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纳米氮化硅与丁腈橡胶复合材料的制备及应用研究

董前年  
【摘要】: 聚合物基纳米复合材料是以高分子化合物为基体,分散相中至少有一维小于100nm的新型复合材料。纳米尺度效应使得聚合物基纳米复合材料具有许多优于常规聚合物基复合材料的物理力学性能。利用高分子材料稳定作用,将纳米微粒尽量均匀地分散在高分子基体中,控制粒子大小,防止团聚,从而充分发挥纳米微粒的尺度效应。在较少的纳米微粒填充量时,就可以实现聚合物基体在强度和韧性等诸多物理力学性能的大幅度提高,为聚合物的低成本、高性能和多功能化,开发新型材料提供一种崭新的途径。 本硕士论文选用陶瓷纳米粉体之一纳米氮化硅填充丁腈橡胶,并对复合材料性能进行研究,论文分四个部分: 论文的第一章是绪论部分。通过文献调研,主要综述了橡胶纳米复合材料的研究进展、橡胶纳米复合材料的制备方法以及存在的问题;国内橡胶材料在汽车工业的应用情况以及国内外汽车橡胶配件存在的差异。最后提出了本课题的设计思路。 第二章是丙烯酸酯类大分子表面改性剂的合成与表征。采用溶液聚合法合成了两种类型的三元共聚物,即甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯-丙烯腈(MAA-BA-AN)三元共聚物和甲基丙烯酸-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(MAA-BA-GMA)三元共聚物;采用了红外、核磁、热分析和GPC等手段对共聚物进行分析;FTTR、NMR分析表明,三种单体发生了共聚反应;TGA结果分析表明MAA-BA-AN三元共聚物分解区间375~475℃,MAA-BA-GMA三元共聚物分解区间355~485℃,两种大分子表面改性剂的热稳定性好;探讨引发剂和链转移剂用量对共聚物分子量的影响规律。 第三章是纳米氮化硅粉体的表面改性研究。用合成的大分子表面改性剂甲基丙烯酸-丙酸烯丁酯-丙烯腈处理纳米Si_3N_4粉体。通过沉降实验确定了大分子表面改性剂的用量;用纳米粒度测定仪表征了处理前后纳米颗粒的粒径分布:FTIR表明了大分子表面改性剂包覆了纳米粉体;TEM表明处理后的纳米粉体在有机溶剂中分散良好;用XPS分析了处理前后纳米粒子的表面原子状态,证明大分子表面改性剂和纳米粒子的表面发生了化学键合。 第四章是纳米氮化硅填充丁腈橡胶复合材料改性研究。用粒径为15nm左右纳米氮化硅(Si_3N_4)填充丁腈橡胶(NBR)制备纳米橡胶复合材料,研究了复合材料的分散性、力学性能、动态力学性能、耐热老化性能和耐油性能。结果表明,纳米Si_3N_4的加入在一定程度上提高了NBR的撕裂强度、拉伸强度、储能模量(E′),耐磨性等,明显降低内耗(tanδ),改善了丁腈橡胶的动态力学性能、耐热老化性能和耐油性能,用纳米Si_3N_4/丁腈橡胶复合材料制备的油封,油封的台架实验表明,油封的往复运动从900万次增加到1659万次,油封制品使用寿命得到大幅提高。


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