碳基材料/橡胶复合材料的制备及其结构与性能的研究

发布时间：2022-12-25 10:36

　　沥青基碳纤维和碳纳米管具有很高的比强度、比模量,高导热、良好的导电性能；导电炭黑具有较高的电导率,可赋予橡胶制品半导电或防静电作用。因此本文采用以上三种碳基材料分别与橡胶制备复合材料研究结构与性能的影响。本文首先对碳纤维/天然橡胶复合材料进行了研究,由扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、激光拉曼光谱分析可知,臭氧处理2.5h时碳纤维表面去除上浆剂效果较好,表面粗糙度明显增大,有利于与橡胶的物理结合；处理时间延长会导致碳纤维表面轻度氧化。与未处理碳纤维相比,臭氧处理能明显提高复合材料的力学强度,其中加入臭氧处理2.5小时碳纤维的硫化胶整体力学性能最好,定伸应力和拉断伸长率提高的同时,拉伸强度和撕裂强度分别提高至26.9MPa和45.4kN/m,储能模量E’值最高,tanδmax最高。沥青基碳纤维/导电炭黑/丁腈橡胶复合材料研究表明随着导电炭黑VXC72用量的增大,力学强度逐渐增大,体积电阻率出现逾渗现象,逾渗阈值大约为25份,导热率基本呈线性增加。VXC72/NBR复合材料加入碳纤维后,力学强度降低,导热率提高,导电性能得到轻微改善,但是保证总填料份数不变时增大碳纤维用量,体积电阻率基本不... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 碳基材料概述
    1.2 碳纤维概述
        1.2.1 碳纤维的结构
        1.2.2 碳纤维的性能
            1.2.2.1 碳纤维的力学性能
            1.2.2.2 碳纤维的导热性和导电性
            1.2.2.3 碳纤维的其他性能
        1.2.3 碳纤维表面处理
            1.2.3.1 液相氧化法
            1.2.3.2 气相氧化法
        1.2.4 碳纤维/橡胶复合材料的制备与研究现状
            1.2.4.1 碳纤维/橡胶复合材料的加工性能
            1.2.4.2 碳纤维/橡胶复合材料的硫化特性
            1.2.4.3 碳纤维/橡胶复合材料的力学性能
            1.2.4.4 碳纤维/橡胶复合材料的导热性能
        1.2.5 碳纤维复合材料的主要用途及产业现状
    1.3 碳纳米管
        1.3.1 碳纳米管的结构
        1.3.2 碳纳米管的性能
            1.3.2.1 碳纳米管的力学性能
            1.3.2.2 碳纳米管的导电性能
            1.3.2.3 碳纳米管的导热性能
            1.3.2.4 碳纳米管的其他性能
        1.3.3 碳纳米管的应用前景
        1.3.4 碳纳米管的预处理
        1.3.5 碳纳米管/橡胶复合材料的制备与研究现状
            1.3.5.1 碳纳米管/橡胶复合材料的力学性能
            1.3.5.2 碳纳米管/橡胶复合材料的导电性能
            1.3.5.3 碳纳米管/橡胶复合材料的导热性能
    1.4 碳基填料/橡胶复合材料的导电机理
    1.5 碳基填料/橡胶复合材料的导热机理
    1.6 本文的研究目的及主要内容
        1.6.1 选题背景
        1.6.2 本文的主要研究内容
第2章 沥青基碳纤维/天然橡胶复合材料的结构与性能
    2.1 实验部分
        2.1.1 主要原材料
        2.1.2 试验配方(质量份)
        2.1.3 主要仪器和设备
        2.1.4 实验样品制备
            2.1.4.1 碳纤维表面处理
            2.1.4.2 硫化胶中碳纤维的提取
            2.1.4.3 试样制备
        2.1.5 性能测试
            2.1.5.1 扫描电子显微镜测试(SEM)
            2.1.5.2 X-射线光电子能谱(XPS)
            2.1.5.3 拉曼光谱测试
            2.1.5.4 力学性能测试
            2.1.5.5 橡胶加工性能分析(RPA)
            2.1.5.6 动态力学性能测试(DMA)
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 臭氧处理对沥青基碳纤维表面形貌及结构的影响
            2.2.1.1 SEM分析
            2.2.1.2 臭氧处理时间对碳纤维表面化学组分的影响
            2.2.1.3 拉曼光谱分析
        2.2.2 臭氧处理时间对CF/NR复合材料性能的影响
            2.2.2.1 臭氧处理时间对CF/NR复合材料力学性能的影响
            2.2.2.2 橡胶加工性能分析
            2.2.2.3 动态力学性能分析
    2.3 本章小结
第3章 沥青基碳纤维/导电炭黑/丁腈橡胶复合材料的结构与性能
    3.1 实验部分
        3.1.1 主要原材料
        3.1.2 试验配方(质量份)
        3.1.3 主要仪器和设备
        3.1.4 实验样品制备
            3.1.4.1 碳纤维表面处理
            3.1.4.2 试样制备
        3.1.5 性能测试
            3.1.5.1 力学性能测试
            3.1.5.2 体积电阻率
            3.1.5.3 导热率
            3.1.5.4 扫描电子显微镜测试(SEM)
            3.1.5.5 橡胶加工性能分析(RPA)
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 导电炭黑的选取
            3.2.1.1 导电炭黑的种类及用量对NBR力学性能的影响
            3.2.1.2 导电炭黑的种类及用量对NBR导电性能的影响
            3.2.1.3 导电炭黑的种类及用量对NBR导热率的影响
        3.2.2 导电炭黑用量对NBR硫化胶性能的影响
            3.2.2.1 导电炭黑VXC72用量对NBR硫化胶力学性能的影响
            3.2.2.2导电炭黑VXC72用量对NBR硫化胶导电性能的影响11
            3.2.2.3导电炭黑VXC72用量对NBR硫化胶导热率的影响
            3.2.2.4 SEM分析
        3.2.3 碳纤维的用量对VXC72/NBR硫化胶性能的影响
            3.2.3.1 碳纤维(5phr)对VXC72/NBR硫化胶性能的影响
            3.2.3.2 SEM分析
            3.2.3.3 碳纤维用量对VXC72/NBR性能的影响
            3.2.3.4 SEM分析
        3.2.4 CF/VXC72并用比对NBR性能的影响
            3.2.4.1 CF/VXC72并用比对NBR力学性能的影响
            3.2.4.2 CF/VXC72并用比对NBR导电性能的影响
            3.2.4.3 橡胶加工性能分析
    3.3 本章小结
第4章 碳纳米管/天然橡胶复合材料的结构与性能
    4.1 实验部分
        4.1.1 主要原材料
        4.1.2 试验配方(质量份)
        4.1.3 主要仪器和设备
        4.1.4 实验样品制备
            4.1.4.1 碳纳米管表面处理
            4.1.4.2 试样制备
        4.1.5 性能测试
            4.1.5.1 力学性能测试
            4.1.5.2 扫描电子显微镜测试(SEM)
            4.1.5.3 橡胶加工性能分析(RPA)
            4.1.5.4 导热率
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 臭氧处理时间对碳纳米管/天然橡胶复合材料结构与性能的影响
            4.2.1.1 开炼工艺
            4.2.1.2 哈克转矩流变仪
            4.2.1.3 橡胶加工性能分析
        4.2.2 碳纳米管用量对碳纳米管/天然橡胶复合材料结构与性能的影响
            4.2.2.1 碳纳米管用量对天然橡胶硫化特性的影响
            4.2.2.2 碳纳米管用量对天然橡胶力学性能的影响
    4.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3726449