气体诱导液相层叠制备橡胶复合材料机理及实验研究

发布时间：2023-04-02 02:40

　　石墨烯作为21世纪的新型材料,因其优良的性能而被广泛应用。但在很多场合下使用量问题未解决;氧化石墨烯虽表面众多含氧基团易分散在水中,但与石墨烯相比,氧化石墨烯表面具有较多缺陷,使用过程性能较差。湿法混炼过程相比于传统机械混炼橡胶过程具有消耗能源少、对环境污染小以及胶料混合的更为均匀的特点,但湿法混炼胶在液体中进行分散过程中,性能不稳定,且加工过程不连续,耗费时间久的问题未能解决。本文在前人的基础之上,探讨传统机械混炼橡胶与新型液相层叠法制备橡胶的区别,从制备工艺上将新型液相层叠法与石墨烯、氧化石墨烯和蒙脱土进行结合,探索最优配方;同时设计一套装置,运用液相层叠法的原理,用于连续化制备胶乳复合材料,并通过使用Ansys对装置进行模拟,计算出最合适的气体压强及液体流动速度,最终进行复合材料制备研究对装置进行测试,对推动新型橡胶加工方法具有重要意义。研究内容及研究成果如下:(1)提出了气体诱导液相层叠制备橡胶复合材料的方法,与传统机械混炼方法进行了对比研究,研究了制备方法对复合材料动态流变性能、力学性能、导电导热性能、炭黑分散性能等的影响。(2)制备了石墨烯/胶乳复合材料,设计了正交实验方案...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
1 绪论
    1.1 石墨烯概述
        1.1.1 石墨烯简介
            1.1.1.1 石墨烯种类
            1.1.1.2 石墨烯制备方法
            1.1.1.3 石墨烯的材料应用
        1.1.2 胶乳添加石墨烯复合材料方法
            1.1.2.1 机械共混法
            1.1.2.2 胶乳共混法
            1.1.2.3 液体共混法
    1.2 蒙脱土概述
        1.2.1 蒙脱土简介
        1.2.2 蒙脱土混合胶乳制备橡胶复合材料研究进展
    1.3 还原氧化石墨烯方法
    1.4 胶乳添加石墨烯复合材料相关设备
    1.5 课题意义
    1.6 主要研究内容
2 石墨烯/胶乳复合材料的制备工艺研究
    2.1 干法/液相层叠法制备工艺的确定
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验配方
        2.1.3 试样制备
            2.1.3.1 干法制备混炼工艺
            2.1.3.2 液体层叠法制备工艺
            2.1.3.3 硫化工艺
        2.1.4 性能测试
            2.1.4.1 无转子流变仪测试
            2.1.4.2 RPA测试
            2.1.4.3 力学性能
            2.1.4.4 导热测试
            2.1.4.5 导电测试
            2.1.4.6 炭黑分散
            2.1.4.7 气密性测试
            2.1.4.8 电镜测试
        2.1.5 结果与分析
            2.1.5.1 不同比例炭黑/白炭黑及加工工艺对复合材料硫化特性的影响
            2.1.5.2 不同比例炭黑/白炭黑加工工艺对材料动态流变性能的影响
            2.1.5.3 不同比例炭黑/白炭黑及加工工艺对复合材料力学性能的影响
            2.1.5.4 不同比例炭黑/白炭黑及加工工艺对复合材料导电性能的影响
            2.1.5.5 不同比例炭黑/白炭黑及加工工艺对复合材料导热性能的影响
            2.1.5.6 不同比例炭黑/白炭黑及加工工艺对复合材料炭黑分散
        2.1.6 小结
    2.2 液相层叠法加入机械法石墨烯及Hummers法的氧化石墨烯性能比较
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 试样制备
        2.2.3 性能测试
            2.2.3.1 无转子硫化仪测试
            2.2.3.2 RPA测试
            2.2.3.3 力学性能
            2.2.3.4 导热测试
            2.2.3.5 导电测试
        2.2.4 结果与分析
            2.2.4.1 不同份数的机械法石墨烯,p1,p2片径的氧化石墨烯的硫化特性
            2.2.4.2 不同份数的机械法石墨烯,p1,p2片径的氧化石墨烯对复合材料动态流变性能
            2.2.4.3 不同份数的机械法石墨烯,p1,p2片径的氧化石墨烯对复合材料力学性能的影响
            2.2.4.4 不同份数的机械法石墨烯,p1,p2片径的氧化石墨烯对复合材料导热性能的影响
            2.2.4.5 不同份数的机械法石墨烯,p1,p2片径的氧化石墨烯对复合材料导电性能的影响
        2.2.5 小结
3 石墨烯层数、絮凝剂种类及还原剂种类对氧化石墨烯/胶乳复合材料影响
    3.1 正交实验
        3.1.1 正交实验简介
        3.1.2 正交实验设计
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验配方
        3.2.3 试样制备
    3.3 性能测试
        3.3.1 无转子硫变仪
        3.3.2 RPA测试
        3.3.3 力学性能测试
        3.3.4 导热测试
        3.3.5 导电测试
        3.3.6 电镜测试
    3.4 结果与分析
        3.4.1 复合材料硫化特性
        3.4.2 力学性能影响
            3.4.2.1 正交分析最大影响因素
            2.3.4.2 方差分析
            3.4.2.3 力学性能数据
            3.4.2.4 导热性能
            3.4.2.5 复合材料动态硫化性能
            3.4.2.6 炭黑分散测试
            3.4.2.7 电镜测试
        3.4.3 小结
    3.5 石墨烯/蒙脱土协同改性橡胶复合材料的性能研究
        3.5.1 实验配方
        3.5.2 实验制备
        3.5.3 性能测试
            3.5.3.1 RPA测试
            3.5.3.2 力学性能测试
            3.5.3.3 气密性测试
        3.5.4 结果分析
            3.5.4.1 硫化特性
            3.5.4.2 不同份数蒙脱土制备液体胶乳复合材料动态流变性能的影响
            3.5.4.3 不同份数蒙脱土制备液体胶乳复合材料的的力学性能
            3.5.4.4 不同份数蒙脱土制备液体胶乳复合材料的气密性
        3.5.5 小结
4 气体诱导液相喷射装置设计及优化
    4.1 气体诱导液相喷射装置设计
    4.2 气体诱导液相层叠法喷射装置组成
        4.2.1 加热装置
        4.2.2 传动装置
        4.2.3 混合装置
        4.2.4 储料装置
        4.2.5 机架
    4.3 气体诱导液相喷射制备橡胶层叠复合材料机理
        4.3.1 喷射紊流的数学模型
    4.4 关键部位设计及优化
        4.4.1 气体诱导液相喷射喷嘴设计
        4.4.2 网格划分
        4.4.3 边界条件的设定
        4.4.4 结果分析及讨论
            4.4.4.1 速度分析
        4.4.5 基于3D打印的喷嘴制造
    4.5 本章小结
5 气体诱导液相层叠法设备制备胶乳复合材料研究
    5.1 实验过程
        5.1.1 实验材料
        5.1.2 实验配方
        5.1.3 试样制备
        5.1.4 性能测试
        5.1.5 结果与分析
            5.1.5.1 硫化特性
            5.1.5.2 动态流变性能分析
            5.1.5.3 力学性能分析
            5.1.5.4 导电导热性能分析
            5.1.5.5 炭黑分散分析
    5.2 本章小结
6 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
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本文编号：3778367