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1、阻燃聚丙烯_蒙脱土纳米复合材料的燃烧性能（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）第36卷第4期中国科学技术大学学报Vol.36,No.4 2006年4月J OURNAL OF UNIVE RSITY OF S CIE NCE AND TECHNOLO G Y OF CHINA Ap r.2006文章编号:025322778(20060420408205阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的燃烧性能3何淑琴,胡源,宋磊,唐勇(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥230027摘要:采用X射线衍射和透射电镜对所制备的聚丙烯/蒙脱土(PP/MM T插层纳米复合材料的结
2、构进行表征;通过热分析、锥形量热、氧指数、垂直燃烧测试对其热解和燃烧性能进行了研究.热分析表明蒙脱土片层在热解过程中显示出能量阻隔作用,提高了材料的热稳定性和成炭量;蒙脱土片层与膨胀型阻燃剂之间的协效作用使得纳米复合材料热释放速率、CO与CO2释放量及比消光面积明显降低;将不同阻燃级别的材料制成电视机壳进行全尺寸锥形量热仪实验表明,V20级别的阻燃聚丙烯材料的火灾危险性最小.关键词:阻燃;聚丙烯;纳米复合材料;燃烧性能;热解中图分类号:O632.12;O643.2+1文献标识码:ACombustion properties of polypropylene/montmorillonite na
3、nocompositesH E Shu2qin,HU Yuan,SON G Lei,TAN G Y ong(S tate Key L aboratory of Fi re Science,US T C,Hef ei230027,ChinaAbstract:The intercalated struct ures of t he prepared polypropylene/mont morillonite(PP/MM T nanocompo sites were characterized wit h X2ray diff raction(XRDand t ransmission elect
4、ron microscopy (TEM,t heir t hermal degradation mechanism and combustion properties were investigated by t hermal gravimet ry(T G,cone calorimet ry,limited oxygen index(LOI,and UL94test s.It is shown t hat t here exist s an energy barrier effect during t he PP/MM T nanocompo sites pyrolysis p rocess
5、,which imp roves t hermal stability and char residue formation of t he materials.The synergism effect between int umescent flame retardant(IFRand MM T can also be observed,which f urt her reduces t he heat release rate(HRR,smoke specific extinctio n area(SEA,CO and CO2production of combustion.Full s
6、cale co ne calorimet ry experiment s on TV shells made of different flame2retardant rating polyp ropylene compo site materials indicate t hat t he one wit h V20rating is of t he lowest fire risk.K ey w ords:flame retardant;polyp ropylene;nanocomposites;combustion performance;t hermal degradatio n0引言
7、聚丙烯材料的阻燃性能一直是人们关注的研究领域.目前国内外的文献报道中一般都采用添加卤系阻燃剂提高其阻燃性能1.由于含卤系阻燃剂的材料燃烧时释放出大量烟气和有毒或腐蚀性气体,不利于火灾扑救和人员疏散,并可能产生二次污染,因此开发无卤阻燃聚丙烯材料成为研究趋势2.3收稿日期:2005212228;修回日期:2006202220基金项目:国家自然科学基金(50476026和高等学校博士学科点专项科研基金(20040358056资助.作者简介:何淑琴,女,1983年生,硕士生.通讯作者:胡源,教授,博士生导师.E2mail:yuanhuustc.edu ;Tel(Fax:0551-*无机阻燃剂如Al(
