大分子表面改性劑的合成及橡膠-納米氮化鈦復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、聚合物基納米復(fù)合材料是以高分子化合物為基體,分散相中至少有一維小于100nm的新型復(fù)合材料。本論文制備的是丙烯酸酯橡膠、丁腈橡膠/陶瓷納米氮化鈦復(fù)合材料。
　　氮化鈦(TiN)是一種新型材料,具有硬度高、熔點(diǎn)高(2950℃)、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn),是一種優(yōu)良的耐高溫、耐磨陶瓷材料。由于TiN具有上述特性,使納米TiN作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相,具有極大的開(kāi)發(fā)價(jià)值和應(yīng)用前景。把陶瓷納米TiN應(yīng)用于橡膠中,則可能制成性能優(yōu)異的橡膠復(fù)合材料。<

2、br>　　將陶瓷納米 TiN添加入橡膠中的改性研究國(guó)內(nèi)外鮮為報(bào)道。因?yàn)樘沾杉{米TiN具有很大的比表面積和高的表面自由能,所以非常容易團(tuán)聚形成聚集體顆粒,如將其添加到聚合物基體中,由于無(wú)機(jī)陶瓷納米粉體的結(jié)構(gòu)與有機(jī)高分子的結(jié)構(gòu)差別大,相容性很差,在加工過(guò)程中僅僅依靠剪切力的作用,尤其是在高粘度的塑煉膠中混合分散,較在熱塑性塑料熔體中分散更為困難,導(dǎo)致陶瓷納米TiN難于以納米尺寸均勻分散在橡膠基體當(dāng)中,而是形成尺寸較大、團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的分散相。這樣

3、,不僅不能發(fā)揮其納米效應(yīng),在宏觀上表現(xiàn)出橡膠制品的性能提高,反而成為了橡膠基體中的缺陷,損害和降低橡膠基體本身原有的性能。為了克服陶瓷納米TiN團(tuán)聚的應(yīng)用技術(shù)瓶頸,使其能夠均勻地分散在橡膠基體中并達(dá)到良好的相容性,就必須對(duì)其進(jìn)行表面包覆、修飾改性處理,以提高陶瓷納米TiN的親油性,具備能與橡膠基體親合相容的能力,同時(shí)再配合相應(yīng)的優(yōu)化混煉工藝技術(shù),從而有效地阻止陶瓷納米粉體在橡膠基體中團(tuán)聚,使其真正地實(shí)現(xiàn)納米尺度的分散。
　　基于上

4、述思想,本文做了大量相關(guān)工作,內(nèi)容如下:
　　第一章是緒論部分。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研,主要綜述了高分子復(fù)合材料及橡膠納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展以及存在的問(wèn)題;橡膠在汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用情況以及國(guó)內(nèi)外汽車(chē)橡膠零配件存在的差異。最后提出了本課題的設(shè)計(jì)思路。
　　第二章是大分子表面改性劑的合成與表征。采用溶液聚合法合成了兩種類(lèi)型的三元共聚物,即甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯(MAA-BA-GMA)三元共聚物和甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯-丙烯

5、腈(MAA-BA-AN)三元共聚物;采用了紅外(FTIR)、核磁(NMR)、熱分析(TGA、DSC)和凝膠滲透色譜(GPC)等手段對(duì)共聚物進(jìn)行分析;FTIR、NMR分析表明,三種單體發(fā)生了共聚反應(yīng);TGA結(jié)果分析表明隨著引發(fā)劑和連轉(zhuǎn)移劑用量的增加,MAA-BA-GMA三元共聚物分解溫度降低,兩種大分子表面改性劑的熱穩(wěn)定性好;通過(guò)估算其高分子形態(tài)函數(shù)值α和DSC分析表明該三元共聚物MAA-BA-GMA和MAA-BA-AN具有良好的柔性。<

6、br>　　第三章是納米氮化鈦粉體的表面改性研究。用合成的大分子表面改性劑MAA-BA-GMA和MAA-BA-AN包覆納米氮化鈦粉體。粒徑分析和離心沉降試驗(yàn)說(shuō)明了,當(dāng)溫度為60℃,大分子表面改性劑的量為5％,大分子表面改性劑的數(shù)均分子量在10000以下時(shí),包覆效果最好。FTIR、TGA分析表明大分子表面改性劑和納米氮化鈦的表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),且化學(xué)包覆百分比為47.2％。TEM觀測(cè)表明,用大分子表面改性劑處理納米氮化鈦后,納米氮化鈦在有機(jī)

7、溶劑中分散均勻,明顯阻止了納米氮化鈦顆粒的團(tuán)聚。利用表面張力儀測(cè)定處理前后納米氮化鈦、丙烯酸酯膠和水、乙二醇的接觸角,并計(jì)算處理前后納米氮化鈦、丙烯酸酯膠的表面自由能。從納米氮化鈦、丙烯酸酯膠表面自由能可以看出,處理后的納米氮化鈦粉體較容易分散在丙烯酸酯膠中。
　　第四章是納米氮化鈦改性丙烯酸酯橡膠和丁腈橡膠的研究。研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐熱老化性能、耐油性能、耐磨性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。結(jié)果表明,納米氮化鈦的加入在一定程度上提高