表面改性CNTS对NBR胶料热力学性能影响的研究

发布时间：2020-10-21 20:32

　　 碳纳米管是一种结构独特,力学性能优异,导电导热系数高的新兴碳家族材料,一经问世便成为研究热点。但同时碳纳米管在加工应用中也有一些缺点,本文针对碳纳米管不易分散,与基体结合力差的缺点对碳纳米管进行了表面改性;针对加工过程中的易飞扬不易运输的缺点制备出了预分散体;之后为进一步改善碳纳米管导热性引入了粉煤灰来制备复合导热填料;最后将制备好的改性碳纳米管应用到丁腈橡胶之中,利用其高导热,高散热以及改善橡胶高温力学性能和老化保持率的优点来延长胶料使用寿命并对胶料热力学性能进行测试表征,从而实现提高硫化效率,降低能耗,减少使用过程中产生的热量,延长胶料使用寿命的目的。研究结果表明:添加了碳纳米管后,丁腈橡胶的转矩增大,硫化时间减少。为了改善碳纳米管的分散性和与橡胶基体的结合力,对碳纳米管进行了两种方法的表面改性。其中丙烯酸法改性的碳纳米管对丁腈橡胶的增强作用较优,其拉伸强度,撕裂强度,定伸应力都高于偶联剂法改性的碳纳米管,最佳用量为2phr。在高温下,碳纳米管能够有效改善丁腈橡胶的高温力学性能,其中丙烯酸法改性的碳纳米管对丁腈橡胶高温力学性能的改善更好。与未经高速搅拌机处理的丙烯酸法碳纳米管相比,处理后的改性碳纳米管在各方面性能上都更加出色,说明利用高速搅拌机和丙烯酸原位反应法改性碳纳米管是一种可行的方案。添加丙烯酸法改性碳纳米管的丁腈橡胶具有加工性能好,填料分散程度高,补强效果好的优点。为了解决碳纳米管不易加工,运输的缺点,制备出碳纳米管预分散体。同时因为橡胶基体不耐高温,在挤出制备的过程中粘度大不便实现操作,经分析选用易加工,相容性好的热塑性弹性体SBS作为载体。经探究得出SBS基碳纳米管预分散体的最佳制备工艺为:组分比例SBS:CNTs:操作白油=2.5:1:1.5;搅拌机温度190℃,以2800r/min的速度搅拌5min,再以1400r/min的速度搅拌5min最后以2800r/min的速度搅拌5min后排料,挤出机温度200℃,转速为150r/min。碳纳米管预分散体对SBS的导电性有很大改善,添加量以12.5phr最佳。与直接添加相同组分相比,SBS基碳纳米管预分散体对丁腈橡胶的力学性能影响较小,但解决了碳纳米管的添加和运输问题,具有一定的实用性。由于碳纳米管的长径比高,因此在轴向方向上其导热效果较好,但在径向方向上导热效果会变差,因此引入了球状填料(粉煤灰)来改善其径向方向的导热性,制备出复合导热填料。复合导热填料的导热效果比氧化铝好,并且能在一定程度上改善胶料的物理机械性能。将复合填料等量替换炭黑N550后,NBR硫化胶的常温力学性能随着替换份数的增加呈现先升高后降低的趋势,NBR的导热率随着替换份数的增加而增加,NBR胶料的高温力学性能保持率有所上升,复合导热填料的最佳替换份数为10-20份。此时胶料的加工性能良好,Payne效应低,分散性好。当替换炭黑N550的量过多时,橡胶基体在受力时容易出现缺陷。丙烯酸法改性碳纳米管可以作为增容剂添加到NBR/EPDM共混胶中,能够有效改善共混胶的性能。在老化过程中,随着老化时间的延长,共混胶的硬度会逐渐增加,拉断伸长率逐渐减小而拉伸强度先增加后减小,并且在一定温度范围内,老化温度越高拉伸强度和硬度增加的速率越快,其中利用表面改性碳纳米管做增容剂的共混胶力学性能的保持率和耐热氧老化性要比没有经过共混的NBR好。通过实验,拟合曲线方程和反应活化能的计算,推算出NBR/EPDM共混胶的使用寿命要长于未经共混NBR,经实验结果和实际使用情况分析,该预测方法可行。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ333.7
【部分图文】：

概述在 1991 年被日本电镜专家饭岛教授所命名的[1]，制造出来，只是当时还并没有对它进行过深入的研丝堆积问题引起了大家的广泛关注，人们开始研究这些碳丝中的许多结构实际上已经和现在的碳纳米末，多壁碳纳米管的前身-碳纤维簇就已经被新西兰电制造出来了[2]。之后日本科学家也是通过电弧放纳米管被命名后，其特殊的结构、优异的性能也陆续代起，碳纳米管作为碳材料家族的新宠儿，对它的结构特点

胶概述胶（NBR）是通过低温（5℃左右）乳液聚合的方法制备而成体是丁二烯与丙烯腈两种单体。丁腈橡胶最早是在 1930 年由德于 1937 年实现了工业化生产[37]。目前全球大约有 30 多个国家业化生产，丁腈橡胶的品种牌号约有 400 多个。我国 NBR 的生中国石油吉林石化公司、中国石油兰州化学工业公司和镇江南能约在 30 万吨/年[38]。胶的结构与性能BR 的分子链结构胶是一种常见的极性非结晶型橡胶，其极性来源于丙烯腈单体合成丁腈橡胶的过程中，两种单体采用的是无规共聚的方法。子链结构和微观结构也取决于聚合温度。丁腈橡胶的分子结构

SBS 的分子链结构，SBS 一般采用阴离子聚合法顺序制备，即先用引发剂引发苯乙依次加入丁二烯和苯乙烯单体进行共聚，这种制备方法所得到分子结构式如下图：
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本文编号：2850565