氟橡膠的改性及其納米尺度互穿網(wǎng)絡(luò)形態(tài)研究.pdf

1、互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPNs)是一種特殊類(lèi)型的聚合物共混物，其中一相或兩相發(fā)生交聯(lián)而形成相互貫穿的聚合物網(wǎng)絡(luò)。依賴(lài)聚合物的共混比例、形態(tài)、交聯(lián)密度和特性，IPNs顯示出特殊的性能。IPNs的制備被認(rèn)為是限制不相容聚合物共混物相分離的獨(dú)特方法。由于兩相的特殊排列，IPNs材料常常展現(xiàn)出良好的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。因而，IPNs技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于聚合物材料的改性。氟橡膠(FKM)具有突出的耐高溫，耐油，耐化學(xué)腐蝕，耐老化等性能，應(yīng)用于特殊的密封材料等

2、方面，然而由于存在著彈性低，耐低溫性能差等弱點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。本論文依據(jù)創(chuàng)新性的思維，圍繞改善FKM的性能，采用四條技術(shù)路線(xiàn)，成功地制備出一系列新的FKM的IPNs材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、組成與性能的關(guān)系進(jìn)行了研究，獲得了以下研究成果： 1.采用熔融機(jī)械共混的方法，使氟橡膠(FKM)和丁腈橡膠(NBR)在高溫和強(qiáng)剪切作用下相容，然后在各自不同的硫化體系下硫化，使兩相各自交聯(lián)，從而制備了FKM/NBRIPNs。 2.采用TE

3、M、DSC和DMA等方法進(jìn)行了FKM/NBRIPNs的形態(tài)、熱力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究，并研究了兩網(wǎng)絡(luò)的組成對(duì)機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果顯示，F(xiàn)KM/NBRIPNs體系中，材料優(yōu)異的力學(xué)性能是由于互穿網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)的結(jié)果，而網(wǎng)絡(luò)中納米尺度相疇尺寸越均勻，雙連續(xù)相形態(tài)越規(guī)整、完善，引起材料力學(xué)性能的提高也越顯著。當(dāng)FKM/NBR為80/20(w/w)時(shí)，共混體系獲得最完善的兩相連續(xù)的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度達(dá)到最大值

4、。其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度只有一個(gè)值為-16℃，介于純的FKM和NBR玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之間，表明互穿網(wǎng)絡(luò)的形成促進(jìn)了FKM和NBR之間的相容性。該技術(shù)路線(xiàn)的實(shí)施，提升了氟橡膠的抗撕裂強(qiáng)度和低溫柔韌性。 3.對(duì)FKM/NBR互穿網(wǎng)絡(luò)的形成機(jī)理進(jìn)行了研究。采用濁點(diǎn)法，繪制了FKM/NBR共混體系的相圖，研究了相分離行為與熔融共混的溫度的關(guān)系。研究結(jié)果表明，兩相的相容性、共混比例、粘度比以及加工條件對(duì)互穿網(wǎng)絡(luò)的形成產(chǎn)生顯著的影響。 4.

5、采用密煉機(jī)通過(guò)熔融共混的方法，使FKM和環(huán)氧丙烯酸酯橡膠(EACM)在高溫和強(qiáng)剪切作用下相容，然后在各自不同的硫化體系下硫化，使兩相各自同時(shí)交聯(lián)，兩個(gè)聚合物網(wǎng)絡(luò)同時(shí)建立，制備了FKM/EACMIPNs。并對(duì)該體系的納米尺度相態(tài)、熱性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及力學(xué)性能進(jìn)行了考察。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)KM/EACMIPNs在較大的比例范圍內(nèi)，形成了具有雙連續(xù)相互穿結(jié)構(gòu)，隨EACM含量的不同，所形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的尺寸及規(guī)整性也明顯不同，當(dāng)FKM/EACM

6、為80/20(w/w)時(shí)，其互穿網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)最為完善。力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)表明，由于互穿網(wǎng)絡(luò)的形成促進(jìn)了力學(xué)性能的提高，當(dāng)FKM/EACM為80/20時(shí)，由于體系的協(xié)同效應(yīng)，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度獲得最大值，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度只有一個(gè)值為-19℃，介于純的FKM(Tg=-11.5℃)和EACM(Tg=-34.5℃)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之間，表明互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成促進(jìn)了FKM和EACM之間的相容性，從其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可知，F(xiàn)KM通過(guò)與EACM共混，F(xiàn)KM材料的

7、低溫柔韌性進(jìn)一步提高。 5.以丙烯酸甲氧基乙酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸丁酯為原料，通過(guò)乳液聚合，合成了含醚基團(tuán)的丙烯酸酯彈性體(AECM)，并用此彈性體對(duì)FKM進(jìn)行改性。FKM/AECMIPNs通過(guò)溶液共混和各組分獨(dú)自交聯(lián)的方法被制備，對(duì)其結(jié)構(gòu)、組成與性能進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：FKM的耐低溫性能得到顯著改善，當(dāng)FKM/AECM為80/20(w/w)時(shí)，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度達(dá)到最大值，其透射電鏡表明，兩網(wǎng)絡(luò)間形成了雙相連續(xù)

8、帶著微相分離的互穿網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。共混物具有較好的相容性。 6.采用原位聚合的方法，在FKM的丙酮溶液中合成了丙烯酸酯橡膠(ACM)，并采用不同的硫化劑將ACM交聯(lián)為一種網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)KM交聯(lián)為另一種網(wǎng)絡(luò)，制備了FKM/ACMIPNs。通過(guò)抗張強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的測(cè)定，以及熱重分析和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析等方法對(duì)FKM/ACMIPNs的性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：由于ACM的引入，F(xiàn)KM的耐低溫性能得到提高，復(fù)合彈性體中兩相的相容性較好，F(xiàn)KM/ACM