MoS_2纳米片改善橡胶复合材料分散及性能的研究

发布时间：2017-06-24 21:02

  本文关键词：MoS_2纳米片改善橡胶复合材料分散及性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：继石墨烯发现后,类石墨烯结构的二硫化钼迅速获得了研究者们的广泛关注。二硫化钼是“三明治夹心”结构的二维层状化合物,凭借其独特的化学、物理性能成为电池、催化剂、光电子器件、复合材料等领域的研究热点。本学位论文以二硫化钼为原料,采用丁基锂插层法制备单片层二硫化钼(Mo S2)水分散体,通过乳液共混法将其与胶乳复合,再将所得母炼胶与白炭黑(炭黑)进行混炼,以期能以少量Mo S2的加入显著改善白炭黑(炭黑)在橡胶基体中的分散,从而提高橡胶复合材料的综合性能。进一步,我们将Mo S2水分散体与聚乙二醇复合、冷冻干燥,获得的二硫化钼/聚乙二醇复合物(Mo S2-PEG)能直接在开炼机上与填料进行混炼,从而为这一方法的实际应用提供可能。本论文的研究内容包括以下三方面:(1)通过乳液共混法将Mo S2水分散体与天然橡胶胶乳(NR Latex)复合,然后在哈克中加入白炭黑及橡胶助剂,最后在开炼机上加入硫磺制得NR/Si O2/Mo S2复合材料(NR/Si O2=100/30)。研究发现,少量Mo S2的加入即可显著改善白炭黑在橡胶中的分散。当加入3份Mo S2时,NR/Si O2/Mo S2复合材料的模量(M300)和拉伸强度为3.37 MPa和30.31 MPa,分别提高了70%和60%;动态压缩生热降低了17℃。根据动态光散射测试和粘结能变化(ΔW)与填料表面能的关系,Mo S2与白炭黑之间的静电排斥作用、表面能差异以及异质填料间的隔离作用是Mo S2显著改善白炭黑分散的原因。(2)采用乳液共混法将Mo S2水分散体与丁苯橡胶胶乳(SBR Latex)复合,再通过直接开炼法与炭黑混炼制备SBR/CB/Mo S2复合材料(总填料份数为50 phr)。研究表明,部分取代炭黑的Mo S2其边缘活性点能与炭黑反应生成碳化物,降低炭黑的石墨微晶尺寸,增加炭黑的无序程度,促进和稳定填料的三维网络,从而大幅度提高复合材料的静态力学性能和动态力学性能。炭黑取代量为3份时,SBR/CB/Mo S2复合材料的模量(M300)和拉伸强度为20.9 MPa和28.8 MPa,分别提高了50%和25%;炭黑取代量为2份时,SBR/CB/Mo S2复合材料在60℃下的损耗因子降低了17%(RPA法,5%应变),Akron体积磨耗降低了90%;炭黑取代量为1份时,SBR/CB/Mo S2复合材料的压缩生热降低了10℃。(3)利用聚乙二醇易溶于水的特点,将其与Mo S2水分散体复合、冷冻干燥获得Mo S2-PEG。得益于聚乙二醇的插层阻隔作用,扫描电镜和XRD测试均表明Mo S2在复合物中保持单片层状态。随后将Mo S2-PEG运用于胎面胶配方,在开炼过程中直接与橡胶混炼制备橡胶复合材料。研究表明,Mo S2-PEG部分取代炭黑能在保持橡胶复合材料静态力学性能的情况下,显著提高橡胶复合材料的动态力学性能。当炭黑的取代量为2份时,橡胶复合材料的各项动态力学性能最优。此时,橡胶复合材料在60℃下的损耗因子降低了8%(RPA法,5%应变);动态压缩生热降低了18%;阿克隆磨耗降低了26%。如此优异的性能提高得益于Mo S2-PEG对填料分散的有效改善。这一方法为胎面橡胶动态性能的改善提供了一种崭新的思路。
【关键词】：橡胶 二硫化钼 填料 分散 动态性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ332
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 引言13
• 1.2 橡胶补强概述13-14
• 1.3 填料分散研究进展14-16
• 1.3.1 填料改性14
• 1.3.2 填料并用14-16
• 1.4 二硫化钼的结构及其特性16-25
• 1.4.1 二硫化钼的结构16-17
• 1.4.2 二硫化钼的晶体缺陷17-19
• 1.4.3 二硫化钼的优异性能19-22
• 1.4.3.1 力学性能19-20
• 1.4.3.2 光物理性质20-21
• 1.4.3.3 润滑特性21-22
• 1.4.4 二硫化钼的制备方法22-25
• 1.4.4.1 机械剥离法22
• 1.4.4.2 插层剥离法22-23
• 1.4.4.3 溶剂超声剥离法23
• 1.4.4.4 激光减薄法23-24
• 1.4.4.5 化学气相沉积法24-25
• 1.5 二硫化钼/聚合物复合材料的性能研究25-26
• 1.5.1 复合材料的机械性能25-26
• 1.5.2 复合材料的电化学性能26
• 1.5.3 复合材料的耐磨性能26
• 1.5.4 复合材料的热稳定性26
• 1.6 本论文研究的主要内容、目的及创新之处26-28
• 1.6.1 本研究的目的与意义26-27
• 1.6.2 本研究的主要内容27
• 1.6.3 本研究的主要创新之处27-28
• 第二章 二硫化钼对白炭黑分散及复合材料的影响28-44
• 2.1 引言28
• 2.2 实验部分28-32
• 2.2.1 原料28
• 2.2.2 单片层二硫化钼制备28-29
• 2.2.3 基本配方29
• 2.2.4 模型化物及试样制备29-30
• 2.2.4.1 模型化物制备29
• 2.2.4.2 试样制备29-30
