聚合物-碳系復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、碳材料因其結(jié)構(gòu)多樣、化學穩(wěn)定性好、可調(diào)控性強等優(yōu)點，一直被廣大研究者持續(xù)關(guān)注。將碳材料應(yīng)用到復(fù)合材料中，對其進行改性以提高材料的性能已被諸多研究和報道。橡膠的力學性能不好，可利用碳納米管、石墨烯等碳材料對橡膠進行補強改性，以達到其增強、增韌、提高力學性能等目的，但納米粒子誘導橡膠分子運動產(chǎn)生變化的規(guī)律和機理仍不十分清楚，這限制了新型橡膠復(fù)合材料的開發(fā)和應(yīng)用;另外，為了解決塑料結(jié)晶速度慢的問題，利用膨脹石墨對其進行改性，但膨脹石墨在塑料基

2、體中難于剝離和均勻分散的問題，也極大地限制了聚合物/膨脹石墨復(fù)合材料性能的提高。
　　本論文采用溶液共混的方法制備丁苯橡膠(SBR)/碳納米管(CNTs)和丁苯橡膠(SBR)/氧化石墨烯(GO)納米復(fù)合材料，討論了低維碳納米材料（碳納米管和氧化石墨烯）對丁苯橡膠動態(tài)力學、界面相互作用及介電馳豫的影響，探討高分子材料分子運動與松弛轉(zhuǎn)變。同時，利用超聲輔助的制備方法將膨脹石墨用于塑料的改性，以解決石墨在基體中難于分散的問題，進而改善復(fù)

3、合材料的結(jié)晶性及穩(wěn)定性。
　　CNTs加入到橡膠基體中能均勻分散，且納米復(fù)合材料的拉伸強度得到提高。隨著CNTs加入，納米復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)向低溫方向移動，如未填充的SBR和CNTs含量為1wt％的SBR/CNTs納米復(fù)合材料，Tg分別為-42℃和-40.7℃，玻璃化轉(zhuǎn)變向低溫方向移動的原因是CNTs加入致使橡膠分子運動過程產(chǎn)生滑移。同時對CNTs對橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響進行了探討，發(fā)現(xiàn)隨著CNTs含量的增加，橡膠的

4、tanδ峰的是減低的，說明SBR的分子遷移率被抑制;儲存模量(E')隨著溫度的升高明顯下降，其原因是隨著溫度的升高破壞了填料與橡膠分子鏈間形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，“Panye”效應(yīng)也證明CNTs在橡膠基體中形成一定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。介電分析說明CNTs的加入，增強了分子鏈段運動。
　　由于SBR是非極性分子而GO表面存在大量的極性基團，致使GO在SBR中難于分散，為了改善GO在SBR中的分散問題，用雙-[γ-（三乙氧基硅）丙基]四硫化物(Si69

5、)對復(fù)合材料進行改性。利用Si69改性后，GO在SBR基體中分散更均勻且在GO含量相同的情況下，Si69的加入使拉伸強度均有所提高;GO的加入使得納米復(fù)合材料的Tg向低溫方向移動，且用Si69改性后其玻璃化轉(zhuǎn)變進一步向低溫方向移動，說明Si69改善聚合物與填料的界面相互作用，使聚合物的分子鏈運動增強。同時“Panye”效應(yīng)證明GO在橡膠基體中形成一定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時介電分析也說明Si69的加入，增強了基體與填料的界面相互作用，形成更發(fā)達的