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二氧化硅填充硅橡胶辐照下顺磁性物质变化与材料结构性能研究

彭秋思  
【摘要】:硅橡胶在某些应用环境中长期面临辐照、温度和振动冲击等综合作用,导致其性能下降,甚至功能失效。本论文以二氧化硅填充的硅橡胶为研究对象,利用伽马射线对硅橡胶和二氧化硅填料进行辐照,研究辐照对硅橡胶与二氧化硅填料之间相互作用的影响以及二氧化硅填料的改性方法与机理,并结合多种表征技术,分析所制备的二氧化硅填充硅橡胶复合材料以及二氧化硅接枝甲基硅油的结构和性能。本论文主要开展的工作和得到的结论如下:(1)研究了伽马辐照下二氧化硅填充硅橡胶的顺磁性物质变化。结果表明添加二氧化硅的硅橡胶内EPR信号主要是由填料二氧化硅引起的。硅橡胶顺磁性物质的浓度与填料的量和吸收剂量呈正相关,当吸收剂量低于100 kGy时,顺磁性物质浓度与吸收剂量成线性关系,当超过100kGy时,顺磁性物质的浓度达到饱和。(2)研究了辐照后纳米二氧化硅的顺磁性物质变化,以及辐照后的二氧化硅接枝甲基硅油的反应。电子顺磁共振结果表明辐照后纳米二氧化硅产生的顺磁性物质主要为俘获的空穴和电子,其在氩气中辐照可产生稳定的高浓度顺磁性物质,当通入空气后顺磁性物质的浓度下降明显,原因归结为顺磁性物质会与空气中的氧发生反应,同时升高温度也会加速顺磁性物质的淬灭速度。在加入化学结构与硅橡胶相似的甲基硅油到氩气中辐照后的纳米二氧化硅中,结果发现辐照后纳米二氧化硅体系的复数黏度明显高于未辐照体系,且更难离心得到二氧化硅沉淀,这表明甲基硅油接枝到二氧化硅粒子上了。此结果验证了二氧化硅在作为硅橡胶填料时,其辐致顺磁性物质会与硅橡胶基体发生反应。红外光谱结果显示辐照后的二氧化硅体系有-CH3以及Si-C峰出现,表明甲基硅油成功接枝吸附到二氧化硅粒子表面。通过透射电镜(TEM)可以看出辐照之后的二氧化硅中粒子之间为少量聚集甚至是单分散的,表明甲基硅油接枝到了粒子表面,改善了二氧化硅的分散性。(3)研究了辐照后二氧化硅填充硅橡胶的变化。拉伸结果表明,二氧化硅辐照之后填充到硅橡胶中,硅橡胶复合材料的断裂伸长率随着二氧化硅的吸收剂量增加而增加,明显改善了填料和聚合物基体之间的相容性。硅橡胶材料在辐照初期,聚硅氧烷发生断裂产生自由基促进交联反应,当吸收剂量增大到一定程度,硅橡胶材料的脆性增加。热重结果表明辐照后二氧化硅添加到硅橡胶中,能够增加硅橡胶的热稳定性。本研究工作对认识二氧化硅作为填料在辐照下的化学变化以及其与聚合物基体之间的相互作用机理具有重要意义,并对硅橡胶的老化寿命评估具有一定的技术支撑作用。


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