氧化銅修飾碳納米管對硅橡膠熱穩(wěn)定性的影響及機(jī)理探究.pdf

1、硅橡膠(Silicone rubber,SR)優(yōu)異的熱穩(wěn)定性使其被廣泛用作高溫環(huán)境下的彈性材料。近些年來，為使硅橡膠能適應(yīng)更為苛刻的高溫環(huán)境，提升硅橡膠熱穩(wěn)定性的研究被廣泛開展。在提升硅橡膠熱穩(wěn)定性的方法當(dāng)中，以添加耐熱添加劑最為簡單有效。
　　本課題組的前期工作表明，碳納米管(Carbon nanotubes,CNTs)與修飾在其表面的氧化鐵(Fe2O3)納米粒子能夠協(xié)同地提升硅橡膠復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。這種協(xié)同作用具有偶然性還是

2、普適性仍有待于研究，而氧化銅(CuO)作為一種典型的半導(dǎo)體材料，應(yīng)用非常廣泛，其和高分子復(fù)合的研究近年來也逐漸被關(guān)注，且在早期文獻(xiàn)中，也有CuO提升硅橡膠耐熱性的報(bào)道。
　　基于以上考慮，本論文采用溶膠凝膠法制備了CuO和CuO-CNTs納米粒子，并將其與硅橡膠基體復(fù)合，系統(tǒng)地研究CNTs和CuO對硅橡膠熱穩(wěn)定性的影響，并進(jìn)一步探究CNTs和CuO在硅橡膠復(fù)合材料熱降解過程中的作用機(jī)理。
　　通過對硅橡膠復(fù)合材料熱氧老化前后

3、的力學(xué)性能的測試以及在不同環(huán)境下的熱重的分析，來探究耐熱添加劑對硅橡膠熱穩(wěn)定性的影響，并分為側(cè)鏈降解和主鏈降解兩個(gè)階段進(jìn)行討論。有氧條件下的測試結(jié)果表明：CNTs、CuO和CuO-CNTs均能有效地提升硅橡膠在側(cè)鏈氧化降解階段的熱穩(wěn)定性，其中以CuO-CNTs的提升效果最為明顯，表現(xiàn)出協(xié)同作用。而無氧條件下的結(jié)果則表明：CNTs因其位阻效應(yīng)和優(yōu)異的導(dǎo)熱性能也能有效地提升硅橡膠在主鏈降解階段的熱穩(wěn)定性，而CuO和CuO-CNTs卻加速了硅

4、橡膠主鏈的降解，其中以CuO-CNTs/SR的催化加速效果更為明顯。
　　此外，還通過XPS表征和無氧條件下TG-IR測試，分別從熱老化過程中CuO中的Cu元素化合價(jià)的變化和硅橡膠降解產(chǎn)物的變化兩個(gè)角度對耐熱添加劑的作用機(jī)理進(jìn)行探究。結(jié)果表明：CuO對硅橡膠在側(cè)鏈氧化降解階段熱穩(wěn)定性的提升主要?dú)w因于CuO能夠捕捉硅橡膠側(cè)鏈氧化過程中產(chǎn)生的自由基，從而抑制了氧化降解反應(yīng)，CNTs與CuO的協(xié)同作用主要是因?yàn)镃NTs良好的導(dǎo)熱性能以及