碳纳米管/天然橡胶湿法混炼胶制备工艺与性能的研究
发布时间：2021-08-08 19:10
碳纳米管是最有发展前景的碳材料之一,同时也是天然橡胶的重要补强填料,但其易在基体中发生团聚,是阻碍推广的一个重要原因。相比于传统干法混炼,湿法混炼作为一种新兴的橡胶混炼方法以其节能环保而被广泛研究。本文旨在通过湿法混炼工艺改善填料在天然橡胶中的分散性,进一步提高复合材料的综合性能。首先,基于湿法混炼,以碳纳米管和炭黑作为填料探究不同工艺对复合材料综合性能的影响。结果表明,将两种填料同时溶于天然胶乳中制备胶乳分散液絮凝后制得的复合材料（碳管炭黑母胶法）综合性能优于先将碳纳米管溶于天然胶乳中后在开炼机中加入炭黑所制得的复合材料（碳管母胶法）综合性能,SEM和RPA2000分析可知填料在前者工艺条件下具有较好的分散性,故确定其为后续研究的工艺制备方法。之后采用“碳管炭黑母胶法”工艺,对于填料配比不同对湿法混炼胶性能的影响进行研究,发现当炭黑/碳纳米管的质量份数比为35/6和30/8时对天然橡胶的补强效果较好,优于40/4和25/10的两种配比。相同填料配比下,湿法混炼胶比干法混炼胶具有更好的拉伸性能、撕裂性能和耐磨性能。接下来对物理研磨改性的碳纳米管对湿法混炼胶性能的影响进行了研究。发现随着...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
顺式聚异戊二烯的结构
青岛科技大学研究生学位论文3图1-2反式聚异戊二烯的结构Fig.1-2Thestructureoftrans-1,4-polyisoprene在向天然橡胶施加应力的形变过程中，分子链将定向，分子排列将规格化，天然橡胶将在一定程度上结晶。这种变形结晶现象是天然橡胶主要为顺式的构型为主要原因导致的结果，而其中含有的多肽蛋白与磷脂等非橡胶成分往往可以作为成核剂，对于诱变结晶起到促进作用。在外力去除后，天然橡胶的晶体结构消失，而橡胶的弹性会因为晶体的消失而重新出现[18]。天然橡胶因其应变诱导结晶而具有优异的力学性能、高的抗裂纹扩展能力和动态疲劳性能。经历应变诱导结晶后,其外力被晶体结构的均匀分散这是天然橡胶较合成橡胶优越的性能之一；它也是特种轮胎产品物理性能的基础，所以必须以天然橡胶为主要基体材料。在天然橡胶当中，聚异戊二烯的含量最小为91%，最大为97%，其余成分为蛋白质、脂肪酸、糖和灰分。天然橡胶按形状可分为几类:固体天然橡胶薄膜、粒状橡胶和浓缩乳胶，在室温下具有很高的弹性和可塑性，因此具有良好的抗挠性。同时其也是一类非极性聚合物，介电性能比较优异，耐油性比较差，含有大量双键，容易进行诸如取代和加成等的化学反应。因此，易老化是其致命缺点，应当选择合适的抗氧化剂来对其进行保护[19]。1.3碳纳米管简述碳纳米管在1991年被日本科学家饭岛澄男（SumioIijima）先生最先发现，是一种由大量呈六边形排列的碳原子所组成的石墨层相互卷曲、首尾相接而成的一维管状材料，在一般情况下的长径比可以达到1000/1。按照层数，可以将其分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)[20-21]。单壁碳纳米管是由单层石墨薄片制成的空心圆柱体，通常自组装成束。范德瓦尔斯力将纳米管结合在一起，形成一个三角形的密集
碳纳米管/天然橡胶湿法混炼胶制备工艺与性能的研究4外径小于100nm。在电子显微镜下，碳纳米管通常具有直线型或弹性弯曲结构。许多共轭大π键高移位形成于碳纳米管的表面上,所以可以结合许多官能团[22-23]。单壁碳纳米管纯度高，表面缺陷少，可以结合的化学基团很少，这是单壁碳纳米管表现出化学惰性的原因;多壁碳纳米管是通过单壁碳纳米管管壁的不断重叠和堆积而形成的，因此它具有许多表面缺陷，可以结合诸如羧基和羟基等等的许多官能团。正是由于其较为独特的一维结构和纳米级别的尺寸，可以将其应用到复合材料，储能材料以及催化材料等多个领域当中[24-25]。图1-3单壁碳纳米管示意图Fig1-3PicturesofSWCNTs图1-4多壁碳纳米管示意图Fig1-4PicturesofMWCNTs如图1-3和1-4所示，分别为单壁碳纳米管的示意图和多壁碳纳米管的示意图。碳纳米管与聚合物具有相同的数量级，但是却有着极高的高长径比，故对于提高橡胶的耐磨性和抗撕裂性等性能而言比较有利。碳纳米管主要由碳原子（C）组成，与聚合物的组成相似。在某种程度上，它们可以被看作是一种高分子材料。它们与聚合物具有相同的数量级，却有着极
