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高性能天然橡胶/蒙脱土复合材料制备新工艺研究

作　者: 邝向升
导　师: 敖宁建；廖建和
学　校: 华南热带农业大学
专　业: 农产品加工与贮藏工程
关键词: 天然橡胶 蒙脱土 纳米复合材料 性能 二次回归正交旋转组合设计
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 261次
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内容摘要


聚合物／蒙脱土纳米复合材料是一种性能优异、具有广泛应用前景的新型复合材料。由于纳米分散相比表面积大、界面相互作用强，纳米复合材料比常规复合材料有更优异的力学、热学、电、磁、光学和气／液阻隔性能。因此，制备纳米复合材料是获得高性能复合材料的重要方法之一。目前，国内外已有许多方法成功地制备了相应的纳米复合材料，但都存在着反应复杂、不易控制、粘土含量高时无法均匀分散、成本高等缺点。本文通过对天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料的研究，可以提高天然橡胶的综合性能，解决目前制备方法中存在的问题，扩大其生产及应用领域，具有一定的理论意义和应用价值。 采用多溶剂分散法制备有机蒙脱土悬浮液，并分别与天然浓缩胶乳和天然鲜胶乳混合制备天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料。X-射线研究结果表明，有机土的层间距增加，可以认为胶乳粒子已经进入到有机土片层中，制得的复合材料为剥离型纳米复合材料。电镜研究结果表明，被剥离开的有机土片层厚度约为100～200纳米，且能在天然橡胶基体中均匀分散。当有机土填充量在6％～8％左右时，复合材料的300％和500％定伸应力分别由原来的2.0MPa和4.1MPa提高到3.7MPa和11.9MPa，提高了87％和190％；拉伸强度由原来的17.3MPa提高到25.8MPa，提高了49.5％；撕裂强度由原来的28.3MPa提高到31.8MPa，提高了11.9％，扯断伸长率下降不大，材料具有优异的综合性能。 用二次回归正交旋转组合设计研究了有机土浓度、分散剂浓度、胶乳浓度和有机土填充量四个主要因子对复合材料性能的影响，得到具有实际生产指导意义的回归模型，并研究了各因子交互作用下对材料性能的影响。结果表明，有机土浓度取7％范围左右，分散剂浓度取50％范围左右，胶乳浓度取20.1％范围左右，有机土填充量取7％范围左右可以使复合材料的拉伸强度达到最佳值。

全文目录


中文摘要  4-6
英文摘要  6-8
第一章 前言  8-19
  1.1 纳米复合材料的定义及分类  8
  1.2 聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的结构与性能  8-11
    1.2.1 聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的结构  8-10
    1.2.2 聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的性能  10-11
  1.3 聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料的制备  11-17
    1.3.1 单体原位反应插层法  12-13
    1.3.2 大分子熔体插层法  13-14
    1.3.3 大分子溶液插层法  14
    1.3.4 液体橡胶反应插层法  14-15
    1.3.5 大分子乳液插层法  15
    1.3.6 小分子与大分子的结合插层法  15-16
    1.3.7 胶乳接枝插层法  16
    1.3.8 本体接枝插层法  16-17
  1.4 橡胶／蒙脱土纳米复合材料的研究现状与存在问题  17
  1.5 本选题的目的和意义  17-19
第二章 材料与方法  19-21
  2.1 实验材料  19
    2.1.1 原材料  19
    2.1.2 主要仪器设备  19
  2.2 实验方法  19-21
    2.2.1 蒙脱土的预处理  19-20
    2.2.2 天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料的制备  20
    2.2.3 天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料制备工艺优化  20
    2.2.4 测试与表征  20-21
第三章 蒙脱土的改性  21-30
  3.1 有机土预处理  21-24
    3.1.1 有机土浓度对复合材料性能的影响  21-23
    3.1.2 分散剂浓度对复合材料性能的影响  23
    3.1.3 有机土悬浮液搅拌时间的影响  23-24
    3.1.4 有机土悬浮液搅拌温度对复合材料性能的影响  24
  3.2 改性有机土的结构  24-29
    3.2.1 改性有机土的X射线(XRD)分析  24-28
    3.2.2 改性有机土的电镜(SEM)分析  28-29
  3.3 本章小结  29-30
第四章 用浓缩胶乳制备天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究  30-38
  4.1 胶乳浓度对复合材料性能的影响  30
  4.2 有机土悬浮液与胶乳混合时间的影响  30-31
  4.3 有机土填充量对复合材料性能的影响  31-32
  4.4 对比实验  32-35
  4.5 天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料的微观结构  35-37
    4.5.1 天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料结构的X-射线分析  35
    4.5.2 天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料结构的SEM分析  35-37
  4.6 本章小结  37-38
第五章 新鲜胶乳制备天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究  38-43
  5.1 新鲜胶乳浓度对复合材料性能的影响  38
  5.2 有机土填充量对复合材料性能的影响  38-42
  5.3 本章小结  42-43
第六章 天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料制备工艺优化的研究  43-53
  6.1 制备工艺优化实验的设计  43
  6.2 二次回归正交旋转组合模型的建立  43-48
  6.3 因子分析  48-52
  6.4 最优化工艺的确定  52
  6.5 本章小结  52-53
第七章 结论  53-54
参考文献  54-59
已发表论文  59-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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