有機(jī)黏土納米增強(qiáng)彈性體復(fù)合材料

第一篇基礎(chǔ)篇

第1章層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展2

1.1層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展2

1.1.1聚合物增強(qiáng)技術(shù)的研究進(jìn)展2

1.1.2層狀硅酸鹽的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、有機(jī)化及應(yīng)用3

1.1.3層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料的制備方法7

1.1.3.1原位插層聚合法7

1.1.3.2熔體插層法8

1.1.3.3溶液插層法9

1.1.3.4乳液法10

1.1.4層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料插層理論分析11

1.1.5層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)12

1.1.6層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料的性能15

1.1.6.1氣體阻隔性16

1.1.6.2力學(xué)性能19

1.1.6.3熱穩(wěn)定性及阻燃性能21

1.1.6.4導(dǎo)電性22

1.1.6.5生物降解性22

1.1.6.6光-電性能23

1.2橡膠氣體阻隔性能的研究進(jìn)展24

1.2.1簡介24

1.2.2（鹵化）丁基橡膠25

1.2.3現(xiàn)有內(nèi)胎使用膠料結(jié)構(gòu)與性能比較26

1.3聚合物基復(fù)合材料的氣體滲透性能與機(jī)理研究進(jìn)展27

1.3.1氣體在聚合物中的溶解機(jī)理27

1.3.1.1溫度和壓力的影響27

1.3.1.2玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響28

1.3.1.3結(jié)晶和填料的影響29

1.3.1.4研究方法及模型29

1.3.2氣體在聚合物中的擴(kuò)散機(jī)理30

1.3.2.1聚合物結(jié)構(gòu)的影響31

1.3.2.2溫度的影響31

1.3.2.3結(jié)晶和填料的影響32

1.3.2.4研究方法及模型32

1.4加工過程對微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響33

1.4.1熱塑性基體33

1.4.2熱固性基體35

1.4.2.1熱固性塑料35

1.4.2.2橡膠35

第二篇應(yīng)用篇

第2章IIR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能40

2.1溶液插層法制備有機(jī)黏土/IIR納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)40

2.2熔體插層法制備有機(jī)黏土/IIR納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)43

2.3有機(jī)黏土/丁基橡膠納米復(fù)合材料的力學(xué)性能45

2.4有機(jī)黏土/丁基橡膠納米復(fù)合材料的氣體阻隔性能47

2.4.1填料形狀對IIR納米復(fù)

3.2有機(jī)黏土/BIIR納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)55

3.3有機(jī)黏土/鹵化丁基橡膠納米復(fù)合材料的性能58

3.3.1有機(jī)黏土/氯化、溴化丁基橡膠納米復(fù)合材料的力學(xué)性能58

3.3.2有機(jī)黏土/氯化、溴化丁基橡膠納米復(fù)合材料的Payne效應(yīng)62

3.3.3有機(jī)黏土/氯化、溴化丁基橡膠納米復(fù)合材料的氣體阻隔性能66

第4章預(yù)膨脹有機(jī)黏土與機(jī)械共混法制備IIRCN68

4.1預(yù)膨脹有機(jī)黏土與機(jī)械共混法制備IIRCN的微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)68

4.2預(yù)膨脹有機(jī)黏土與機(jī)械共混法制備IIRCN的力學(xué)性能74

4.2.1采用不同方法制備IIRCN的力學(xué)性能74

4.2.2IIR/不同有機(jī)溶劑預(yù)膨脹有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的力學(xué)性能75

4.2.3黏土變量對采用預(yù)膨脹有機(jī)土與機(jī)械共混法制備的IIRCN力學(xué)性能的影響75

4.3預(yù)膨脹有機(jī)黏土與機(jī)械共混法制備IIRCN的氣體阻隔性能76

4.3.1不同方法制備的IIRCN的氣密性能76

4.3.2黏土變量對采用預(yù)膨脹有機(jī)黏土與機(jī)械共混法制備的IIR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料氣體阻隔性能的影響77