【参考文献】：
期刊论文
[1]干湿法混炼能耗和胶料性能对比研究[J]. 玄书鹏,边慧光,宋凤鹏,刘洁,汪传生. 橡胶工业. 2019(02)
[2]石墨烯增强金属基复合材料的制备及应用研究进展[J]. 王剑桥,雷卫宁,薛子明,钱海峰,刘维桥. 材料工程. 2018(12)
[3]热重分析法测定乳液共沉法天然橡胶复合材料的组分含量[J]. 宋帅帅,杨帆,徐云慧. 橡胶科技. 2018(12)
[4]白炭黑/天然橡胶湿法混炼共沉胶的性能研究[J]. 刘大晨,汤琦,刘策,梁雨. 橡胶工业. 2018(04)
[5]分子模拟研究碳纳米管/聚合物纳米复合材料的黏弹性能[J]. 胡利如,周桂桃,沈建祥,李雪,李海东. 弹性体. 2018(02)
[6]发泡杜仲胶/高密度聚乙烯形状记忆材料的制备与性能[J]. 王彦,董月,夏琳,辛振祥. 弹性体. 2018(02)
[7]高耐疲劳轿车轮胎胎侧胶的配方设计与性能研究[J]. 王浩,宋丽媛,王日国,贺爱华. 橡胶工业. 2018(03)
[8]纳米结构导电聚合物及其复合材料的研究进展:制备,应用和展望（英文）[J]. 张麟,杜文雅,Amit Nautiyal,柳祯,张新宇. Science China Materials. 2018(03)
[9]碳纳米管薄膜制备及应用研究进展[J]. 葛勇. 现代制造技术与装备. 2017(11)
[10]插层型橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料微观结构在交联过程中的变化[J]. 王洪涛. 橡胶科技. 2017(11)
博士论文
[1]基于液相激光熔蚀技术新型储能纳米材料的制备及其物性研究[D]. 梁德伟.中国科学技术大学 2017
[2]轮胎胎面胶抗湿滑性能及其机理的研究[D]. 王元霞.北京化工大学 2011
硕士论文
[1]基于高吸附大分子磁性碳基纳米复合材料的制备[D]. 扈丹.济南大学 2017
[2]湿法混炼制备天然橡胶/白炭黑复合材料的结构与性能研究[D]. 何凡.海南大学 2017
[3]碳纳米管/橡胶复合材料的性能研究[D]. 高江姗.青岛科技大学 2017
[4]白炭黑的表面改性及其填充硅橡胶结构与性能研究[D]. 吕晓茵.北京化工大学 2014
[5]螺旋碳纳米管的制备[D]. 王定川.西南交通大学 2013
[6]新型两亲性单壁碳纳米管的制备及表征[D]. 刘方.郑州大学 2013
[7]高岭土补强天然橡胶/丁苯橡胶的试验研究[D]. 俞燕强.武汉理工大学 2012
[8]乳液共凝法制备天然橡胶复合材料的研究[D]. 李海富.青岛科技大学 2012
[9]“胶乳共混法”天然橡胶/二氧化硅纳米复合材料微观结构与性能控制[D]. 邱权芳.海南大学 2010
本文编号：3330521
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
顺式聚异戊二烯的结构
青岛科技大学研究生学位论文3图1-2反式聚异戊二烯的结构Fig.1-2Thestructureoftrans-1,4-polyisoprene在向天然橡胶施加应力的形变过程中，分子链将定向，分子排列将规格化，天然橡胶将在一定程度上结晶。这种变形结晶现象是天然橡胶主要为顺式的构型为主要原因导致的结果，而其中含有的多肽蛋白与磷脂等非橡胶成分往往可以作为成核剂，对于诱变结晶起到促进作用。在外力去除后，天然橡胶的晶体结构消失，而橡胶的弹性会因为晶体的消失而重新出现[18]。天然橡胶因其应变诱导结晶而具有优异的力学性能、高的抗裂纹扩展能力和动态疲劳性能。经历应变诱导结晶后,其外力被晶体结构的均匀分散这是天然橡胶较合成橡胶优越的性能之一；它也是特种轮胎产品物理性能的基础，所以必须以天然橡胶为主要基体材料。在天然橡胶当中，聚异戊二烯的含量最小为91%，最大为97%，其余成分为蛋白质、脂肪酸、糖和灰分。天然橡胶按形状可分为几类:固体天然橡胶薄膜、粒状橡胶和浓缩乳胶，在室温下具有很高的弹性和可塑性，因此具有良好的抗挠性。同时其也是一类非极性聚合物，介电性能比较优异，耐油性比较差，含有大量双键，容易进行诸如取代和加成等的化学反应。因此，易老化是其致命缺点，应当选择合适的抗氧化剂来对其进行保护[19]。1.3碳纳米管简述碳纳米管在1991年被日本科学家饭岛澄男（SumioIijima）先生最先发现，是一种由大量呈六边形排列的碳原子所组成的石墨层相互卷曲、首尾相接而成的一维管状材料，在一般情况下的长径比可以达到1000/1。按照层数，可以将其分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)[20-21]。单壁碳纳米管是由单层石墨薄片制成的空心圆柱体，通常自组装成束。范德瓦尔斯力将纳米管结合在一起，形成一个三角形的密集
