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磁性补强三元乙丙橡胶复合材料的制备与性能研究

曹杨  
【摘要】:武器装备中大量使用的电子化设备,由于电磁信号易受外界电磁干扰而出现失误,从而带来严重后果,因此对各种电磁危害的防护已引起高度重视。同时,屏蔽电磁污染使其限定在一定区域,已成为环保领域最为活跃的研究课题之一。三元乙丙橡胶(EPDM)因其优越的抗臭氧、抗侵蚀的能力、极好的硫化特性,以及最低的比重,能吸收大量的填料和油,因此得到了广泛的应用。进一步研究发现,采用一些填料可以改善EPDM的力学性能以及电磁性能,从而拓展了其在电磁屏蔽、吸波、导电、传感等军事装备领域的范围应用。 为了研究一种可用于电磁屏蔽的磁性补强EPDM复合材料,本文采用分子模拟与实验结合对EPDM的微观结构和性质进行了研究。以EPDM为基体,得到炭黑的最佳用量,添加不同补强粒子填料制备EPDM复合材料。通过水热法制备了纳米铁/镍(Fe/Ni)合金颗粒,并进行性能的表征,得到了可用于制备磁性补强EPDM的最佳配方。 (1)本文采用分子动力学和介观动力学方法对EPDM的微观结构和性质进行了研究。采用分子动力学模拟得到的玻璃化转变温度(Tg)为216.3K,并且折光率、表面张力、热导率和体积模量的趋势均在Tg左右发生较大的变化。EPDM的回转半径得到,EPDM处于完全的弯曲状态。EPDM的回转半径在18.9-19.3分布较多,而其它范围则分布较少,通过对回转半径的预测可以得到聚合物的柔性程度,及聚合物的弯曲和缠结程度。通过介观动力学模拟了EPDM链段对其相态形态的影响。 (2)以EPDM为基体,改变炭黑含量,并分别单独添加甲基丙烯酸锌(ZDMA),碳酸钙(CaCO3)和蒙脱土(MMT),以及分别以ZDMA/CaCO3和ZDMA/MMT共用作为填料,制备出了EPDM复合材料,并进行性能的表征。考察了分别添加不同含量以及共同添加不同比例的填料后对复合材料力学性能、耐老化性能的影响,得到了可用于EPDM补强橡胶的配方:当炭黑与EPDM的比例为55g:100g时所改性的EPDM具有最好的力学性能。ZDMA与CaCO3共用填充到100gEPDM中,当ZDMA/CaCO3含量为40g:10g时,EPDM的力学性能明显提高;当MMT/ZDMA含量为5g:15g时,EPDM的力学性能达到最好,其中拉伸强度为20.12MPa;扯断伸长率为1734.76%;撕裂强度为57.79kN/m。 (3)通过水热法制备Fe/Ni合金粒子。采用硅烷偶联剂对Fe/Ni合金粒子进行表面活化。合金粒子分散均匀,成雪花状,矫顽力可达到118.6。经硅烷偶联剂包覆的纳米Fe/Ni合金粒子填充EPDM后,得到性能很好的磁性Fe/Ni复合EPDM磁性橡胶,力学性能均有所增加,当在100gEPDM中添加25g纳米Fe/Ni合金粒子后,综合力学性能最佳。磁性粒子填充的EPDM经耐酸碱测试后,发现磁性橡胶在酸碱溶液中耐化学性好,质量变化小;磁性橡胶的饱和磁化强度(Ms)和剩余磁化强度(Mr)随着磁性粒子含量的增加而逐渐增大,磁性粒子用量为25份时Ms和Mr达到最大值,为13.54emu/g和8.44emu/g。


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