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文檔簡介
1、彈性體是一種奇妙獨特、具有戰(zhàn)略性的高分子材料,其高彈特性奠定了它不可取代的地位。彈性體在通用和工程場所中的廣泛應用是有目共睹的,譬如輪胎、彈簧、減震器、密封件、墊片、膠管、膠帶、摩擦傳動裝置和膠輥等等。盡管如此,至今大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的彈性體基納米復合材料及其制品仍然很少,原因1)缺少低成本、高性能的納米復合材料制備方法;2)對其復雜結構與性能之間關系認識不足。因此,本課題著眼于高性能彈性體基納米復合材料的大規(guī)模化制備技術和應用,重點解決白炭
2、黑等球型填料,黏土、石墨烯等片層填料在彈性體基體中的分散問題,并開展大規(guī)模制備滿足工業(yè)應用需要,探索結構與性能之間的關系,為彈性體材料的應用開辟嶄新道路。
本論文的第一部分是萬噸級黏土/丁苯橡膠納米復合材料規(guī)?;苽浼夹g與應用。此產(chǎn)品組成是100份丁苯橡膠納米復合80份黏土,制備工藝采用乳液復合和噴霧干燥相結合的方法,充分利用乳液復合實現(xiàn)納米分散,噴霧干燥實現(xiàn)快速脫水的優(yōu)勢,制備出高填充的黏土/丁苯橡膠納米復合材料,在制備過程
3、中采用風冷系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)和隔離劑系統(tǒng)解決了噴霧干燥生產(chǎn)彈性體材料時容易粘壁的難題。產(chǎn)品的應用之一是全部或部分代替鹵化丁基橡膠制備輪胎氣密層,解決了高填充高黏度的納米復合材料與其他生膠共混時納米分散,均勻混合的難題,通過透射電子顯微鏡(TEM)、動態(tài)熱力學分析(DMTA)、橡膠加工分析(RPA)等手段分析其形態(tài)結構,通過硫化、物理機械性能和氣密性能考察其在氣密層中的應用,采用此種納米復合材料制備的氣密層具有性能優(yōu)異、容易成型加工和低成本等
4、優(yōu)勢。應用之二是作為一種新型納米填料應用于輪胎胎面中,能夠明顯提高耐切割和耐屈撓疲勞性能。
本論文的第二部分是萬噸級黏土/天然橡膠納米復合材料規(guī)?;苽浼夹g與應用。此產(chǎn)品的組成是100份天然橡膠納米復合5份黏土,代替進口天然橡膠制備礦山用全鋼載重子午線輪胎胎面。制備過程中,在理論上闡明了黏土相和橡膠相在凝固過程中存在的自凝-共凝的競爭關系;發(fā)現(xiàn)了影響納米分散的物理、化學、工藝等方面的因素;提出了阻止黏土自聚集和改善其與橡膠界面
5、作用的方法;成功實現(xiàn)了納米黏土相的形成與控制,實現(xiàn)了年產(chǎn)萬噸級的生產(chǎn)規(guī)模,制備的材料強度高,耐撕裂,抗崩花掉塊,能夠廣泛應用于礦用輪胎胎面中。
本論文的第三部分是強界面修飾的黏土/丁苯橡膠納米復合材料的制備及結構與性能研究,初步探索將乳聚丁苯橡膠代替溶聚丁苯橡膠、天然礦物黏土代替白炭黑制備輪胎胎面,進一步輪胎向更節(jié)能、更安全、更環(huán)保的方向發(fā)展。通過乳液復合法,利用丁苯吡膠乳對黏土/丁苯橡膠進行強界面修飾作用,丁苯吡膠乳中的酸化
6、的吡啶基團與黏土片層之間形成強的離子鍵相互作用,提高黏土與橡膠之間的界面相互作用,從而改善分散,并通過紅外光譜(FTIR),X射線光電子能譜分析(XPS),DMTA分析黏土與橡膠之間形成強界面相互作用的機理,通過X射線衍射(XRD)和高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)分析其納米分散,通過Halpin-Tsai模型和Nielsen模型計算黏土的長徑比,此種材料具有較高的拉伸撕裂強度、較強的耐磨耗性能,較低的滾動阻力生熱,有望替代白炭黑應
7、用于節(jié)能輪胎胎面中。
本論文的第四部分是白炭黑/氧化石墨烯/丁苯橡膠納米復合材料的制備及結構與性能研究。首先采用噴霧干燥工藝制備白炭黑/氧化石墨烯納米雜化填料,原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)分析發(fā)現(xiàn)白炭黑與氧化石墨烯形成相互穿插納米雜化結構。此種納米雜化填料僅僅通過傳統(tǒng)的機械混煉方式與溶聚丁苯橡膠復合就能實現(xiàn)氧化石墨烯在基體中的納米分散,制備的納米復合材料定伸高、拉伸強度、撕裂強度高,磨耗性能優(yōu)異,最大的優(yōu)勢
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