發(fā)布時(shí)間：2021-09-23 20:58

　　丁苯橡膠（SBR）是最大的通用合成橡膠品種,廣泛用于日常生活以及輪胎工業(yè)中。然而作為一種非極性橡膠,SBR純膠的機(jī)械性能差,補(bǔ)強(qiáng)是其實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前,橡膠補(bǔ)強(qiáng)方法主要是填料填充,但是該方法強(qiáng)烈依賴于填料的分散以及橡膠與填料之間的相互作用等。在橡膠網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)筑弱鍵作為犧牲鍵是一種高效的非填料依賴性的橡膠補(bǔ)強(qiáng)方法,但是這種方法往往限于極性橡膠或者需要預(yù)先對(duì)非極性橡膠進(jìn)行化學(xué)改性。因此,尋求新型、簡(jiǎn)單且高效的非極性橡膠增強(qiáng)方法具有十分重要的意義。作者受貽貝足絲角質(zhì)層中的多相結(jié)構(gòu)和可犧牲微區(qū)增強(qiáng)增韌原理的啟發(fā),通過簡(jiǎn)單的混煉加工工藝,在SBR基體相中引入少量弱鍵密集交聯(lián)的極性橡膠作為可犧牲微區(qū),通過可犧牲微區(qū)的變形以及弱鍵的逐漸斷裂耗散能量機(jī)制實(shí)現(xiàn)SBR的增強(qiáng)和增韌。主要內(nèi)容如下:（1）基于丁腈橡膠（NBR）與金屬離子配位相互作用,采用開煉-熱壓-開煉的方法,在丁苯橡膠SBR中構(gòu)筑了含腈基-銅離子（II）配位交聯(lián)的可犧牲微區(qū)。相比于純的SBR,加入20份（以橡膠總質(zhì)量為100份計(jì)算）的丁腈橡膠和4份硫酸銅,丁苯橡膠復(fù)合材料的模量和強(qiáng)度分別提升了1.8倍和3.1倍。此外,也可通過改變配位溫度、... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）骨骼中可能存在的鈣介導(dǎo)的犧牲鍵；（b）犧牲鍵-隱藏長(zhǎng)度機(jī)制的基本原理

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文14氫鍵和包含不同長(zhǎng)度短鏈的共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)。在材料受到外力作用時(shí)，較弱的氫鍵連接優(yōu)先斷裂，釋放出部分隱藏長(zhǎng)度并且耗散能量，促進(jìn)共價(jià)鍵連接的短鏈取向，這也使得應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶提前發(fā)生。隨著應(yīng)變的增大，氫鍵繼續(xù)被破壞，短的伸直鏈也開始斷裂，進(jìn)一步耗散能量同時(shí)促進(jìn)長(zhǎng)鏈取向，從而也提高了異戊膠的結(jié)晶度。值得注意的是，材料的結(jié)晶度隨著碳量子點(diǎn)的含量的增加而增大，如圖1-2b所示。這正說明了犧牲鍵促進(jìn)了異戊膠的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶。綜合上述各種因素，異戊膠的性能得到了大幅度提高。盡管犧牲共價(jià)網(wǎng)絡(luò)的原理為提高彈性體的強(qiáng)度和韌性提供了一種有效的方法。但是，一但犧牲網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷裂，彈性體的力學(xué)性能無法恢復(fù)，并且會(huì)產(chǎn)生較大的永久變形。圖1-2（a）多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，裂紋擴(kuò)展時(shí)鍵斷裂位置的可視化圖；（b）碳點(diǎn)作為高功能交聯(lián)劑形成多重犧牲單元的強(qiáng)韌化機(jī)理圖Figure1-2(a)Mappingofwherebondsbreakduringcrackpropagationinmultiple-networkstructure;(b)Schematicdiagramofthestrengtheningandtougheningmechanismofmultiplesacrificialunitscreatedbycarbondotsashigh-functionalitycrosslinkers1.5.2次價(jià)鍵犧牲鍵次價(jià)鍵如氫鍵、金屬配位鍵、離子鍵等，相比于共價(jià)鍵具有較低的鍵能，在與共價(jià)鍵同時(shí)存在，會(huì)優(yōu)先斷裂，且能在一定條件下回復(fù)，而廣泛用于構(gòu)筑犧牲鍵。氫鍵是相對(duì)較弱的非共價(jià)鍵，因此，為了增大能量耗散，通常在彈性體材料中構(gòu)筑雙重或者多重犧牲氫鍵。例如，Gold等[55]利用三唑啉二酮與烯烴之間的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，

旱那慷群腿托遠(yuǎn)嫉玫攪舜蠓?鵲奶岣摺?Liu等[66]則通過自由基接枝反應(yīng)將4-乙烯基吡啶接枝到聚異戊二烯橡膠中，同時(shí)再加入ZnCl2和硫磺構(gòu)筑Zn2+-吡啶金屬配位鍵，從而將兩種不同結(jié)合能的犧牲鍵同時(shí)引入到異戊橡膠（IR）體系中。結(jié)果表明，這兩種犧牲鍵都能顯著提高IR的強(qiáng)度和韌性（圖1-3b）。而犧牲鍵的存在除了增加能量耗散，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)聚異戊二烯橡膠的應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶。因此，材料具有較高的彈性模量和斷裂能。此外，這種接枝方法以及金屬配位鍵犧牲鍵的構(gòu)筑方法也適用于其他二烯烴橡膠，如丁苯橡膠和順丁橡膠等等。圖1-3（a）VPR中犧牲鋅(II)-吡啶配位鍵增強(qiáng)機(jī)理示意圖；（b）IR中犧牲氫鍵結(jié)合金屬配位鍵增強(qiáng)機(jī)理示意圖Figure1-3Schematicillustrationsofthereinforcementeffectsof(a)Sacrificialzinc(II)-pyridinecoordinationbondsinVPR;(b)Sacrificialhydrogenbondscombiningwithmetal-ligandcoordinationbondsinIR.Zhang等[67]將可逆的Fe3+-OH鍵作為犧牲鍵引入到共價(jià)交聯(lián)的丁苯橡膠中，獲得了高強(qiáng)度的彈性體。當(dāng)引入4.2wt%的Fe3+時(shí)，與純橡膠相比，彈性體的拉伸強(qiáng)度提高了6倍，模量提高了8倍。該彈性體的機(jī)械性能可以與高填料填充的工程橡膠相媲美。此外，Zhang等[68]將多硫-Cu2+配位鍵和多硫-Fe3+配位鍵引入到硫磺交聯(lián)的橡膠中，這種多硫-金屬配位鍵可以作為犧牲鍵，極大程度地提高彈性體的強(qiáng)度。結(jié)果表明，這兩種金屬離子均可以實(shí)現(xiàn)橡膠的增強(qiáng)，且當(dāng)兩種配位鍵同時(shí)存在時(shí)，彈性體的強(qiáng)度相比于僅存在單一配位鍵有了明顯的提高，有力地證明了多硫-Cu2+配位鍵和多硫-Fe3+配位鍵對(duì)于橡膠的增強(qiáng)具有協(xié)同作用。對(duì)于橡膠復(fù)合材料，填料與橡膠之間的界面相互作用對(duì)材料最終的性能表現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用，因?yàn)樘盍吓c橡膠之?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3406400