本文關鍵詞：新型功能化石墨烯的制備及其在橡膠中的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：天然橡膠是當代高技術新材料的重要組成部分，在汽車工業(yè)、電子信息、生物技術、航空航天等高新技術領域中有著廣泛的應用。高性能橡膠納米復合材料一直是重要的研究方向。從分子結構設計角度出發(fā)，制備具有較高力學強度及具有一定導熱性能納米復合材料，是本研究的目的，這將有利于拓寬橡膠納米復合材料的研究和應用領域，對高性能橡膠復合材料的制備和應用具有一定的理論和實踐意義。 本文首先采用機械球磨、液相剝離和化學沉淀法合成了一種新型的功能化石墨烯—甲基丙烯酸鋅功能化石墨烯(ZDMA-GE)。結果表明，石墨烯懸浮液有很好的分散穩(wěn)定性，符合Lambert-Beer定律；為結構較為完整的單層和少數(shù)層石墨烯。采用TG、XRD、Raman、XPS和SEM等測試技術對化學沉淀法合成的ZDMA-GE進行研究，結果顯示，ZDMA-GE具有很好的熱穩(wěn)定性，在550℃下完全失重率不超過5%； ZDMA插層進入石墨烯層間,并與石墨烯間存在相互作用。層間的ZDMA基本處于無定型態(tài)，同時GE的表面缺陷較少和結構破壞程度較低，為后續(xù)在橡膠中的應用奠定了有利條件。 采用機械混煉法制備了甲基丙烯酸鋅功能化石墨烯/天然橡膠復合材料(ZDMA-GE/NR)，并對復合材料的硫化性能、力學性能、老化性能、熱性能、壓縮疲勞性能、導熱和導電性能進行了研究。ZDMA-GE用量的增大適當?shù)奶岣吡四z料的焦燒時間T10和正硫化時間T90。ZDMA-GE能夠顯著提高ZDMA-GE復合材料的力學性能，當ZDMA-GE用量為15phr時,拉伸強度、撕裂強度和300%定伸應力分別提高了33%,42%和174%。這是由于體系中形成大量的共價鍵和離子鍵，石墨烯在橡膠基體中的良好分散及其石墨烯與橡膠基體之間較強的界面作用。此外，ZDMA-GE的加入能夠明顯地提高NR復合材料的耐熱穩(wěn)定性和耐老化性能，石墨烯(GE)的片層結構對外界熱量向內(nèi)部傳遞起到了一定的阻隔作用。導熱導電、壓縮疲勞生熱測試結果表明，當ZDMA-GE用量達到一定用量時，促進形成較為完整的導熱網(wǎng)鏈和傳熱通路及導電通路，有效提高了復合材料的導熱導電性能。與純天然橡膠相比，填加了35phr的ZDMA-GE的復合材料導熱系數(shù)提高了約29％，當ZDMA-GE用量達到40phr時，復合材料的電阻率下降了3個數(shù)量級。同時，，這種較為完善的填料網(wǎng)絡和導熱通路，可以將內(nèi)部積累的熱量運輸至材料表面，降低了內(nèi)部溫升，從而改善了ZDMA-GE/NR復合材料的壓縮疲勞性能。 利用透射電鏡(TEM)對復合材料的結構研究發(fā)現(xiàn)，GE能均勻分散在NR基體中，同時，GE表面分散著納米級別的P-ZDMA聚集體，這些聚集體將作為“橋”，一端與石墨烯存在比較強的相互作用，同時另一端發(fā)生聚合反應，與橡膠基體形成復雜的離子鍵和共價鍵的相互作用，這對提高復合材料的力學性能、老化性能、導熱性能、導電性能等發(fā)揮著重要的作用。
【關鍵詞】：天然橡膠 石墨烯 功能化 納米復合材料
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ127.11;TQ332
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-28
• 1.1 橡膠納米復合材料的生熱與導熱11-18
• 1.1.1 橡膠納米復合材料的生熱11-13
• 1.1.2 橡膠納米復合材料的導熱13-18
• 1.2 石墨烯18-21
• 1.2.1 石墨烯的結構18-19
• 1.2.2 石墨烯的合成19-20
• 1.2.3 石墨烯的性能與應用20-21
• 1.3 橡膠/石墨烯納米復合材料的制備21-22
• 1.3.1 直接共混法21
• 1.3.2 溶液混合法21-22
• 1.3.3 乳液混合法22
• 1.4 不飽和羧酸金屬鹽在橡膠中的應用22-26
• 1.4.1 不飽和羧酸金屬鹽的研究進展23-24
• 1.4.2 不飽和羧酸金屬鹽補強橡膠的機理24-26
• 1.5 本課題研究的目的、意義和內(nèi)容26-28
• 1.5.1 本課題研究的目的、意義26
• 1.5.2 本課題研究的主要內(nèi)容26-27
• 1.5.3 本論文的特點及創(chuàng)新之處27-28
• 第二章 甲基丙烯酸鋅功能化石墨烯(ZDMA-GE)的制備與表征28-50
• 引言28-29
• 2.1 實驗部分29-32
• 2.1.1 原料和試劑29
• 2.1.2 主要設備及儀器29-30
• 2.1.3 樣品制備30-31
• 2.1.4 測試表征31-32
• 2.2 結果與討論32-49
• 2.2.1 機械球磨法制備納米石墨片32-36
• 2.2.2 液相剝離法制備少數(shù)層石墨烯36-40
• 2.2.3 化學沉淀法合成ZDMA-GE40-49
• 2.3 本章小結49-50
• 第三章 ZDMA-GE/NR復合材料的結構與性能研究50-81
• 引言50
• 3.1 實驗部分50-54
• 3.1.1 原材料50-51
• 3.1.2 復合材料的配方及制備51
• 3.1.3 測試表征51-54
• 3.2 結果與討論54-80
• 3.2.1 硫化體系對ZDMA-GE/NR復合材料性能的影響54-60
• 3.2.2 ZDMA-GE/NR混煉膠的加工性能分析60-62
• 3.2.3 ZDMA-GE/NR復合材料的硫化性能62-63
• 3.2.4 ZDMA-GE/NR復合材料的力學性能63-65
• 3.2.5 ZDMA-GE/NR 復合材料的耐老化性能65-66
• 3.2.6 ZDMA-GE/NR 復合材料的動態(tài)壓縮性能66-68
• 3.2.7 ZDMA-GE/NR 復合材料的動態(tài)力學性能68-70
• 3.2.8 ZDMA-GE/NR 復合材料的熱分解行為70-72
• 3.2.9 ZDMA-GE/NR 復合材料的結構72-77
• 3.2.10 ZDMA-GE/NR 復合材料的導熱導電性能77-80
• 3.3 本章小結80-81
• 結論81-82
• 參考文獻82-93
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果93-94
• 致謝94-95
• 附件95

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：新型功能化石墨烯的制備及其在橡膠中的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：283477