大分子表面改性劑的合成及橡膠-納米氮化鈦復合材料的制備及性能研究.pdf

1、聚合物基納米復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/陶瓷納米氮化鈦復合材料。
　　氮化鈦(TiN)是一種新型材料,具有硬度高、熔點高(2950℃)、化學穩(wěn)定性好的特點,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作為復合材料的增強相,具有極大的開發(fā)價值和應用前景。把陶瓷納米TiN應用于橡膠中,則可能制成性能優(yōu)異的橡膠復合材料。<

2、br>　　將陶瓷納米 TiN添加入橡膠中的改性研究國內(nèi)外鮮為報道。因為陶瓷納米TiN具有很大的比表面積和高的表面自由能,所以非常容易團聚形成聚集體顆粒,如將其添加到聚合物基體中,由于無機陶瓷納米粉體的結(jié)構(gòu)與有機高分子的結(jié)構(gòu)差別大,相容性很差,在加工過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,導致陶瓷納米TiN難于以納米尺寸均勻分散在橡膠基體當中,而是形成尺寸較大、團聚結(jié)構(gòu)的分散相。這樣

3、,不僅不能發(fā)揮其納米效應,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團聚的應用技術瓶頸,使其能夠均勻地分散在橡膠基體中并達到良好的相容性,就必須對其進行表面包覆、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,同時再配合相應的優(yōu)化混煉工藝技術,從而有效地阻止陶瓷納米粉體在橡膠基體中團聚,使其真正地實現(xiàn)納米尺度的分散。
　　基于上

4、述思想,本文做了大量相關工作,內(nèi)容如下:
　　第一章是緒論部分。通過文獻調(diào)研,主要綜述了高分子復合材料及橡膠納米復合材料的研究進展以及存在的問題;橡膠在汽車工業(yè)的應用情況以及國內(nèi)外汽車橡膠零配件存在的差異。最后提出了本課題的設計思路。
　　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)等手段對共聚物進行分析;FTIR、NMR分析表明,三種單體發(fā)生了共聚反應;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說明了,當溫度為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,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)生了化學反應,且化學包覆百分比為47.2％。TEM觀測表明,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

7、溶劑中分散均勻,明顯阻止了納米氮化鈦顆粒的團聚。利用表面張力儀測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。研究了復合材料的力學性能、耐熱老化性能、耐油性能、耐磨性能和動態(tài)力學性能。結(jié)果表明,納米氮化鈦的加入在一定程度上提高