碳納米管協(xié)同氧化鐵對硅橡膠熱氧穩(wěn)定作用及機理研究.pdf

1、i天津大學(xué)博士學(xué)位論文碳納米管協(xié)同氧化鐵對硅橡膠熱氧穩(wěn)定作用及機理研究碳納米管協(xié)同氧化鐵對硅橡膠熱氧穩(wěn)定作用及機理研究EffectMechanismofCarbonNanotubesinCombinationwithIronOxideonThermalOxidativeStabilityofSiliconeRubber一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：李洪彥指導(dǎo)教師：鄭俊萍教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二〇一三年五月i摘要

2、硅橡膠與其他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。硅橡膠作為高性能合成橡膠中的重要一員，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便有效的方法之一。層狀硅酸鹽、聚合物、金屬和金屬氧化物等均可以作為硅橡膠的耐熱添加劑。氧化鐵作為眾多耐熱添加劑中最常使用的一種也

3、被科學(xué)家們廣泛研究。碳納米管(CNTs)以其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，在諸多領(lǐng)域都有潛在應(yīng)用。因此對于CNTs的研究也非常廣泛。近年來，將CNTs與高分子基體復(fù)合來提高復(fù)合材料力學(xué)、電導(dǎo)和熱穩(wěn)定性的研究也有很多報道。本論文將CNTs，αFe2O3，γFe2O3，γFe2O3與CNTs的混合物(γFe2O3CNTs)以及γFe2O3修飾的CNTs(γFe2O3CNTs)與高溫硫化硅橡膠體系復(fù)合。研究了氧化鐵晶型以及氧化鐵和CNTs間的協(xié)同作

4、用對硅橡膠復(fù)合材料熱氧穩(wěn)定的影響。結(jié)果表明：CNTs的存在會改變氧化鐵粒子的晶型，使其由α晶型轉(zhuǎn)變?yōu)棣镁?，同時可以增加γFe2O3的比表面積。與其他對照組相比，γFe2O3CNTs硅橡膠試樣具有較高的熱氧穩(wěn)定性。為了探究硅橡膠復(fù)合材料的熱氧降解機理，從熱老化過程中耐熱添加劑的變化以及硅橡膠熱降解產(chǎn)物的變化兩個角度出發(fā)進行研究。結(jié)果表明：γFe2O3硅橡膠比αFe2O3硅橡膠具有更高的熱氧穩(wěn)定性是源于γFe2O3硅橡膠熱氧老化過程中的γ

5、Fe2O3的晶型變化。γFe2O3與CNTs的協(xié)同作用，使得γFe2O3在熱氧老化過程中有更多的Fe元素發(fā)生了價態(tài)變化。由于CNTs具有的導(dǎo)熱性，以及γFe2O3與CNTs的協(xié)同作用，使得γFe2O3CNTs硅橡膠試樣在熱氧降解過程中的側(cè)甲基氧化的氣體產(chǎn)物量大幅降低，從而提升復(fù)合材料的熱氧穩(wěn)定性。以γFe2O3CNTs作為無機粒子修飾CNTs的代表，以氨基單封端的聚二甲基硅氧烷(APDMS)修飾的CNTs(CNTsAPDMS)作為化學(xué)修