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《华南理工大学》 2016年
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环氧树脂原位固化网络改性天然橡胶的研究

张浩  
【摘要】:天然橡胶(NR)作为目前使用量最大的橡胶品种,广泛地应用于国民生活的各个方面,通过各种新型的补强和改性方法,提升天然橡胶的综合性能已成为橡胶工业的研究热点。互穿聚合物网络(IPN)具有独特的化学共混方法和网络互穿结构,以及强迫互容、界面互穿、协同作用和加工性能等特点而备受人们关注。本课题采用机械混炼和原位反应法,利用原位固化的环氧树脂(EP)和EP-白炭黑(silica)网络对NR的互穿网络改性,制备了综合性能优异的NR/EP和NR/EP/silica复合材料,系统研究了EP和EP-silica原位固化网络对NR的改性机理,探讨了原位固化网络对材料结构与性能的影响规律。通过机械混炼和原位反应法,成功制备了NR/EP复合材料。红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)及固化动力学研究表明,在硫化温度下,NR在硫化体系作用下发生硫化交联,EP在固化剂的作用下发生原位固化交联,两者的交联网络是分别且同时形成的,NR/EP和NR基体的交联反应的表观活化能相近。微观形貌分析发现EP以粒子形态包埋在NR基体中,在相界面形成互穿网络,两相相容性良好。双酚A型EP(EP44,EP51)和酚醛型EP(FP51)对NR的改性研究表明,EP网络的加入可明显提高NR的力学性能、加工性能、热稳定性和耐磨性能:当EP51的含量为10份时,NR/10EP51的综合性能最佳,其拉伸强度、300%定伸强度分别达到了29.44MPa、5.81MPa,较NR分别增大了27.4%和102%,磨耗体积为较NR降低了46%;NR/20EP51的5%分解温度(T5%)达到321.1℃,比NR的T5%高18.0℃。为了进一步改善EP在NR基体中的分散、提升改性效果,利用在基体中原位固化形成的EP-silica网络与NR的网络互穿,制备了相容性好、综合性能优异的NR/EP/silica复合材料。FTIR、DSC和硫化测试研究表明,EP在偶联剂KH550和固化剂的作用下,与silica原位形成EP-silica网络,NR在硫化体系作用下发生交联形成橡胶网络,NR与EP-silica网络发生网络互穿缠结,形成IPN结构。微观形貌分析表明,在基体中EP-silica的分散达到纳米级,随着silica含量的增加,IPN中的EP-silica相筹的连续性增加,当silica含量为30份时,EP-silica与NR形成明显的双相连续的互穿网络结构,两相间界面模糊,两相相容性良好,较NR/EP体系中原位固化的EP分散和界面相容性更佳。EP-silica原位固化网络的形成能明显提高NR的力学性能、热稳定性和耐磨性能:NR/10EP/30silica的300%定伸强度和撕裂强度分别达到15.15 MPa和97.97 kN·m-1,与同样填料分数的NR/silica和NR/炭黑(CB)材料相比,NR/EP/silica的力学性能有明显的优势,EP-silica对NR的补强作用源于EP-silica与NR两网络的互穿缠结及两相相容性的提高;NR/10EP/30silica的T5%达到315.2℃,较NR T5%分别提高了12.1℃;NR/10EP/30silica的磨耗体积下降到0.220 cm3,较纯NR和NR/10EP分别下降了56%。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ332

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