第5章丁基橡膠/不同碳鏈長度表面改性劑改性的黏土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能79

5.1填料的表面改性方法以及黏土片層晶層間距的影響因素79

5.1.1改性方法79

5.1.1.1用表面改性劑處理無機(jī)黏土79

5.1.1.2用偶聯(lián)劑處理黏土80

5.1.2黏土片晶層間距的影響因素81

5.1.2.1陽離子交換容量對層間距的影響81

5.1.2.2碳鏈長度對晶層間距的影響81

5.2采用熔體插層法制備丁基橡膠/不同碳鏈長度的表面改性劑改性黏土納米復(fù)合材料82

5.2.1不同碳鏈長度表面改性劑改性黏土的結(jié)構(gòu)式83

5.2.2不同碳鏈長度表面改性劑改性黏土的XRD分析83

5.2.3不同碳鏈長度表面改性劑改性黏土制備的IIRCN的結(jié)構(gòu)表征84

5.2.4不同碳鏈長度表面改性劑改性黏土制備的IIRCN的力學(xué)性能87

5.2.5不同碳鏈長度表面改性劑改性黏土制備的IIRCN的氣密性能89

第三篇理論篇

第6章硫化前后橡膠/黏土納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的變化92

6.1不同方法制備的IIR/有機(jī)黏土復(fù)合體系硫化前后微觀結(jié)構(gòu)的變化93

6.1.1溶液插層法93

6.1.2熔體插層法94

6.1.3預(yù)膨脹有機(jī)黏土與機(jī)械共混法95

6.2熔體插層法制備橡膠/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料98

6.2.1非極性橡膠基體/有機(jī)黏土復(fù)合體系硫化前后微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的變化98

6.2.2極性橡膠基體/有機(jī)黏土復(fù)合體系硫化前后微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的變化100

6.2.2.1BIIR/有機(jī)黏土復(fù)合體系100

6.2.2.2NBR/有機(jī)黏土復(fù)合體系101

6.3時間效應(yīng)102

7.2.1IIR/有機(jī)黏土混合物的微觀結(jié)構(gòu)表征119

7.2.2熱處理工藝對IIR/有機(jī)黏土混合物微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響120

7.2.2.1熱處理溫度的影響120

7.2.2.2微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化機(jī)理124

7.2.2.3熱處理時間的影響128

7.2.2.4壓力的影響129

7.2.2.5化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的影響131

第8章橡膠/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的改善133

8.1常壓（大氣壓）硫化134

8.2低壓硫化135

8.2.1壓力大小對微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響135

8.2.2低壓硫化IIR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)136

8.2.3低壓硫化制備的IIR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的力學(xué)性能137

8.2.4低壓硫化制備的IIR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的氣體阻隔性能138

8.3高溫硫化139

8.4超促進(jìn)劑快速硫化139

第9章橡膠/黏土納米復(fù)合材料在高壓熱處理過程中的微觀結(jié)構(gòu)變化141

第10章橡膠基體極性對RCNs微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響147

10.1極性大小不同的NBR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)147

10.1.1極性大小不同的NBR/有機(jī)黏土復(fù)合體系的WAXD分析147

10.1.2極性大小不同的NBR/有機(jī)黏土復(fù)合體系的TEM分析149

10.2極性大小不同的NBR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的力學(xué)性能152

10.3極性大小不同的NBR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的Payne效應(yīng)153

10.4極性大小不同的NBR/有機(jī)黏土納米復(fù)合材料的氣體阻隔性能155

第11章橡膠分子結(jié)構(gòu)對RCNs的微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響157

11.1不同分子結(jié)構(gòu)橡膠基體對應(yīng)的RCNs微觀結(jié)構(gòu)157

11.1.1非極性橡膠IIR、SBR復(fù)合體系的微觀結(jié)構(gòu)分析157

11.1.2極性橡膠NBR復(fù)合體系的微觀結(jié)構(gòu)分析160

11.2不同分子結(jié)構(gòu)橡膠基體對應(yīng)的RCNs力學(xué)性能161

11.3不同分子結(jié)構(gòu)橡膠基體對應(yīng)RCNs的RPA測試162

11.4不同分子結(jié)構(gòu)橡膠基體對應(yīng)RCNs的氣體阻隔性能164

參考文獻(xiàn)167

本書要向讀者介紹的是目前在聚合物材料領(lǐng)域中，無論是基礎(chǔ)研究或工業(yè)開發(fā)都十分活躍的聚合物/層狀硅酸鹽（Polymer/LayeredSilicate，PLS）納米復(fù)合材料。