• 2.2.5 测试与表征30-32
• 2.2.5.1 透射电子显微镜（TEM）形貌分析30
• 2.2.5.2 橡胶加工性能分析30-31
• 2.2.5.3 硫化性能测试31
• 2.2.5.4 交联密度测定31
• 2.2.5.5 复合材料静态力学性能测试31-32
• 2.2.5.6 复合材料动态力学性能测试32
• 2.2.5.7 复合材料压缩疲劳温升性能测试32
• 2.2.5.8 MoS_2/SiO_2模型化合物粒径测试32
• 2.3 结果与讨论32-43
• 2.3.1 二硫化钼对白炭黑分散的影响32-34
• 2.3.2 二硫化钼对天然橡胶/白炭黑复合材料硫化特性的影响34-35
• 2.3.3 二硫化钼对天然橡胶/白炭黑复合材料交联密度的影响35-36
• 2.3.4 二硫化钼对天然橡胶/白炭黑复合材料静态力学性能的影响36-37
• 2.3.5 二硫化钼对天然橡胶/白炭黑复合材料应变诱导结晶行为影响37-38
• 2.3.6 二硫化钼对天然橡胶/白炭黑复合材料动态力学性能的影响38-40
• 2.3.7 二硫化钼对天然橡胶/白炭黑复合材料压缩疲劳温升性能影响40-41
• 2.3.8 二硫化钼促进白炭黑分散的机理41-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 二硫化钼部分取代炭黑对填料分散及复合材料性能的影响44-60
• 3.1 引言44
• 3.2 实验部分44-47
• 3.2.1 原料44
• 3.2.2 单片层二硫化钼制备44
• 3.2.3 基本配方44-45
• 3.2.4 模型化物及试样制备45-46
• 3.2.4.1 模型化物制备45
• 3.2.4.2 试样制备45-46
• 3.2.5 测试与表征46-47
• 3.2.5.1 场发射扫描电子显微镜（SEM）形貌分析46
• 3.2.5.2 透射电子显微镜（TEM）形貌分析46
• 3.2.5.3 橡胶加工性能分析46
• 3.2.5.4 硫化性能测试46
• 3.2.5.5 复合材料静态力学性能测试46
• 3.2.5.7 复合材料动态力学性能测试46
• 3.2.5.8 复合材料压缩疲劳温升性能测试46
• 3.2.5.9 复合材料Akron磨耗能测试46
• 3.2.5.10 X射线光电子能谱（XPS）测试46-47
• 3.2.5.11 拉曼光谱（Raman）测试47
• 3.3 结果与讨论47-58
• 3.3.1 二硫化钼对炭黑分散的影响47-51
• 3.3.2 二硫化钼对丁苯/炭黑复合材料静态力学性能的影响51-52
• 3.3.3 二硫化钼对丁苯/炭黑复合材料损耗因子的影响52-54
• 3.3.4 二硫化钼对丁苯/炭黑复合材料动态性能的影响54-55
• 3.3.5 二硫化钼对丁苯/炭黑复合材料耐磨性的影响55
• 3.3.6 二硫化钼促进炭黑分散的机理55-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第四章 MoS_2-PEG的制备及其对橡胶复合材料的性能影响研究60-77
• 4.1 引言60-61
• 4.2 实验部分61-63
• 4.2.1 原料61
• 4.2.2 单片层二硫化钼制备61
• 4.2.3 MoS_2-PEG制备61
• 4.2.4 基本配方61
• 4.2.5 MoS_2-PEG及试样制备61-62
• 4.2.5.1 MoS_2-PEG制备61-62
• 4.2.5.2 试样制备62
• 4.2.6 测试与表征62-63
• 4.2.6.1 场发射扫描电子显微镜（SEM）形貌分析62-63
• 4.2.6.2 橡胶加工性能分析63
• 4.2.6.3 硫化性能测试63
• 4.2.6.4 复合材料静态力学性能测试63
• 4.2.6.5 复合材料动态力学性能测试63
• 4.2.6.6 复合材料压缩疲劳温升性能测试63
• 4.2.6.7 复合材料Akron磨耗能测试63
• 4.2.6.8 X射线衍射（XRD）测试63
• 4.3 结果与讨论63-75
• 4.3.1 MoS_2-PEG的表征63-65
• 4.3.2 MoS_2-PEG的加入对复合材料中填料分散的影响65-69
• 4.3.3 复合材料的硫化特性69-70
• 4.3.4 复合材料静态力学性能70-72
• 4.3.5 复合材料动态力学性能72-75
• 4.4 本章小结75-77
• 结论77-79
• 参考文献79-88
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果88-89
• 致谢89-90
• 附件90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王廷梅,邵鑫,王齐华,刘维民;聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究[J];摩擦学学报;2005年04期

2 刘丽;贾志欣;郭宝春;刘明贤;杜明亮;贾德民;;埃洛石纳米管/白炭黑并用补强NR的研究[J];橡胶工业;2008年03期

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1 张涛;橡胶/MoS_2复合材料的新型制备技术及其应用研究[D];中北大学;2012年

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本文编号：479469