納米粒子填充硅橡膠及納米復(fù)合粒子凝膠體系的流變學(xué)研究.pdf

1、聚合物基納米復(fù)合材料所具有的優(yōu)異性能不但與納米粒子優(yōu)異的物理特性有關(guān)，而且與其自身的加工流變性能是密切相關(guān)的。對于不同的納米復(fù)合體系而言，其流變性能也是大相徑庭的。深入的了解納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和流變性能，不但可以優(yōu)化加工工藝，更能得到性能可控的聚合物納米復(fù)合材料。研究納米復(fù)合材料流變性能通用的兩種模式為小振幅振蕩剪切(SAOS)和大振幅振蕩剪切(LAOS)。本論文通過簡單共混的方法制備了炭黑(CB)、碳納米管(MWNT)及石墨烯(gra

2、phene)復(fù)合硅橡膠，以小振幅振蕩剪切模式研究雙組份加成硅橡膠及納米復(fù)合硅橡膠的固化動力學(xué)及固化機(jī)理；通過簡單共混的方法制備了SiO2/[BMIM]BF4凝膠分散體系，以大振幅振蕩剪切模式研究納米SiO2/[BMIM]BF4凝膠分散體系的凝膠化過程及體系的應(yīng)變硬化行為。所得結(jié)果如下所示：
　　(1)通過等溫小振幅振蕩流變學(xué)方法研究了雙組份加成硅橡膠的固化動力學(xué)。結(jié)果表明，在不同反應(yīng)溫度下，硅橡膠的凝膠化時(shí)間(tgel)隨著反應(yīng)溫

3、度的上升而降低，且存在一定的函數(shù)關(guān)系。通過 lntgel與反應(yīng)溫度(1/T)的關(guān)系可以估算出硅橡膠固化的表觀活化能Ea=87.35 kJ/mol。通過Kamal-Sourour(K-S)反應(yīng)模型對頻率為10 rad/s的時(shí)間掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合分析，得出αG′，αG″，α|G*|，αtorque的反應(yīng)級數(shù)(m+n)都接近理想的硅氫加成反應(yīng)級數(shù)2，αG″與K-S反應(yīng)模型的擬合度高達(dá)0.998，通過αG″得到的lnkr隨1/T的變化關(guān)系估算出的

4、硅橡膠表觀活化能Ea=86.79 kJ/mol與αgel求得的表觀活化能Ea相近?；贙-S反應(yīng)模型應(yīng)用損耗模量G″為特征參量研究分析硅橡膠固化動力學(xué)過程最為合理。
　　(2)通過等溫小振幅振蕩流變學(xué)方法研究了不同形狀的碳納米粒子復(fù)合硅橡膠的固化過程。結(jié)果表明：CB/硅橡膠復(fù)合體系固化無滯后現(xiàn)象，WMNT/硅橡膠體系出現(xiàn)固化滯后現(xiàn)象，graphene/硅橡膠體系滯后現(xiàn)象最嚴(yán)重。通過XPS、BET氮?dú)馕?、光學(xué)顯微鏡及拉曼光譜分析表

5、明，納米粒子表面官能團(tuán)對復(fù)合材料的固化滯后現(xiàn)象無影響，復(fù)合硅橡膠出現(xiàn)滯后現(xiàn)象的原因是納米粒子形狀不同且比表面積不同，導(dǎo)致對硅橡膠分子的物理吸附能力不同。納米粒子對硅橡膠吸附能力為：graphene＞MWNT＞CB。
　　(3)通過大振幅振蕩流變學(xué)方法研究了納米SiO2/[BMIM]BF4體系的凝膠化過程、體系的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性及應(yīng)變硬化行為。結(jié)果表明，SiO2含量為40 wt％是SiO2/[BMIM]BF4體系的臨界凝膠化濃度。S