不同橡膠大分子-無(wú)機(jī)納米粒子界面性能與相互作用力研究.pdf

1、高熵彈性的橡膠彈性體材料作為重要的戰(zhàn)略性材料具有廣泛的工業(yè)化應(yīng)用，然而由于純橡膠材料較差的力學(xué)性能選擇適當(dāng)?shù)募{米增強(qiáng)填料是至關(guān)重要的。在眾多的增強(qiáng)理論研究中，一個(gè)最重要的組成部分是在納米粒子周圍界面相的存在（結(jié)合膠），界面力學(xué)響應(yīng)強(qiáng)烈依賴于橡膠與納米粒子之間的物理/化學(xué)相互作用，并通過(guò)影響填料分散，決定應(yīng)力傳遞和大分子鏈取向而最終決定復(fù)合材料的性質(zhì)。盡管基于復(fù)合材料的宏觀性能對(duì)界面相有很多間接性的研究，但對(duì)界面的納米力學(xué)性質(zhì)至今仍然沒有

2、直接的證據(jù)，清晰可視和定量的表征?；诖?，本課題借助新近發(fā)展的峰值力定量納米力學(xué)原子力顯微鏡，系統(tǒng)研究了橡膠-白炭黑納米復(fù)合材料的界面納米力學(xué)性質(zhì)及相互作用力，為橡膠-無(wú)機(jī)納米粒子界面調(diào)控和材料制備提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)基于AFM PFQNM，在納米尺度上對(duì)納米復(fù)合材料界面納米力學(xué)性能進(jìn)行了定量表征。根據(jù)納米粒子區(qū)域到橡膠區(qū)域納米力學(xué)性質(zhì)的梯度變化成功表征了界面相的尺度。同時(shí)對(duì)界面雙層結(jié)構(gòu)即緊致層和疏松

3、層進(jìn)行了納米識(shí)別，并對(duì)界面雙層結(jié)構(gòu)尺度進(jìn)行了科學(xué)評(píng)估并借助力曲線和高分辨透射電鏡及熱重分析進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(2)基于以上建立的界面納米識(shí)別方法，研究了橡膠大分子極性對(duì)HNBR/silica界面性能的影響。對(duì)界面區(qū)域進(jìn)行納米識(shí)別發(fā)現(xiàn)四種不同極性HNBR/silica復(fù)合材料中均存在界面雙層結(jié)構(gòu)，緊致層厚度一致，而疏松層差異較為明顯，隨著基體極性由19％提高到44％，界面厚度由8.3±0.3 nm增加到15.6±0.2 nm，表明界

4、面相互作用增大。復(fù)合材料的分散性，動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試以及界面粘附能表征結(jié)果與AFM結(jié)論一致，均表明界面相互作用隨著基體極性的增加而增大。
　　(3)基于已建立的界面表征方法，研究了側(cè)乙烯基含量對(duì)PMVS/m-silica界面性能的影響。對(duì)界面區(qū)域進(jìn)行納米識(shí)別發(fā)現(xiàn)三種不同側(cè)乙烯基含量PMVS/m-silica復(fù)合材料中均存在界面雙層結(jié)構(gòu)，緊致層厚度與疏松層均隨著基體側(cè)乙烯基含量的提高而增大，表明界面相互作用增大。復(fù)合材料的分散性，動(dòng)態(tài)

5、力學(xué)性能測(cè)試以及界面粘附能表征結(jié)果均與AFM結(jié)論一致。
　　(4)基于已建立的界面表征方法，研究了分子量對(duì)SBR/silica界面性能的影響。對(duì)界面區(qū)域進(jìn)行納米識(shí)別發(fā)現(xiàn)三種不同分子量SBR/silica復(fù)合材料中存在不同的界面結(jié)構(gòu)，在低分子量復(fù)合材料中未發(fā)現(xiàn)緊致層，可能是由于緊致層厚度過(guò)小，隨著分子量的增加，緊致層出現(xiàn)并且逐漸增大。界面厚度隨著分子量的增大而逐漸增大表明高分子量基體與白炭黑的界面相互作用更強(qiáng)。
　　(5)基于

6、已建立的界面表征方法，對(duì)纖維狀A(yù)T橡膠復(fù)合材料界面進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，Si69改性AT的界面厚度最大，界面相分子鏈段松弛時(shí)間最長(zhǎng)，表明其界面相互作用最強(qiáng)，KH570改性AT次之，未改性AT界面相互作用最弱。
　　(6)從兩個(gè)角度出發(fā)，即探針接枝橡膠分子鏈和探針接枝白炭黑，研究表明，我們成功將橡膠分子鏈和白炭黑接枝在探針表面。另外，對(duì)大分子修飾的探針與白炭黑薄膜作用力研究表明，改性白炭黑與NBR相互作用力較未改性白炭黑大。我們建立