聚苯胺改性二氧化硅复合材料的制备及其补强氢化丁腈橡胶的性能研究

• 作 者: 王欢
• 机 构: 北京化工大学
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2022年01期
• 关键词: 聚苯胺 复合材料 氢化丁腈橡胶 力学性能 二氧化硅
• 基金项目: 国家973项目

橡胶作为新世纪人类社会发展所必需的重要弹性材料,在日常生活、航空和国防等多个领域得到广泛应用。近年来,随着科技发展,对高性能橡胶材料的需求越来越迫切。补强填料可大幅提高橡胶基体的力学性能。白炭黑（Si O2）有较细的粒子、多孔、比表面积大的特点,且不依赖化石能源,使白炭黑在橡胶补强中得到日益广泛的应用。但Si O2表面有很多羟基,易团聚在橡胶基体中,从而影响橡胶性能。因此提高白炭黑在橡胶中的分散性显得尤为重要。本论文以白炭黑为主体补强填料,氢化丁腈橡胶（HNBR）为橡胶基体,通过不同结构聚苯胺（PANI）和聚苯胺-碳纳米管（PANI-CNTs）对Si O2改性得到复合填料,复合填料补强氢化丁腈橡胶得到橡胶复合材料,对复合填料和橡胶复合材料进行表征测试及性能分析。主要研究内容如下:1.通过化学聚合法制备纤维状PANI,在其表面生长Si O2,得到Si O2-PANI复合填料,将复合填料Si O2-PANI混炼到HNBR中得到Si O2-PANI/HNBR复合材料。研究了Si O2-PANI中的PANI质量分数对Si O2-PANI/HNBR填料网络的影响,Si O2-PANI复合填料对HNBR力学性能的影响;分析复合填料的补强作用机制。当PANI:Si O2=2%,填料填充量为30 phr时,Si O2-PANI/HNBR拉伸强度达到为30.31 MPa,撕裂强度为26.7k N/m,是相同份数下纯Si O2补强填料的129.4%,邵氏A硬度和断裂伸长率均有所上升。2.采用原位聚合法在Si O2表面生长PANI。制备不同质量比例的Si O2@PANI复合填料,研究不同苯胺（ANI）质量比例的Si O2@PANI填料对HNBR力学性能的影响。ANI吸附在Si O2表面,消耗其表面羟基,减小其亲水性,增大Si O2与橡胶的相容性,进而提高了HNBR力学性能,当Si O2:ANI=50:2时,复合材料有最优异力学性能,Si O2@PANI/HNBR拉伸强度为28.33 MPa,撕裂强度由相同份数下纯Si O2补强填料的21.4k N/m提升到30.7 k N/m,断裂伸长率与邵氏A硬度均有小幅提高。3.采用的原位聚合法制备聚苯胺包覆碳纳米管材料（CNTs@PANI）,通过静电自组装在CNTs@PANI上生长Si O2,制备CNTs@PANI不同质量分数的Si O2-CNTs@PANI三相填料。PANI的包覆有效减轻了CNTs的自身缠结,CNTs@PANI可以降低Si O2团聚,提高其在HNBR中的分散性,橡胶填料网络减弱。当ANI:CNTs=1:1,CNTs@PANI质量分数为1%,Si O2-CNTs@PANI填料份数为30 phr时,Si O2-CNTs@PANI/HNBR拉伸强度达31 MPa,与Si O2/HNBR相比提升了92%,且Si O2-CNTs@PANI/HNBR的拉断永久变形降低到8.96%。