本書的結(jié)構(gòu)分為三大部分，第一部分為基礎(chǔ)篇，主要對層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展，以及層狀硅酸鹽/聚合物納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能、橡膠氣體阻隔性能的研究進(jìn)展等進(jìn)行系統(tǒng)和深入的介紹。第二部分為應(yīng)用篇，主要就一些聚合物/黏土納米復(fù)合材料的制備合成、性能研究以及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了詳盡的介紹。包括IIR/黏土納米復(fù)合材料、BIIR(CIIR)/黏土納米復(fù)合材料等。第三部分為理論篇，主要就插層理論模型的建立等問題展開了大量的討論。重點(diǎn)研究討論了熱處理工藝、橡膠基體的極性對橡膠基/黏土納米復(fù)合材料微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，提出高壓是促使黏土片層發(fā)生遠(yuǎn)程聚集的推動力。通過控制成型工藝參數(shù)以及提高橡膠基體的極性等，最終能夠獲得分散相態(tài)理想、性能優(yōu)異的橡膠/黏土納米復(fù)合材料。

納米復(fù)合材料基本信息

書 名:納米復(fù)合材料

作　者：馬曉燕，梁國正，鹿海軍

出版社： 科學(xué)出版社

出版時間： 2009-7-1

納米復(fù)合材料內(nèi)容簡介

本書系統(tǒng)論述了近幾年來聚合物/天然硅酸鹽黏土納米復(fù)合材料研究領(lǐng)域的主要研究成果，內(nèi)容包括天然硅酸鹽蒙脫土、累托石等的結(jié)構(gòu)與性能，黏土的有機(jī)改性，聚合物基黏土納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能，黏土在聚合物中解離的熱力學(xué)、動力學(xué)問題，黏土對熱固性樹脂固化反應(yīng)動力學(xué)的影響，黏土對聚合物熔體流變性、結(jié)晶性、力學(xué)性能、熱機(jī)械性能等的影響，論述并建立了黏土納米復(fù)合材料微觀力學(xué)模型。書中的大部分內(nèi)容為作者課題組近幾年來的研究成果，另外還包括國際、國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的最新研究成果。

本書可供高分子科學(xué)與工程及相關(guān)領(lǐng)域的研究者閱讀，也可作為高等院校材料學(xué)及高分子化學(xué)與物理等相關(guān)專業(yè)師生的參考用書。

納米復(fù)合材料圖書目錄

前言

第1章　硅酸鹽黏土礦物的晶體結(jié)構(gòu)及性能

1.1　離子化固體結(jié)構(gòu)

1.1.1　最緊密堆積與原子間空隙

1.1.2　離子晶體結(jié)構(gòu)

1.2　層狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)與礦物類型

1.2.1　黏土礦物層型

1.2.2　黏土礦物的分類

1.3　層狀硅酸鹽表面官能團(tuán)及Lewis酸堿性

1.4　層狀硅酸鹽帶電表面

1.5　硅酸鹽膠粒的雙電層及電動電位

1.5.1　雙電層的形成及電荷分布

1.5.2　電勢及其計算

1.6　聚合物改性用納米硅酸鹽黏土

1.6.1　蒙脫土

1.6.2　累托石

1.6.3　海泡石

參考文獻(xiàn)

第2章　聚合物基黏土納米復(fù)合材料的制備

2.1　黏土的有機(jī)改性

2.1.1　有機(jī)改性劑的選擇原則

2.1.2　幾種有機(jī)黏土的結(jié)構(gòu)與性能

2.1.3　有機(jī)黏土的分散性

2.2　黏土在聚合物中的插層與解離

2.2.1　黏土插層/解離的熱力學(xué)基礎(chǔ)

