氢化羧基丁腈橡胶基复合材料结构与性能的研究.pdf

申请上海交通大学硕士学位论文氢化羧基丁腈橡胶基复合材料结构与性能的研究学校: 上海交通大学院系: 化学化工学院班级: B0811091 学号: 1081109033 硕士生: 刘青导师: 任文坛(副教授) 上海交通大学化学化工学院 2011 年 1 月万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要第 I 页 A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Master’s Degree Study on Structure and Properties posites Based On Hydrogenated Carboxylated Nitrile Rubber Author : Qing Liu Specialty: Polymer Materials Advisor: Wentan Ren (Associate Professor) School of Chemistry and Chemical Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai, China January, 2011 万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要第 II 页氢化羧基丁腈橡胶基复合材料结构与性能的研究摘要通过溶液混合- 机械共混-热压硫化法,制备了氢化羧基丁腈橡胶(HXNBR)/ 环氧环己基 POSS 复合材料,研究了复合材料的力学性能、介电性能、动态力学性能、疏水性能和交联程度。随着环氧环己基 POSS 含量的提高,复合材料的介电性能明显改善、玻璃化转变温度和储能模量提高,损耗因子降低,交联程度增大,疏水性能改善,但力学性能改善不大。此外,环氧环己基 POSS 与 HXNBR 的相容性良好。进一步研究了 HXNBR/ 环氧环己基 POSS 的硫化动力学。根据 DSC 升温曲线,采用 Kissinger 、Flynn-Wall-Ozawa 、Crane 和单升温速率模型计算硫化动力学参数。结果表明,表观活化能受环氧环己基 POSS 的用量及升温速率的影响,总反应级数约为 1 ;其中,单升温速率模型求得的表观活化能, - kJ/mol ,高于 Kissinger 和 Flynn-Wall-Ozawa 方法;计算得到的 DSC 放热曲线( (d α/d t ) 随温度的变化)和实验曲线基本一致。对比研究了氧化锌( ZnO )对 HXNBR 的增强。通过简单机械共混- 热压硫化制备 HXNBR/ZnO 复合材料:利用羧基和氧化锌形成离子交联键,得到一种离子弹性体。其具有优异的力学性能,当氧化锌用量达到 4 份时,拉伸强度超过 55 MPa ,且出现应力硬化现象。动态力学分析表明, 复合材料除了玻璃化转变外在高温处还有一转变区域为离子簇的解离。 X射线衍射测试结果表明,应力硬化现象与离子弹性体在拉伸外力作用下产生结晶相或链段重新排列有关。根据扫描电镜分析,氧化锌粒子在 HXNBR 基体中的分散良好。万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要第 III 页通过溶液共沉淀- 水热处理制备碱式碳酸锌,再和 HXNBR 机械共混、热压硫化,通过形成离子键得到具有荧光性能且优异力学性能的 HXNBR/ 碱式碳酸锌( HXNBR/m-3Zn(OH)2·2ZnCO3 )复合材料。观察到复合材料在 353 nm 处的紫外发射峰,归于羧基键合的氧化锌( -(C=O)-O-[ZnO] ) 。碱式碳酸锌粒子在 HXNBR 中分散性良好,且离子交联键增强 HXNBR 的效果显著, 8 份碱式碳酸锌的复合材料的拉伸强度达到 50 MPa 。透射电镜分析结果表明,经过水热处理的碱式碳酸锌在 HXNBR 基体中出现介孔尺寸的孔网络, 且随着水热处理时间的增加,介孔尺寸减小, 表面积增大,使得羧基键合的氧化锌( -(C=O)-O-[ZnO] )粒子的核-壳界面结构增加,从而荧光强度增加, 力学性能提高。此外, 碱式碳酸锌粉末及复合材料的热降解曲线表明: 水热处理的碱式碳酸锌比未经处理的碱式碳酸锌的初始分解温度提高约 60 °C ,碱式碳酸锌使 HXNBR 的初始分解温度提高约 20 °C 。关键词: 氢化羧基丁腈橡胶,环氧环己基 POSS ,氧化锌,碱式碳酸锌,复合材料万方数据上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT 第 IV 页 Study on Structure and Properties posites Based On Hydrogenated Carboxy