黑和蒙脱土并用,用于制备蒙脱土/炭黑/丁基橡胶复合材料,研究复合材料老化性能。本文最后使用传统方法中最简单、副作用最小的乳液共沉法来合成蒙脱土/天然橡胶纳米复合材料,研究复合材料的老化性能。结果表明,通过浆体共混法制备的蒙脱土/橡胶纳米复合材料,蒙脱土片层结构剥离效果很好,实现了纳米级分散。蒙脱土对复合材料硫化性能、力学性能的影响因橡胶极性而异:丁苯橡胶为非极性橡胶,延迟硫化;丁腈橡胶为极性橡胶,促进硫化。力学性能方面,硬度、100%定伸应力、拉伸强度等性能都得到了提高,而且对于极性橡胶增强效...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３溶液共混法制备粘土／橡胶复合材料??３土，土
引起蒙脱土片层剥离成更小粒径即更高长径比的带电粒子层，赋予其对部分??阳离子和极性分子较强的吸附能力［９］。蒙脱土原矿主要以蒙脱石的形式存在，根据??层间阳离子的不同可分为Ｎａ＋基蒙脱土、Ｃａ２＋基蒙脱土等［１°］，蒙脱土主要结构如图１??所示。??交换性阳离子，《Ｈ２０?°??图Ｍ蒙脱土构造示意图??粘土矿物资源丰富、成本低廉、粒径小，充当橡胶补强填料时优势明显。粘土??充当聚合物补强填料时主要考虑结构性、粒径和表面活性。粘土结构度比较简单，??所以可以通过减小粒径和粘土改性［１１］来增强补强效果。粒径可以通过以下两种方法??减小：①机械粉碎，即使用研磨等方法使粘土块或粒子分散、破裂，得到尺寸更小??的颗粒；②利用粘土在水或者其他溶剂中的分层特性，将粘土分散、剥离成更高长??径比的带电粒子层。??对于粘土?／聚合物复合材料，粘土处于纳米尺度分散时，片层长径比增大，形状??系数提高，有助于增强粘土对橡胶分子链运动的限制作用Ｕ２］，这些结构上的特点赋??予了粘土／聚合物复合材料良好的力学性能、耐磨损、气密性等。??１．３橡胶／粘土复合材料制备方法??为了改善粘土在橡胶中的分散性
溶解的有机上?溶解的聚合物?插层??图１－４熔体插层法制备粘土／橡胶复合材料??４）乳液共沉法是将粘土水悬浮液和橡胶胶乳混合在一起，然后倒入絮凝剂溶??液中进行絮凝。如图１－５所示。何少剑［ｍ等使用乳液共沉法制备了剥离型的粘土／??丁吡橡胶纳米复合材料，具有比传统的隔离型粘土?／?丁吡橡胶纳米复合材料更为优??异的动态力学性能、力学性能、气体阻隔性能等。??该法工艺简单，但是需要使用大量的水，造成水资源的浪费。??粘土片层??图１－５乳液共沉法制备粘土／橡胶复合材料??１．４粘土／橡胶复合材料性能研究??当粘土以纳米尺寸均匀地分散在橡胶复合材料中制备粘土?／橡胶纳米复合材料??时，复合材料的气体阻隔性能、加工性能、老化性能、阻燃性能等得到大幅改善。??１．４．１力学性能??自丰田公司发明插层法成功制备尼龙６／粘土复合材料以来，利用相关方法制备??的粘土?／聚合物复合材料首先展现的都是力学性能。相对于传统材料，粘土?／橡胶纳??米复合材料中粘土只需要使用很少的份数（相对于１００份橡胶）模量就能明显提高，??但性能改善效果随着粘土配比、橡胶种类、插层方法等条件的改变而不同。研宄发??现［ＩＮ］
【参考文献】：
期刊论文
[1]丁基合成橡胶生产消费现状及发展前景[J]. 王焱,亓宏图,卢丽丽. 化工管理. 2017(17)
[2]世界橡胶消费量及产量排名分析[J]. 朱永康. 中国橡胶. 2017(09)
[3]聚合物/有机改性蒙脱土纳米复合材料的制备方法研究进展[J]. 范林,侯健,郭为民,张慧霞,邱日,许凤玲. 材料开发与应用. 2015(03)
