橡膠復(fù)合材料在輪胎和航空航天工程中越來越重要,為了提高橡膠復(fù)合材料的綜合性能,人們做了大量研究工作,其導(dǎo)熱性能就是其中之一。作為納米填料的氧化石墨（GO）和碳納米管（CNTs）,具有超強(qiáng)的比表面積和特殊的結(jié)構(gòu)及性能。將其加入橡膠基體中,可以提高硫化膠的物理機(jī)械性能、氣密性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。然而,GO和CNTs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致它們?nèi)菀拙奂?不易分散,極大地影響了GO和CNTs在橡膠中性能的發(fā)揮。因此,如何使GO與CNTs在橡膠基體中均勻分散,增強(qiáng)填料與橡膠基體之間的界面作用力,是需要解決的主要問題之一。本文提出了GO與CNTs并用增強(qiáng)丁基橡膠（IIR）的性能的加工方法,研究了GO和CNTs并用的協(xié)同效應(yīng);通過實(shí)驗(yàn)研究,確定并優(yōu)化了GO和CNTs協(xié)同并用增強(qiáng)丁基橡膠各項(xiàng)性能的配方比例。通過對GO和CNTs的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理、協(xié)同效應(yīng)以及濕法混煉工藝等方面的研究,設(shè)計(jì)了濕法混煉方案,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,探索出了制備綜合性能優(yōu)異的GO/CNTs/IIR復(fù)合材料的濕法混煉工藝。本文完成的主要工作如下:1.提出了干冰膨脹預(yù)分散法制備GO/IIR復(fù)合材料、CNTs/IIR復(fù)合材料GO/CNTs/IIR復(fù)合... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯和氧化石墨烯分子結(jié)構(gòu)圖

氧化石墨烯/碳納米管/丁基膠乳復(fù)合材料的濕法制備機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究4圖1-2GO/聚合物復(fù)合材料在絮凝過程中3個(gè)階段的分散狀態(tài)[11]Fig.1-2ThethreestatesofGO/compositeduringthelatexcompound[11]四川大學(xué)Xia等[15]在GO/NR混合液中加入還原劑水合肼來還原GO，得到橡膠納米復(fù)合材料，在制備過程中，將GO分布在膠乳中，打破GO團(tuán)聚，使石墨烯均一分散在橡膠基體中。Zhang等將GO均勻分散在DMF中，再將氫化羧基丁腈橡膠(HXNBR)與GO混合均勻，得到母膠，將母膠硫化后，制得硫化膠，最后得到GO/HXNBR復(fù)合材料。結(jié)果表明：復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和定伸強(qiáng)度均有所提高，分別提高了50%和100%。GO與HXNBR橡膠接觸面積多，使填料與橡膠之間的作用力增大[16]。Liao等[17]采用還原劑還原GO，制得石墨烯(TPG)，接著Mannich反應(yīng)后，得到綜合性能優(yōu)異的JTPC，最后得到JTPC/NBR復(fù)合材料。同時(shí)，這種方法相對溶液插層法，能夠避免有機(jī)溶劑的大量使用，方法簡單有效，且有著大的工業(yè)化前景。缺點(diǎn)是容易受到其它因素的影響，如攪拌的時(shí)間，膠乳的質(zhì)量，超聲波速率等工藝參數(shù)。4.熔融共混法熔融共混法是通過機(jī)械轉(zhuǎn)子的強(qiáng)剪切作用，在高溫作用下，把納米填料，如氧化石墨烯、碳納米管等分散在橡膠基體中，此時(shí)橡膠基體處于熔融狀態(tài)下。聚合物鏈插層到石墨烯層片中，然后在冷卻狀態(tài)下將交聯(lián)劑加入，得到橡膠納米復(fù)合材料。但是一些不含活性官能團(tuán)或者不適合原位聚合的高分子體系也可采用這種方法。熔融共混法適用于極性橡膠與非極性橡膠[18]。該方法也存在缺點(diǎn)，隨著無機(jī)填料的份數(shù)增加，橡膠基體的溫度也隨之上升，達(dá)到一定溫度后，產(chǎn)物極易發(fā)生降解[19]。與

氧化石墨烯/碳納米管/丁基膠乳復(fù)合材料的濕法制備機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究6Song等[26]使用Flacktek混合分散機(jī)制備石墨烯納米片(GnPs)/SBR復(fù)合材料。隨著GnPs的填充份數(shù)的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)顯著提高。當(dāng)GnPs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8wt%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)顯著提升，這是GnPs在橡膠基體中穩(wěn)定分散的結(jié)果。圖1-3SBR納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電系數(shù)與溫度的關(guān)系曲線[26]Fig.1-3ThermalandelectricalpropertiesoftheSBRcompositesfordifferentSBRcomposites[26]Zhao等[27]研究了GO與TEVS-GO對液體硅膠(LSR)導(dǎo)熱性能的影響，結(jié)果表明，TEVS-GO/LSR復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)得到了很大的提升，說明填料在橡膠基體中的穩(wěn)定分散也很關(guān)鍵。3.導(dǎo)電性能石墨烯本身具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，當(dāng)填充到橡膠基體中時(shí)，許多因素會(huì)影響復(fù)合材料的導(dǎo)電性。文獻(xiàn)[28]按照石墨烯、天然橡膠、甲苯及NMP的漢森溶解度系數(shù)設(shè)計(jì)出了一套制備方法。首先將石墨烯/NMP與天然橡膠/甲苯按一定比例混合，使甲苯/NMP混合溶液的溶解度系數(shù)與橡膠及石墨烯接近，橡膠和石墨烯能夠均勻地分散在混合液中；隨著甲苯的不斷揮發(fā)，混合液的溶液度系數(shù)向純NMP溶液相不斷偏離，石墨烯片析出，最后形成復(fù)合物。得到的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性，此時(shí)石墨烯的滲透閾限在1%左右。C.Li等[29]制備出石墨烯/SBR納米復(fù)合材料，當(dāng)在SBR橡膠中填充的石墨烯的份數(shù)增大后，橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)電性得到提高。Y.Li等[30]制備出了導(dǎo)電橡膠，將石墨烯與碳納米線混合均勻，得到氣凝膠，此時(shí)得到導(dǎo)電性能優(yōu)異的橡膠復(fù)合材料。Matos等[31]用乳液共混法制備了rGO填充天然橡膠復(fù)合材料。采用表面活性劑使rGO均勻穩(wěn)定的分布在天然膠乳中，得到的天然橡膠納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。因?yàn)槭┢g的良好接觸，達(dá)到了一個(gè)非常低?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3041648