2.2.2　黏土插層/解離的動力學(xué)條件

2.3　黏土/聚合物納米復(fù)合材料的制備

2.3.1　原位插層聚合法制備黏土/聚合物納米復(fù)合材料

2.3.2　溶液共混法制備黏土/聚合物納米復(fù)合材料

2.3.3　熔融共混法制備黏土/聚合物納米復(fù)合材料

參考文獻(xiàn)

第3章　黏土/熱塑性聚合物納米復(fù)合材料的形貌

3.1　黏土在聚合物中解離的規(guī)律

3.1.1　有機(jī)蒙脫土在極性聚合物中的解離

3.1.2　有機(jī)蒙脫土在非極性聚合物中的解離

3.1.3　有機(jī)蒙脫土在共聚物中的解離

3.1.4　熔融共混工藝與黏土的解離狀態(tài)

3.1.5　黏土在納米復(fù)合材料中分散與解離狀態(tài)的表征方法

3.2　黏土/聚合物納米復(fù)合材料的結(jié)晶形貌

3.2.1　聚丙烯納米復(fù)合材料的結(jié)晶形貌

3.2.2　有機(jī)蒙脫土對尼龍結(jié)晶性能的影響

3.3　黏土對共混體系形貌的影響

3.3.1　有機(jī)累托石在聚丙烯/聚烯烴彈性體體系的分散與解離

3.3.2　POE在復(fù)合材料中的分布

3.3.3　改性體系的結(jié)晶形貌

3.4　黏土納米復(fù)合材料的界面相互作用

3.4.1　復(fù)合材料的界面相互作用

3.4.2　界面研究方法概述

3.4.3　反氣相色譜法研究納米復(fù)合材料界面相互作用

3.4.4　理論模擬方法研究納米復(fù)合材料界面相互作用

參考文獻(xiàn)

第4章　黏土/熱塑性聚合物納米復(fù)合材料的性能

4.1　概論

4.2　聚氨酯黏土納米復(fù)合材料

4.2.1　有機(jī)累托石對聚氨酯熔融流變性能的影響

4.2.2　有機(jī)累托石對聚氨酯硬度的影響

4.2.3　復(fù)合材料的靜態(tài)力學(xué)性能

4.2.4　力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)

4.2.5　復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)性能

4.2.6　復(fù)合材料的耐介質(zhì)性能

4.2.7　復(fù)合材料的熱性能

4.3　聚丙烯黏土納米復(fù)合材料

4.3.1　黏土對聚丙烯等溫結(jié)晶性能的影響

4.3.2　有機(jī)累托石對聚丙烯非等溫結(jié)晶性能的影響

4.3.3　納米復(fù)合材料的靜態(tài)力學(xué)性能

4.3.4　納米復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)性能

4.4　黏土/聚烯烴共混體系納米復(fù)合材料

4.4.1　有機(jī)累托石改性聚丙烯/聚烯烴彈性體體系的性能

4.4.2　有機(jī)蒙脫土改性的熱塑性聚烯烴

4.5　有機(jī)蒙脫土/尼龍納米復(fù)合材料

4.6　有機(jī)蒙脫土/EVA納米復(fù)合材料

4.6.1　EVA黏土納米復(fù)合材料的機(jī)械性能

4.6.2　納米復(fù)合材料的微觀力學(xué)模型

參考文獻(xiàn)

第5章　黏土復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能

第6章　黏土/熱固性樹脂納米復(fù)合材料的形貌與性能

參考文獻(xiàn)

PolyOne公司使用納米黏土制成了復(fù)合材料，其韌性和硬度比傳統(tǒng)的礦物填料復(fù)合材料高，而重量卻比玻纖復(fù)合材料輕。納米復(fù)合材料可用于生產(chǎn)汽車內(nèi)飾件和外飾件、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、成套設(shè)備以及一些工業(yè)零配件。在這些應(yīng)用中，納米復(fù)合材料完全不遜于玻纖增強(qiáng)塑料。GE塑料公司的HMD技術(shù)（高模量）采用非黏土納米材料增強(qiáng)了復(fù)合材料的模量，同時降低了CTE系數(shù)（熱膨脹系數(shù)）。這種材料重量較輕，可用于注射成型汽車部件。

