论文部分内容阅读
橡胶是电绝缘材料,但当其表面受到摩擦,形成静电并积累到一定程度时,便会以火花形式释放,造成危险。因此,出于安全性和实用性的需要,抗静电橡胶的研究被广泛关注。另一方面,聚合物固体电解质是近年来研究的热点,丁腈橡胶(NBR)是一种非结晶性橡胶,其玻璃化转变温度低,具有良好的柔顺性和成膜性,并且其分子链段中含有强极性和较强配位能力的腈基( CN)官能团,是制备聚合物固体电解质的理想基体材料。本论文选用NBR为基体,研究了NBR/丙烯酸锂(LiAA)复合体系的抗静电性能以及NBR/高氯酸锂(LiClO4)复合体系的导电性。首先,通过原位合成的方法在NBR纯胶中生成LiAA。研究表明,LiAA显著降低了NBR硫化胶的体积电阻率,当LiAA生成量为50phr时,体系体积电阻率达到最低值(7:05 1010Ωcm),NBR硫化胶由绝缘材料转变为抗静电材料,同时体系的硫化速度、硫化程度、力学性能和热稳定性都明显提高。进一步地,在具有较好综合性能的NBR/LiAA(100/50)体系中添加稀土化合物LaCl3,研究表明,随LaCl3用量增加,体系体积电阻率减小并在LaCl3用量为20phr时达到最低值(2:48 108Ωcm)。添加LaCl3同时进一步提高了体系的硫化速度、硫化程度、力学性能和热稳定性。以上研究同时证实,NBR中的CN可与Li+产生络合作用,使金属锂盐在NBR中溶解和解离,从而验证NBR具备用作聚合物固体电解质基体材料的必要特征,为下面NBR基聚合物固体电解质材料的研究奠定了基础。接下来,以NBR为基体,通过溶液共混成膜的方法制备了NBR/LiClO4聚合物电解质。研究表明,与LiClO4复合后,NBR的电导率显著提高,当CN/LiClO4摩尔比为1/2.5时,复合物膜的电导率达到最大值1:21 10 4 S cm 1,比NBR纯胶的电导率提高了5个数量级。FTIR证实了NBR可与LiClO4产生络合作用,当CN/LiClO4摩尔比为1/2.5时,CN与Li+配位吸收峰的相对强度最大,反映出此时可产生络合作用的Li+最多。进一步选用NBR/环氧树脂(100/30)共混物作为电解质基体,可将NBR/LiClO4体系电导率提高2 3倍。FESEM分析表明加入环氧树脂能显著改善LiClO4在基体中的分散状况,使LiClO4更好地溶解在基体中;AFM分析表明环氧树脂的加入显著提高了聚合物电解质膜的表面平整性;XRD研究发现在NBR/环氧树脂基体中,LiClO4的结晶结构被破坏,表面LiClO4在基体中的溶解程度更大;FTIR分析表明加入环氧树脂后体系中自由Li+增多。更进一步地,在NBR/环氧树脂/LiClO4体系中,按LiClO4/1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(BMIMOTF)摩尔比1/0.54加入离子液体BMIMOTF,体系电导率进一步提高,即使在高LiClO4含量时,体系的高电导率仍可很好地保持。通过红外差谱法和核磁共振图谱证实,LiClO4与BMIMOTF共混后发生相互作用,使NBR中CN与Li+的络合作用减弱,体系中可自由迁移的Li+增多,因此对体系电导率的提高起到了积极作用。FESEM和XRD分析表明加入BMIMOTF可促进LiClO4在基体中的溶解,因此对提高体系电导率起到了积极作用。