發(fā)布時間：2020-10-21 20:32

　　 碳納米管是一種結構獨特,力學性能優(yōu)異,導電導熱系數(shù)高的新興碳家族材料,一經(jīng)問世便成為研究熱點。但同時碳納米管在加工應用中也有一些缺點,本文針對碳納米管不易分散,與基體結合力差的缺點對碳納米管進行了表面改性;針對加工過程中的易飛揚不易運輸?shù)娜秉c制備出了預分散體;之后為進一步改善碳納米管導熱性引入了粉煤灰來制備復合導熱填料;最后將制備好的改性碳納米管應用到丁腈橡膠之中,利用其高導熱,高散熱以及改善橡膠高溫力學性能和老化保持率的優(yōu)點來延長膠料使用壽命并對膠料熱力學性能進行測試表征,從而實現(xiàn)提高硫化效率,降低能耗,減少使用過程中產(chǎn)生的熱量,延長膠料使用壽命的目的。研究結果表明:添加了碳納米管后,丁腈橡膠的轉矩增大,硫化時間減少。為了改善碳納米管的分散性和與橡膠基體的結合力,對碳納米管進行了兩種方法的表面改性。其中丙烯酸法改性的碳納米管對丁腈橡膠的增強作用較優(yōu),其拉伸強度,撕裂強度,定伸應力都高于偶聯(lián)劑法改性的碳納米管,最佳用量為2phr。在高溫下,碳納米管能夠有效改善丁腈橡膠的高溫力學性能,其中丙烯酸法改性的碳納米管對丁腈橡膠高溫力學性能的改善更好。與未經(jīng)高速攪拌機處理的丙烯酸法碳納米管相比,處理后的改性碳納米管在各方面性能上都更加出色,說明利用高速攪拌機和丙烯酸原位反應法改性碳納米管是一種可行的方案。添加丙烯酸法改性碳納米管的丁腈橡膠具有加工性能好,填料分散程度高,補強效果好的優(yōu)點。為了解決碳納米管不易加工,運輸?shù)娜秉c,制備出碳納米管預分散體。同時因為橡膠基體不耐高溫,在擠出制備的過程中粘度大不便實現(xiàn)操作,經(jīng)分析選用易加工,相容性好的熱塑性彈性體SBS作為載體。經(jīng)探究得出SBS基碳納米管預分散體的最佳制備工藝為:組分比例SBS:CNTs:操作白油=2.5:1:1.5;攪拌機溫度190℃,以2800r/min的速度攪拌5min,再以1400r/min的速度攪拌5min最后以2800r/min的速度攪拌5min后排料,擠出機溫度200℃,轉速為150r/min。碳納米管預分散體對SBS的導電性有很大改善,添加量以12.5phr最佳。與直接添加相同組分相比,SBS基碳納米管預分散體對丁腈橡膠的力學性能影響較小,但解決了碳納米管的添加和運輸問題,具有一定的實用性。由于碳納米管的長徑比高,因此在軸向方向上其導熱效果較好,但在徑向方向上導熱效果會變差,因此引入了球狀填料(粉煤灰)來改善其徑向方向的導熱性,制備出復合導熱填料。復合導熱填料的導熱效果比氧化鋁好,并且能在一定程度上改善膠料的物理機械性能。將復合填料等量替換炭黑N550后,NBR硫化膠的常溫力學性能隨著替換份數(shù)的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,NBR的導熱率隨著替換份數(shù)的增加而增加,NBR膠料的高溫力學性能保持率有所上升,復合導熱填料的最佳替換份數(shù)為10-20份。此時膠料的加工性能良好,Payne效應低,分散性好。當替換炭黑N550的量過多時,橡膠基體在受力時容易出現(xiàn)缺陷。丙烯酸法改性碳納米管可以作為增容劑添加到NBR/EPDM共混膠中,能夠有效改善共混膠的性能。在老化過程中,隨著老化時間的延長,共混膠的硬度會逐漸增加,拉斷伸長率逐漸減小而拉伸強度先增加后減小,并且在一定溫度范圍內(nèi),老化溫度越高拉伸強度和硬度增加的速率越快,其中利用表面改性碳納米管做增容劑的共混膠力學性能的保持率和耐熱氧老化性要比沒有經(jīng)過共混的NBR好。通過實驗,擬合曲線方程和反應活化能的計算,推算出NBR/EPDM共混膠的使用壽命要長于未經(jīng)共混NBR,經(jīng)實驗結果和實際使用情況分析,該預測方法可行。
【學位單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ333.7
【部分圖文】：

概述在 1991 年被日本電鏡專家飯島教授所命名的[1]，制造出來，只是當時還并沒有對它進行過深入的研絲堆積問題引起了大家的廣泛關注，人們開始研究這些碳絲中的許多結構實際上已經(jīng)和現(xiàn)在的碳納米末，多壁碳納米管的前身-碳纖維簇就已經(jīng)被新西蘭電制造出來了[2]。之后日本科學家也是通過電弧放納米管被命名后，其特殊的結構、優(yōu)異的性能也陸續(xù)代起，碳納米管作為碳材料家族的新寵兒，對它的結構特點

膠概述膠（NBR）是通過低溫（5℃左右）乳液聚合的方法制備而成體是丁二烯與丙烯腈兩種單體。丁腈橡膠最早是在 1930 年由德于 1937 年實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)[37]。目前全球大約有 30 多個國家業(yè)化生產(chǎn)，丁腈橡膠的品種牌號約有 400 多個。我國 NBR 的生中國石油吉林石化公司、中國石油蘭州化學工業(yè)公司和鎮(zhèn)江南能約在 30 萬噸/年[38]。膠的結構與性能BR 的分子鏈結構膠是一種常見的極性非結晶型橡膠，其極性來源于丙烯腈單體合成丁腈橡膠的過程中，兩種單體采用的是無規(guī)共聚的方法。子鏈結構和微觀結構也取決于聚合溫度。丁腈橡膠的分子結構

SBS 的分子鏈結構，SBS 一般采用陰離子聚合法順序制備，即先用引發(fā)劑引發(fā)苯乙依次加入丁二烯和苯乙烯單體進行共聚，這種制備方法所得到分子結構式如下圖：
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本文編號：2850565