在增強(qiáng)塑料中，碳納米管（CNT）材料的應(yīng)用逐漸多了起來。碳納米管是一種導(dǎo)電石墨中空管，其尺寸比碳纖維小數(shù)千倍，能夠使材料在較低的添加量下獲得較高的增強(qiáng)性能。RTP公司的碳納米管具有更均一的表面?zhèn)鲗?dǎo)性能。經(jīng)碳納米管增強(qiáng)的復(fù)合材料可在低溫條件下進(jìn)行薄壁成型，從而減輕制品的重量。

長玻纖PP具有以下幾個比較典型的優(yōu)勢：

一、纖維長度長（在制品中纖維長度可達(dá)3mm以上）分布均勻,可形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),綜合力學(xué)性能強(qiáng)。

1）彎曲和拉伸強(qiáng)度均提高30-100%；

2）抗沖擊性提高2-3倍（表現(xiàn)為沖擊強(qiáng)度提高2-3倍）；

3）抗高溫蠕變性優(yōu)異,低溫沖擊強(qiáng)度高,適合使用于高低溫交變頻繁場合；

4）尺寸精準(zhǔn)度高,縱橫收縮率小且一致；

5）成型簡單,可注塑或模壓成型；

6）低翹曲,玻纖外露少,表面性能好

二、變形性小,有利于汽車零配件的設(shè)計與應(yīng)用。

三、耐疲勞性能優(yōu)良

四、流動性能小,模塑成型性能好

五、可循環(huán)回收重復(fù)使用,綠色環(huán)保

聚丙烯的成型加工性好，成型的方法很多，如注塑、吹塑、真空熱成型、涂覆、旋轉(zhuǎn)成型、熔接、機(jī)加工、電鍍和發(fā)泡等，并可在金屬表面噴涂。其中注塑成型的比 例大，注塑溫度在180~200之間，注塑壓力在68.6~137.2MPa，模具溫度為40~60℃。預(yù)干燥溫度在80℃左右。應(yīng)避免PP長時間與金屬 壁接觸

聚丙烯的二次加工性很好，其印刷性比聚乙烯好，照相凸版，膠版、平凹板等印刷方法均可使用，要獲得良好的良好的耐熱、耐油、耐水等要求的印刷性能，須經(jīng)電暈放電處理等再行印刷。

針對Cu基材料應(yīng)用中高屈服強(qiáng)度高延展性的性能需求，本項(xiàng)目采用微米粒度的MAX相（Ti3AlC2，Ti2AlC和Ti2SnC等）為先驅(qū)體制備具有高強(qiáng)度高延展性能的納米MXx顆粒增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料。通過對反應(yīng)引起的MAX相變機(jī)理、界面反應(yīng)行為、納米MXx相的生成機(jī)制、組織形態(tài)等，MXx基團(tuán)對Cu 的形核細(xì)化機(jī)理及材料流變特性、變形機(jī)理等關(guān)鍵科學(xué)問題的研究，獲得了如下創(chuàng)新研究成果： 1）分別以較大的Ti3AlC2，Ti2AlC和Ti2SnC顆粒為先驅(qū)體，成功制備了具有高強(qiáng)度高延展性能的納米TiC0.67和TiC0.5顆粒增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料； 2）揭示了Ti3AlC2，Ti2AlC和Ti2SnC和Cu的不同反應(yīng)行為，并闡述了反應(yīng)引起的MAX材料的相變機(jī)理； 3）揭示了納米TiC0.67和TiC0.5基團(tuán)對Cu晶粒的形核細(xì)化機(jī)理和材料的流變特性及強(qiáng)化機(jī)理。 這些研究工作將對納米MXx/超細(xì)晶Cu復(fù)合材料的應(yīng)用和針對性的性能改善及其他高強(qiáng)高延展性金屬及復(fù)合材料的制備提供借鑒和科學(xué)啟發(fā)。部分研究進(jìn)展和成果已發(fā)表論文15篇，申報發(fā)明專利8項(xiàng)，其中5項(xiàng)已獲授權(quán)，培養(yǎng)博士生2名，碩士生7名，獲2016年度北京市科技獎二等獎1項(xiàng)（公示已結(jié)束）。