隐晶质石墨/丁腈橡胶复合材料制备工艺及其组构与性能研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:cot01
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隐晶质石墨在我国分布广泛,资源丰富,但高附加值功能化利用技术落后。本论文在“十三五”国家重点研发计划“环境友好非金属矿物功能材料制备技术及应用研究”支持下,研究了隐晶质石墨成分、物相、结构及其构效关系;重点开展石墨酸处理提纯、表面改性及橡胶复合材料制备工艺、力学性能评价与摩擦磨损行为研究;分析探讨隐晶质石墨影响橡胶复合材料力学和摩擦行为机理。论文的主要成果有:(1)采用机械研磨方法成功制备超细隐晶质石墨粉体,其集合体在晶粒尺度上有序排列而微晶间无序堆叠,结构缺陷多、尺寸小、表面粗糙度高,是其作为橡胶填料发挥功能属性的物理-化学基础。(2)采用机械共混法制备丁腈橡胶/炭黑/隐晶质石墨复合材料,获得优化工艺技术参数。研究发现,添加10 phr石墨的复合材料拉伸强度、300%定伸应力和撕裂强度较对比样品分别提高18.2%、11.0%和10.0%,认为石墨提高了分散性且与橡胶分子间存在C-H相互作用以及物理缠绕、范德华力和静电作用。(3)机械共混法制备的填充5 phr石墨的丁腈橡胶/炭黑/隐晶质石墨复合材料在干摩擦条件下的稳态摩擦系数和比磨损率与对比样品相比分别降低50.3%和51.3%,抗磨性能显著改善,主要归因于石墨形成连续润滑膜和厚度适宜的转移膜。但过量添加CG会导致大块料脱落进而引起磨损量增加。(4)采用液体丁腈橡胶改性石墨可提高界面相容性、浸润性和填料分散程度,进而改善复合材料的力学性能。但改性后复合材料在干摩擦状态下的摩擦系数和磨损率略有增加,推测与液体丁腈橡胶增加黏着性并降低橡胶分子间作用力有关。(5)采用不同工艺制备羧基丁腈橡胶/隐晶质石墨复合材料,添加20 phr石墨时,乳液共混法制备的复合材料的拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和断裂能比机械共混法制备的分别提高17.1%,37.4%,30.0%和60.9%,表明乳液共混提高了石墨的增强效率,主要归因于分散程度的提高。采用乳液共混工艺制备填充5 phr石墨的复合材料,稳态摩擦系数和比磨损率较机械共混产物分别降低18.5%和47.8%,推测乳液共混提高填料分散并降低了摩擦生热,有助于润滑膜及转移膜形成。(6)采用酸处理提纯隐晶质石墨。添加8 phr提纯石墨制备的羧基丁腈橡胶/炭黑/隐晶质石墨复合材料拉伸强度和撕裂强度比未处理的分别提高10.8%和5.3%。石墨可改善复合材料的摩擦磨损性能,但酸处理后复合材料的摩擦系数和磨损率更优,推测酸处理降低了硬质大颗粒杂质的磨粒磨损,且更容易形成润滑膜和转移膜。研究成果为隐晶质石墨高附加值功能化利用提供了新技术和理论依据。
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