粘土/丁腈橡胶纳米复合材料的制备及物机性能研究

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纳米复合材料(Nanocomposite简称NC)是指分散相尺寸至少有一维小于lOOnm数量级的复合材料。利用有效的纳米复合技术可使粘土微粒固有的多层结构分离,以单晶层或晶层束(厚度≤100nm)分散在聚合物基体中形成纳米复合材料。 通过独创的粘土晶层/橡胶乳液互穿技术制备了粘土/丁腈橡胶(通用丁腈橡胶和羧基丁腈橡胶)纳米复合材料。对制备方法及机理进行了研究,建立了一个定性的过程模型——共混共凝模型,对此纳米复合技术进行了描述。分别讨论了粘土种类及其水悬浮液、胶乳的性质、混合工艺、絮凝条件、配方、混炼工艺和硫化时间对纳米复合效果和材料机械性能的影响。 利用X-光衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段考察了该法制备的粘土/丁腈橡胶纳米复合材料的微观结构,证实和描述了粘土在丁腈橡胶基体中的纳米分散结构。 以填充补强剂的体积分数为标准,将粘土/丁腈橡胶纳米复合材料与高耐磨炭黑(N330)等传统补强剂填充丁腈橡胶的性能进行对比。结果表明,复合材料中粘土本身宽厚比极大的片层结构以及粘土在橡胶中精细的分散结构使材料具有良好的力学性能,粘土/丁腈橡胶纳米复合材料的硬度、拉伸强度、100%定伸强度和伸长率远远高于炭黑填充体系,但粘土/丁腈橡胶纳米复合材料的拉伸永久变形也要高于炭黑填充的丁腈橡胶。 考察了粘土/丁腈橡胶纳米复合材料的气密性、耐油性和老化性能。在粘土的体积分数超过6%后,粘土/羧基丁腈橡胶的气密性远远优于氯化丁基橡胶的气密性。粘土的加入也提高了丁腈橡胶的耐油性。老化后由于体系的交联网络更加均匀、致密,粘土/丁腈橡胶纳米复合材料的拉伸强度、定伸强度均有不同程度的提高。
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