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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。

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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