碳纳米管/天然橡胶湿法混炼胶制备工艺与性能的研究4外径小于100nm。在电子显微镜下，碳纳米管通常具有直线型或弹性弯曲结构。许多共轭大π键高移位形成于碳纳米管的表面上,所以可以结合许多官能团[22-23]。单壁碳纳米管纯度高，表面缺陷少，可以结合的化学基团很少，这是单壁碳纳米管表现出化学惰性的原因;多壁碳纳米管是通过单壁碳纳米管管壁的不断重叠和堆积而形成的，因此它具有许多表面缺陷，可以结合诸如羧基和羟基等等的许多官能团。正是由于其较为独特的一维结构和纳米级别的尺寸，可以将其应用到复合材料，储能材料以及催化材料等多个领域当中[24-25]。图1-3单壁碳纳米管示意图Fig1-3PicturesofSWCNTs图1-4多壁碳纳米管示意图Fig1-4PicturesofMWCNTs如图1-3和1-4所示，分别为单壁碳纳米管的示意图和多壁碳纳米管的示意图。碳纳米管与聚合物具有相同的数量级，但是却有着极高的高长径比，故对于提高橡胶的耐磨性和抗撕裂性等性能而言比较有利。碳纳米管主要由碳原子（C）组成，与聚合物的组成相似。在某种程度上，它们可以被看作是一种高分子材料。它们与聚合物具有相同的数量级，却有着极
【参考文献】：
期刊论文
[1]干湿法混炼能耗和胶料性能对比研究[J]. 玄书鹏,边慧光,宋凤鹏,刘洁,汪传生. 橡胶工业. 2019(02)
[2]石墨烯增强金属基复合材料的制备及应用研究进展[J]. 王剑桥,雷卫宁,薛子明,钱海峰,刘维桥. 材料工程. 2018(12)
[3]热重分析法测定乳液共沉法天然橡胶复合材料的组分含量[J]. 宋帅帅,杨帆,徐云慧. 橡胶科技. 2018(12)
[4]白炭黑/天然橡胶湿法混炼共沉胶的性能研究[J]. 刘大晨,汤琦,刘策,梁雨. 橡胶工业. 2018(04)
[5]分子模拟研究碳纳米管/聚合物纳米复合材料的黏弹性能[J]. 胡利如,周桂桃,沈建祥,李雪,李海东. 弹性体. 2018(02)
[6]发泡杜仲胶/高密度聚乙烯形状记忆材料的制备与性能[J]. 王彦,董月,夏琳,辛振祥. 弹性体. 2018(02)
[7]高耐疲劳轿车轮胎胎侧胶的配方设计与性能研究[J]. 王浩,宋丽媛,王日国,贺爱华. 橡胶工业. 2018(03)
[8]纳米结构导电聚合物及其复合材料的研究进展:制备,应用和展望（英文）[J]. 张麟,杜文雅,Amit Nautiyal,柳祯,张新宇. Science China Materials. 2018(03)
[9]碳纳米管薄膜制备及应用研究进展[J]. 葛勇. 现代制造技术与装备. 2017(11)
[10]插层型橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料微观结构在交联过程中的变化[J]. 王洪涛. 橡胶科技. 2017(11)
博士论文
[1]基于液相激光熔蚀技术新型储能纳米材料的制备及其物性研究[D]. 梁德伟.中国科学技术大学 2017
[2]轮胎胎面胶抗湿滑性能及其机理的研究[D]. 王元霞.北京化工大学 2011
硕士论文
[1]基于高吸附大分子磁性碳基纳米复合材料的制备[D]. 扈丹.济南大学 2017
[2]湿法混炼制备天然橡胶/白炭黑复合材料的结构与性能研究[D]. 何凡.海南大学 2017
[3]碳纳米管/橡胶复合材料的性能研究[D]. 高江姗.青岛科技大学 2017
[4]白炭黑的表面改性及其填充硅橡胶结构与性能研究[D]. 吕晓茵.北京化工大学 2014
[5]螺旋碳纳米管的制备[D]. 王定川.西南交通大学 2013
[6]新型两亲性单壁碳纳米管的制备及表征[D]. 刘方.郑州大学 2013
[7]高岭土补强天然橡胶/丁苯橡胶的试验研究[D]. 俞燕强.武汉理工大学 2012
[8]乳液共凝法制备天然橡胶复合材料的研究[D]. 李海富.青岛科技大学 2012
[9]“胶乳共混法”天然橡胶/二氧化硅纳米复合材料微观结构与性能控制[D]. 邱权芳.海南大学 2010
本文编号：3330521
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