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碳纳米管填充改善轮胎胎肩胶性能的研究
作 者: 吴宁
导 师: 张立群
学 校: 北京化工大学
专 业: 材料科学与工程
关键词: 羧基化多壁碳纳米管 偶联剂 天然胶乳 电学性能 热学性能
分类号: TB383.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
碳纳米管独特的结构使其具有超高的强度、独特的导电、导热等优异性能,用作增强剂可极大地改善复合材料的性能。1、采用乳液共絮凝法制备了填充不同种类碳纳米管的天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料,通过力学、导电和导热性能的测试,发现碳纳米管的加入对天然橡胶的力学性能、导电性能、导热性能均有不同程度的提高,对于天然橡胶的应用是有利的。相较于填充了表面未改性的多壁碳纳米管的橡胶复合材料,填充了羧基化多壁碳纳米管的复合材料的各方面性能均更加优异。2、通过不同方法制备碳纳米管用量为变量的天然橡胶/碳纳米管混合胶,测试其导电性能。研究发现随着碳纳米管填充份数的增加,混合胶的导电率上升。且通过乳液成膜法制备NR/MWNT混合胶,如果不能保证在NR/MWNT悬浮液快速干燥的过程中稳定悬浮,相较于乳液共絮凝法制备的NR/MWNT混合胶的导电性能,乳液成膜法制备的混合胶的导电性能更差。3、用硅烷偶联剂(双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物,γ-氨丙基三乙氧基硅烷和两者连用体系)对天然橡胶/羧基化多壁碳纳米管进行改性。采用红外光谱、X射线衍射仪等表征手段对改性后的碳纳米管进行表征,研究了不同种类偶联剂改性碳纳米管对天然橡胶的力学性能、动态力学性能、导电性能以及导热性能的影响。实验结果表明:硅烷偶联剂能成功对碳纳米管进行化学改性。向天然橡胶/羧基化多壁碳纳米管中加入不同种类的硅烷偶联剂后,复合材料的力学性能得到一定程度的提高,导电性能和导热性能基本不变。4、采用十二烷基苯磺酸钠表面活性剂,与碳纳米管、天然胶乳液超声共混制备了天然橡胶/碳纳米管稳定悬浮液,通过喷雾干燥法成功制备了天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料,并用硅烷偶联剂(Y-氨丙基三乙氧基硅烷)对天然橡胶/羧基化多壁碳纳米管进行改性。喷雾工艺条件为:进气温度190℃,进料率为20%。实验表明:碳纳米管的加入可以有效地提高了复合材料的力学、导电、导热性能。并且随着碳纳米管体积分数的增加,天然橡胶/碳纳米管复合材料的电导率、导热系数逐渐增大。
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全文目录
摘要 5-7 ABSTRACT 7-17 第一章 绪论 17-29 1.1 课题来源 17 1.2 课题背景 17 1.3 碳纳米管的概述 17-21 1.3.1 碳纳米管的结构 18-19 1.3.2 碳纳米管的性能 19-20 1.3.2.1 力学性能 19 1.3.2.2 电学性能 19-20 1.3.2.3 热性能 20 1.3.2.4 其他性能 20 1.3.3 碳纳米管的应用 20-21 1.4 碳纳米管/聚合物纳米复合材料 21-26 1.4.1 碳纳米管/聚合物纳米复合材料的制备 22-23 1.4.2 碳纳米管/聚合物纳米复合材料的性能 23-26 1.4.2.1 力学性能 23-24 1.4.2.2 电学性能 24-25 1.4.2.3 热学性能 25-26 1.4.2.4 光学性能 26 1.5 天然橡胶 26 1.6 论文选题的目的和意义 26-28 1.7 论文的研究内容 28-29 第二章 实验部分 29-39 2.1 实验原材料及配方 29-31 2.1.1 原材料及化学试剂 29-30 2.1.2 实验配方 30-31 2.2 试样制备及仪器 31 2.3 实验工艺过程 31-34 2.3.1 天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料的乳液共絮凝制备方法Ⅰ 31-32 2.3.2 天然橡胶/碳纳米管复合材料的乳液共絮凝制备方法Ⅱ 32 2.3.3 天然橡胶/碳纳米管复合材料的乳液成膜制备方法 32-33 2.3.4 羧基化碳纳米管的功能化处理 33 2.3.5 天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料的喷雾干燥法制备方法 33-34 2.4 实验测试方法 34-39 2.4.1 天然胶乳固含量的测定方法 34 2.4.2 结构表征 34-35 2.4.3 复合材料的性能测试 35-39 2.4.3.1 常规力学性能测试 35-36 2.4.3.2 动态力学性能测试 36 2.4.3.3 导电性能测试 36-37 2.4.3.4 导热性能测试 37-39 第三章 乳液共絮凝法制备天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料的性能研究 39-45 3.1 前言 39 3.2 碳纳米管的形貌 39-41 3.3 NR/MWNT纳米复合材料的性能 41-42 3.4 碳纳米管在胶乳中的絮凝问题 42-44 3.4.1 不同种类碳纳米管对天然胶乳絮凝问题的影响 42 3.4.2 碳纳米管在不同种类胶乳中絮凝状况 42-43 3.4.3 不同超声仪器对于碳纳米管在水中分散状况的影响 43 3.4.4 表面活性剂用量对碳纳米管在天然胶乳中絮凝情况的影响 43-44 3.5 结论 44-45 第四章 乳液共絮凝法和乳液共混成膜法制备天然橡胶/碳纳米管混合胶的导电性能 45-49 4.1 前言 45-46 4.2 不同方法制备碳纳米管含量不同的天然橡胶/碳纳米管混合胶的导电性能 46-48 4.3 结论 48-49 第五章 硅烷偶联剂对天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料的影响 49-61 5.1 前言 49 5.2 硅烷偶联剂改性羧基化碳纳米管 49-52 5.3 不同种类硅烷偶联剂对天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料的影响 52-60 5.3.1 不同种类硅烷偶联剂改性碳纳米管 52-53 5.3.2 碳纳米管在天然胶基体中的分散 53-55 5.3.3 不同种类硅烷偶联剂改性天然橡胶/碳纳米管的力学性能 55-56 5.3.4 不同种类硅烷偶联剂改性天然橡胶/碳纳米管的RPA分析 56-57 5.3.5 不同种类硅烷偶联剂改性天然橡胶/碳纳米管的动态力学分析 57-58 5.3.6 不同种类硅烷偶联剂改性天然橡胶/碳纳米管的导电性能 58-59 5.3.7 不同种类硅烷偶联剂改性天然橡胶/碳纳米管的导热性能 59-60 5.4 结论 60-61 第六章 碳纳米管的用量对天然橡胶/碳纳米管纳米复合材料的影响 61-71 6.1 前言 61 6.2 碳纳米管在天然胶基体中的分散 61-63 6.3 碳纳米管填充胶料的硫化特性研究 63-64 6.4 NR/MC纳米复合材料的RPA分析 64-66 6.5 NR/MC纳米复合材料的力学性能 66 6.6 NR/MC纳米复合材料的动态力学分析 66-68 6.7 NR/MC纳米复合材料的导电性能 68-70 6.8 NR/MC纳米复合材料的导热性能 70 6.9 结论 70-71 第七章 结论 71-73 参考文献 73-79 致谢 79-81 研究成果及发表的学术论文 81-83 作者和导师简介 83-85 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书 85-86
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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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