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STAB与SDBS复配改性粘土制备粘土/SBR纳米复合材料结构与性能研究

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软件简介

 摘要:本文以STAB/SDBS复配改性的有机粘土和SBR为原料,用熔体插层法制备了粘土/SBR纳米复合材料, 通过力学性能测试、红外测试等测试分析与结构表征,研究了阴-阳离子复配改性的配比对粘土/SBR纳米复合材料力学性能的影响, 另外,还研究了纳米粘土在橡胶基体中的分散状况以及有机粘土晶层间距与复合材料性能的对应关系。结果表明, 对比有机粘土与无机粘土的红外光谱,有机粘土的红外光谱中都出现了STAB与SDBS的特征峰,而且O-H的特征峰消失,表明有机阳离子置换了硅酸盐层间的阳离子。由力学性能测试和X射线衍射光谱分析可得,有机粘土及其纳米复合材料的层间距越大,粘土/SBR纳米复合材料的力学性能越好,改性的效果越好。当无机粘土:STAB=3.0:1, STAB:SDBS=5:3时,纳米复合材料的力学性能最优。纳米粘土在橡胶基体中的分散越均匀,有机粘土晶层间距越大,复合材料性能越好。

关键词:复配改性,有机粘土,纳米复合材料,力学性能,晶层间距
目 录

1 前言 1
1.1 丁苯橡胶(SBR)的简述及结构特点 1
1.1.1 丁苯橡胶(SBR)的成分、性能及分类 2
1.1.2 丁苯橡胶(SBR)的用途 4
1.2 粘土的概述及结构特征 4
1.2.1 蒙脱土的基本特性 5
1.2.2 粘土的改性 7
1.3 粘土/橡胶纳米复合材料 8
1.3.1 粘土/橡胶纳米复合材料的结构类型 9
1.3.2 粘土/橡胶纳米复合材料的制备方法 10
1.3.3 粘土/橡胶纳米复合材料的表征技术 11
1.4 课题研究内容及意义 12
2 实验部分 13
2.1 实验原材料及基本配方 13
2.1.1 实验原材料 13
2.1.2 实验基本配方 13
2.2 实验设备及测试仪器 14
2.3 实验工艺 15
2.3.1 无机粘土的有机化处理 15
2.3.2 熔体法制备有机粘土/橡胶纳米复合材料 15
2.4 性能测试及表征 16
2.4.1 微观表征及测试 16
2.4.2 常规力学性能测试 17
3 结果与讨论 18
3.1 有机粘土的红外光谱结构表征 18
3.2 粘土/SBR纳米复合材料的常规力学性能分析 19
3.2.1 无机粘土:STAB为2.5:1时粘土/SBR纳米复合材料的常规力学性能分析 20
3.2.2 无机粘土:STAB为2.8:1时粘土/SBR纳米复合材料的常规力学性能分析 21
3.2.3 无机粘土:STAB为3.0:1时粘土/SBR纳米复合材料的常规力学性能分析 22
3.3 有机粘土及粘土/橡胶纳米复合材料的XRD图谱结构表征 26
4 结论 29
参考文献 30
致谢 31
层状硅酸盐是资源丰富、价格便宜、便于开发的天然材料,获得途径无需石油,早已被用作填料应用于橡胶工业。人们采用其独特的片层结构制备了许多聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料,这类材料均显示出优良的力学性能、热稳定性能以及优异的阻燃性能和气体阻隔性能。这为发展新型的、不依赖于石油资源的橡胶补强材料的制备提供了新思路。
橡胶以其独特的高弹性在材料领域具有不可替代的地位。橡胶材料的高效增强必须是纳米增强或形状系数比很大的微米增强。纳米尺度的粘土通常可使非拉伸结晶性橡胶的拉伸强度提高几倍,甚至十几倍,且具有良好的气体阻隔性能。近年来,纳米复合材料的研究在国内外发展十分迅速,受到了各国学者的广泛关注和重视。因而,实现粘土片层在橡胶基体中的纳米级分散,最终获得综合性能优异的粘土/橡胶纳米复合材料,寻找一种获得聚合物基纳米复合材料最佳性能的表面改性技术也成为一项重要的研究内容。
本工作将无机粘土与不同配比的十八烷基三甲基溴化铵(STAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)进行离子交换反应,制备有机粘土,并对其进行结构表征。将制得的有机粘土添加到SBR中制得有机粘土/橡胶纳米复合材料。通过对纳米复合材料力学性能研究和微观结构表征,分析研究获得阴阳离子的改性剂复配改性的最佳配比。

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