[4]硫化、补强体系对丁腈橡胶压缩耐寒系数、耐油性能的影响[J]. 张健,陈静,王艳,朱虹. 橡塑资源利用. 2015(01)
[5]白炭黑杂化填料填充天然橡胶、丁苯橡胶及其并用胶的硫化特性、物理性能和耐磨性能[J]. Paveena Tangudom,Sirinthorn Thongsang,Narongrit Sombatsompop,肖大玲. 轮胎工业. 2015(02)
[6]炭黑填充橡胶复合材料的宏细观力学行为研究[J]. 李庆,杨晓翔. 机械工程学报. 2013(18)
[7]粘土/丁吡橡胶纳米复合材料的结构与性能研究[J]. 何少剑,王益庆,张立群. 橡胶工业. 2013(01)
[8]蒙脱土的高温相变及微观结构表征[J]. 翟传鑫,李炎,马向东,魏世忠,徐流杰. 河南科技大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]白炭黑发展现状及市场前景[J]. 李军,黄金霞,赵金德,曲茵. 化工科技. 2011(04)
[10]交联结构的表征及其对硫化胶性能的影响[J]. 袁彬彬,刘力,梁继竹,张立群. 橡胶工业. 2011(07)
博士论文
[1]黏土矿物微观结构及其弹性性质的第一性原理研究[D]. 李海涛.太原理工大学 2016
[2]层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料的性能研究及其工业化应用[D]. 何少剑.北京化工大学 2010
硕士论文
[1]丁苯橡胶耐热配方与性能的研究[D]. 牟晓娟.青岛科技大学 2015
[2]纳米TiO2/蒙脱土光催化剂的制备及其催化降解偶氮化合物性能研究[D]. 李翠珠.河北师范大学 2010
[3]丁腈橡胶/聚氯乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备与研究[D]. 张长东.青岛大学 2009
[4]聚乙烯醇/蒙脱土/二氧化钛复合薄膜的研究[D]. 王志栋.青岛科技大学 2007
本文编号：3129522
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３溶液共混法制备粘土／橡胶复合材料??３土，土
引起蒙脱土片层剥离成更小粒径即更高长径比的带电粒子层，赋予其对部分??阳离子和极性分子较强的吸附能力［９］。蒙脱土原矿主要以蒙脱石的形式存在，根据??层间阳离子的不同可分为Ｎａ＋基蒙脱土、Ｃａ２＋基蒙脱土等［１°］，蒙脱土主要结构如图１??所示。??交换性阳离子，《Ｈ２０?°??图Ｍ蒙脱土构造示意图??粘土矿物资源丰富、成本低廉、粒径小，充当橡胶补强填料时优势明显。粘土??充当聚合物补强填料时主要考虑结构性、粒径和表面活性。粘土结构度比较简单，??所以可以通过减小粒径和粘土改性［１１］来增强补强效果。粒径可以通过以下两种方法??减小：①机械粉碎，即使用研磨等方法使粘土块或粒子分散、破裂，得到尺寸更小??的颗粒；②利用粘土在水或者其他溶剂中的分层特性，将粘土分散、剥离成更高长??径比的带电粒子层。??对于粘土?／聚合物复合材料，粘土处于纳米尺度分散时，片层长径比增大，形状??系数提高，有助于增强粘土对橡胶分子链运动的限制作用Ｕ２］，这些结构上的特点赋??予了粘土／聚合物复合材料良好的力学性能、耐磨损、气密性等。??１．３橡胶／粘土复合材料制备方法??为了改善粘土在橡胶中的分散性
