氧化鐵修飾碳納米管對(duì)硅橡膠熱氧穩(wěn)定性的影響及機(jī)理探究.pdf

1、硅橡膠作為高性能合成橡膠中的重要一員,與其他傳統(tǒng)的碳鏈橡膠相比最為顯著的特征在于其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,被廣泛用作高溫環(huán)境下的彈性材料,在現(xiàn)代高新技術(shù)、航空航天等高科技領(lǐng)域有著不可替代的地位。為了使硅橡膠適應(yīng)更為苛刻的高溫環(huán)境,提高硅橡膠熱穩(wěn)定性的研究被廣泛開(kāi)展。提高硅橡膠的熱穩(wěn)定性有許多方法,其中添加耐熱添加劑是最為簡(jiǎn)便有效的方法之一。
　　本課題組的前期工作已經(jīng)證實(shí)碳納米管的存在能夠使附著在其表面上的氧化鐵的晶型從α型變成γ型。當(dāng)氧

2、化鐵修飾的碳納米管(γ-Fe2O3-CNTs)作為添加劑加入到硅橡膠基體中時(shí),能夠顯著提高硅橡膠復(fù)合材料熱氧老化后的力學(xué)性能;在相同的添加量下,其效果明顯優(yōu)于添加單純的碳納米管(CNTs)、氧化鐵納米粒子(γ-Fe2O3)或兩者的混合物。出現(xiàn)這種現(xiàn)象很有可能是源于CNTs及其表面修飾的γ-Fe2O3之間的協(xié)同作用。
　　本論文為了進(jìn)一步深入探究γ-Fe2O3-CNTs對(duì)硅橡膠熱氧穩(wěn)定性的影響,,通過(guò)調(diào)控納米粒子溶膠凝膠法制備過(guò)程中

3、表面活性劑和前驅(qū)體的用量,制備了一系列具有不同γ-Fe2O3粒徑或γ-Fe2O3修飾量的γ-Fe2O3-CNTs。采用透射電子顯微鏡(TEM)、X射線(xiàn)衍射(XRD)等手段對(duì)粒子進(jìn)行表征,通過(guò)比較對(duì)應(yīng)的硅橡膠復(fù)合材料熱氧老化后的力學(xué)性能,選出最佳實(shí)驗(yàn)組。在最佳實(shí)驗(yàn)組S9中,大量γ-Fe2O3以粒徑很小(5~10 nm)的球形納米粒子的形式均勻地修飾在碳納米管表面;對(duì)應(yīng)的硅橡膠復(fù)合材料S9/SR熱氧老化后具有最好的力學(xué)性能,其中,拉伸強(qiáng)度保

4、持率和斷裂伸長(zhǎng)率保持率分別達(dá)到了91.4％和96.9%。
　　此外,還通過(guò)硅橡膠復(fù)合材料熱氧老化前后交聯(lián)點(diǎn)間平均分子量(Mc)的測(cè)量以及熱重-紅外聯(lián)用(TG-IR)等熱分析手段探究硅橡膠熱氧老化過(guò)程中γ-Fe2O3-CNTs的作用機(jī)理。結(jié)果表明,γ-Fe2O3-CNTs一方面能夠提高硅橡膠降解產(chǎn)物的起始產(chǎn)生溫度,另一方面還能減少硅橡膠側(cè)基氧化和側(cè)基斷裂產(chǎn)物的生成量,從而能夠顯著提高硅橡膠復(fù)合材料的熱氧穩(wěn)定性,而這些可能要?dú)w功于CN