新型功能化石墨烯的制备及其在橡胶中的应用

发布时间：2017-04-03 01:14

  本文关键词：新型功能化石墨烯的制备及其在橡胶中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：天然橡胶是当代高技术新材料的重要组成部分，在汽车工业、电子信息、生物技术、航空航天等高新技术领域中有着广泛的应用。高性能橡胶纳米复合材料一直是重要的研究方向。从分子结构设计角度出发，制备具有较高力学强度及具有一定导热性能纳米复合材料，是本研究的目的，这将有利于拓宽橡胶纳米复合材料的研究和应用领域，对高性能橡胶复合材料的制备和应用具有一定的理论和实践意义。 本文首先采用机械球磨、液相剥离和化学沉淀法合成了一种新型的功能化石墨烯—甲基丙烯酸锌功能化石墨烯(ZDMA-GE)。结果表明，石墨烯悬浮液有很好的分散稳定性，符合Lambert-Beer定律；为结构较为完整的单层和少数层石墨烯。采用TG、XRD、Raman、XPS和SEM等测试技术对化学沉淀法合成的ZDMA-GE进行研究，结果显示，ZDMA-GE具有很好的热稳定性，在550℃下完全失重率不超过5%； ZDMA插层进入石墨烯层间,并与石墨烯间存在相互作用。层间的ZDMA基本处于无定型态，同时GE的表面缺陷较少和结构破坏程度较低，为后续在橡胶中的应用奠定了有利条件。 采用机械混炼法制备了甲基丙烯酸锌功能化石墨烯/天然橡胶复合材料(ZDMA-GE/NR)，并对复合材料的硫化性能、力学性能、老化性能、热性能、压缩疲劳性能、导热和导电性能进行了研究。ZDMA-GE用量的增大适当的提高了胶料的焦烧时间T10和正硫化时间T90。ZDMA-GE能够显著提高ZDMA-GE复合材料的力学性能，当ZDMA-GE用量为15phr时,拉伸强度、撕裂强度和300%定伸应力分别提高了33%,42%和174%。这是由于体系中形成大量的共价键和离子键，石墨烯在橡胶基体中的良好分散及其石墨烯与橡胶基体之间较强的界面作用。此外，ZDMA-GE的加入能够明显地提高NR复合材料的耐热稳定性和耐老化性能，石墨烯(GE)的片层结构对外界热量向内部传递起到了一定的阻隔作用。导热导电、压缩疲劳生热测试结果表明，当ZDMA-GE用量达到一定用量时，促进形成较为完整的导热网链和传热通路及导电通路，有效提高了复合材料的导热导电性能。与纯天然橡胶相比，填加了35phr的ZDMA-GE的复合材料导热系数提高了约29％，当ZDMA-GE用量达到40phr时，复合材料的电阻率下降了3个数量级。同时，，这种较为完善的填料网络和导热通路，可以将内部积累的热量运输至材料表面，降低了内部温升，从而改善了ZDMA-GE/NR复合材料的压缩疲劳性能。 利用透射电镜(TEM)对复合材料的结构研究发现，GE能均匀分散在NR基体中，同时，GE表面分散着纳米级别的P-ZDMA聚集体，这些聚集体将作为“桥”，一端与石墨烯存在比较强的相互作用，同时另一端发生聚合反应，与橡胶基体形成复杂的离子键和共价键的相互作用，这对提高复合材料的力学性能、老化性能、导热性能、导电性能等发挥着重要的作用。
【关键词】：天然橡胶 石墨烯 功能化 纳米复合材料
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ127.11;TQ332
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 橡胶纳米复合材料的生热与导热11-18
• 1.1.1 橡胶纳米复合材料的生热11-13
• 1.1.2 橡胶纳米复合材料的导热13-18
• 1.2 石墨烯18-21
• 1.2.1 石墨烯的结构18-19
• 1.2.2 石墨烯的合成19-20
• 1.2.3 石墨烯的性能与应用20-21
• 1.3 橡胶/石墨烯纳米复合材料的制备21-22
• 1.3.1 直接共混法21
• 1.3.2 溶液混合法21-22
• 1.3.3 乳液混合法22
• 1.4 不饱和羧酸金属盐在橡胶中的应用22-26
• 1.4.1 不饱和羧酸金属盐的研究进展23-24
• 1.4.2 不饱和羧酸金属盐补强橡胶的机理24-26
• 1.5 本课题研究的目的、意义和内容26-28
• 1.5.1 本课题研究的目的、意义26
• 1.5.2 本课题研究的主要内容26-27
• 1.5.3 本论文的特点及创新之处27-28
• 第二章 甲基丙烯酸锌功能化石墨烯(ZDMA-GE)的制备与表征28-50
• 引言28-29
• 2.1 实验部分29-32
• 2.1.1 原料和试剂29
• 2.1.2 主要设备及仪器29-30
• 2.1.3 样品制备30-31
• 2.1.4 测试表征31-32
• 2.2 结果与讨论32-49
• 2.2.1 机械球磨法制备纳米石墨片32-36
• 2.2.2 液相剥离法制备少数层石墨烯36-40
• 2.2.3 化学沉淀法合成ZDMA-GE40-49
• 2.3 本章小结49-50
• 第三章 ZDMA-GE/NR复合材料的结构与性能研究50-81
• 引言50
• 3.1 实验部分50-54
• 3.1.1 原材料50-51
• 3.1.2 复合材料的配方及制备51
• 3.1.3 测试表征51-54
• 3.2 结果与讨论54-80
• 3.2.1 硫化体系对ZDMA-GE/NR复合材料性能的影响54-60
• 3.2.2 ZDMA-GE/NR混炼胶的加工性能分析60-62
• 3.2.3 ZDMA-GE/NR复合材料的硫化性能62-63
• 3.2.4 ZDMA-GE/NR复合材料的力学性能63-65
• 3.2.5 ZDMA-GE/NR 复合材料的耐老化性能65-66
• 3.2.6 ZDMA-GE/NR 复合材料的动态压缩性能66-68
• 3.2.7 ZDMA-GE/NR 复合材料的动态力学性能68-70
• 3.2.8 ZDMA-GE/NR 复合材料的热分解行为70-72
• 3.2.9 ZDMA-GE/NR 复合材料的结构72-77
• 3.2.10 ZDMA-GE/NR 复合材料的导热导电性能77-80
• 3.3 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-93
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果93-94
• 致谢94-95
• 附件95

【参考文献】

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本文编号：283477