溶解的有机上?溶解的聚合物?插层??图１－４熔体插层法制备粘土／橡胶复合材料??４）乳液共沉法是将粘土水悬浮液和橡胶胶乳混合在一起，然后倒入絮凝剂溶??液中进行絮凝。如图１－５所示。何少剑［ｍ等使用乳液共沉法制备了剥离型的粘土／??丁吡橡胶纳米复合材料，具有比传统的隔离型粘土?／?丁吡橡胶纳米复合材料更为优??异的动态力学性能、力学性能、气体阻隔性能等。??该法工艺简单，但是需要使用大量的水，造成水资源的浪费。??粘土片层??图１－５乳液共沉法制备粘土／橡胶复合材料??１．４粘土／橡胶复合材料性能研究??当粘土以纳米尺寸均匀地分散在橡胶复合材料中制备粘土?／橡胶纳米复合材料??时，复合材料的气体阻隔性能、加工性能、老化性能、阻燃性能等得到大幅改善。??１．４．１力学性能??自丰田公司发明插层法成功制备尼龙６／粘土复合材料以来，利用相关方法制备??的粘土?／聚合物复合材料首先展现的都是力学性能。相对于传统材料，粘土?／橡胶纳??米复合材料中粘土只需要使用很少的份数（相对于１００份橡胶）模量就能明显提高，??但性能改善效果随着粘土配比、橡胶种类、插层方法等条件的改变而不同。研宄发??现［ＩＮ］
【参考文献】：
期刊论文
[1]丁基合成橡胶生产消费现状及发展前景[J]. 王焱,亓宏图,卢丽丽. 化工管理. 2017(17)
[2]世界橡胶消费量及产量排名分析[J]. 朱永康. 中国橡胶. 2017(09)
[3]聚合物/有机改性蒙脱土纳米复合材料的制备方法研究进展[J]. 范林,侯健,郭为民,张慧霞,邱日,许凤玲. 材料开发与应用. 2015(03)
[4]硫化、补强体系对丁腈橡胶压缩耐寒系数、耐油性能的影响[J]. 张健,陈静,王艳,朱虹. 橡塑资源利用. 2015(01)
[5]白炭黑杂化填料填充天然橡胶、丁苯橡胶及其并用胶的硫化特性、物理性能和耐磨性能[J]. Paveena Tangudom,Sirinthorn Thongsang,Narongrit Sombatsompop,肖大玲. 轮胎工业. 2015(02)
[6]炭黑填充橡胶复合材料的宏细观力学行为研究[J]. 李庆,杨晓翔. 机械工程学报. 2013(18)
[7]粘土/丁吡橡胶纳米复合材料的结构与性能研究[J]. 何少剑,王益庆,张立群. 橡胶工业. 2013(01)
[8]蒙脱土的高温相变及微观结构表征[J]. 翟传鑫,李炎,马向东,魏世忠,徐流杰. 河南科技大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]白炭黑发展现状及市场前景[J]. 李军,黄金霞,赵金德,曲茵. 化工科技. 2011(04)
[10]交联结构的表征及其对硫化胶性能的影响[J]. 袁彬彬,刘力,梁继竹,张立群. 橡胶工业. 2011(07)
博士论文
[1]黏土矿物微观结构及其弹性性质的第一性原理研究[D]. 李海涛.太原理工大学 2016
[2]层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料的性能研究及其工业化应用[D]. 何少剑.北京化工大学 2010
硕士论文
[1]丁苯橡胶耐热配方与性能的研究[D]. 牟晓娟.青岛科技大学 2015
[2]纳米TiO2/蒙脱土光催化剂的制备及其催化降解偶氮化合物性能研究[D]. 李翠珠.河北师范大学 2010
[3]丁腈橡胶/聚氯乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备与研究[D]. 张长东.青岛大学 2009
[4]聚乙烯醇/蒙脱土/二氧化钛复合薄膜的研究[D]. 王志栋.青岛科技大学 2007
本文编号：3129522
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