8、O H3、Mg(O H2等虽然无毒、价廉,但因使用时所需添加量较大,在聚丙烯基体中分散性、相容性较差而导致材料的力学性能下降.已用于阻燃聚丙烯的无卤阻燃剂中,最具有应用前景的是含氮和磷的膨胀型阻燃剂(IFR.Alm2 eras、Serge等研究发现在膨胀型阻燃聚丙烯体系中引入纳米复合后材料的阻燃性能有所提高3,4.但以多聚磷酸铵(A PP为主的膨胀型阻燃剂与高分子材料的相容性较差,在制品中容易渗出而降低材料阻燃性能,同时出现影响其力学性能和耐候性等问题.无卤阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料则因其具有较好的热稳定性和阻燃性能而成为具有广泛应用前景的阻燃高分子材料5,6.我们在采用X射线衍射、透射电
9、镜对制备的阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料进行结构表征的基础上,通过热重分析初步分析其热稳定性及降解机理,利用锥形量热、垂直燃烧和极限氧指数等方法研究了样品的燃烧性能,将微观结构性能与宏观燃烧性能相联系,并结合炭层形貌分析材料的燃烧性能和阻燃机理,为阻燃聚丙烯纳米复合材料的实际应用、材料设计方案的优化提供理论和实验基础.1实验材料与仪器实验材料.聚丙烯、接枝PP(MA PP、蒙脱土(MM T,十六烷基三甲基溴化铵(C16,基本成分为含磷、氮的膨胀性阻燃剂(IFR,其他改性剂,以上材料均为市购工业级商品.实验仪器.用TE235型双螺杆挤出机制备复合材料,用日本理学Rigaku Dmax/rA型转靶
10、X射线衍射仪(XRD和H2800透射电镜对材料进行结构表征,用Hitachi X650扫描电子显微镜分析炭层形貌,用Stanton Redcroft锥形量热仪等仪器进行燃烧性能测试,在德国Netzsch公司制造的STA2409C 综合热分析仪上对材料进行热解分析.2样品的制备及表征2.1样品的制备样品的制备采用熔融共混法,在双螺杆挤出机挤出造粒.以PP、接枝PP(MA PP、十六烷基三甲基溴化铵(C16、蒙脱土(MM T为基本组分并将它们保持一定比例(PPMA PP=41,MM TC16 =54,制备三个系列的阻燃聚丙烯材料:(PP/MM T纳米复合材料(制备四种样品,其中MM T含量分布为1
11、%,2%,3%,4%;(在(的部分样品中添加了膨胀型阻燃剂IFR以制备四种PP/MM T/IFR复合材料(见表1,且保持其中的MM T和IFR总含量为25%;(用PP、MA PP、成炭合金、OM T(用C16改性后的蒙脱土和IFR制备了聚丙烯纳米复合材料,UL294测试表明该材料阻燃性能良好,我们将其制成电视机壳进行了全尺寸锥形量热仪实验.所制备的上述三个系列的样品的编号及成分见表1.表1样品编号及成分T ab.1Sample compositionidentification compositionPP PPPP1PP/MM T(1%PP2PP/MM T(2%PP3PP/MM T(3%PP4
12、PP/MM T(4%PP5PP/IFR(25%PP6PP/MM T(3%/IFR(22%PP7PP/MM T(4%/IFR(21%PP8PP/MM T(6%/IFR(19%PP9PP/成炭合金/OM T(3%/IFR(22%2.2样品的结构表征图1说明了蒙脱土在PP基体中分散形态的变化:MM T的(001衍射峰对应的2角为6106, 而图1PP/MM T复合材料的X射线衍射图Fig.1XRD patterns of PP/MM T compositesPP1和PP3两种复合材料在610处的MM T特征衍射峰消失,相对于MM T均前移至214左右,且其多级衍射峰清晰可见,表明形成了插层纳米复合9
13、04第4期阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的燃烧性能结构;从图2中可以看到,PP/MM T 纳米复合材料中存在层离结构,但以插层结构为主,插层结构对应的层间距约为3173nm (未改性蒙脱土MM T 为1148nm ,这与XRD 图中观察到衍射峰尖锐的情况基本一致 .图2PP3的透射电镜图Fig.2TEM image of PP33PP/MMT 纳米复合材料的热解和燃烧性能3.1热解机理通过热重分析(T G 可以了解材料的热解变化过程,从而推断材料的热解机理及组成和结构对其热稳定性的影响.部分样品在氮气气氛中和10/min 的升温速率下的热解失重曲线如图3所示.PP/MM T 纳米复合材料中蒙脱
14、土的片层结构的图3样品的热重曲线Fig.3T G curves of the samples物理阻隔和曲线通道效应7使样品在450前均表现出良好的热稳定性,并提高了残渣量;膨胀型阻燃剂的存在降低了聚丙烯的起始降解温度,这是由于IFR 中的多聚磷酸盐在较低温度下(200左右的降解引起的8,多孔泡沫炭层的形成也大大提高了最终成炭量;PP6的热解曲线则表明MM T 与IFR 之间存在协效阻燃作用.表2为对应的起始降解温度T -5%、最大失重速率温度T p 及降解残渣的质量百分比.将PP 、PP1和PP4在N 2气氛中用不同升温速率下(5/min 、10/min 、15/min 和20/min 进行热
15、解,并用K issinger 法、Friedman 法两种无模式函数法9,10进行动力学分析,两种方法所得的热解活化能变化趋势基本一致:Friedman 法分析结果表明,在热解的大部分区间内,PP1的热解活化能与PP 基本相同,约为188kJ /mol ,PP4的热解活化能约为195kJ /mol ;K issinger 法给出PP 和PP1的活化能也基本相同,约为170kJ /mol ,PP4的活化能为177kJ /mol.从分析所得的热解活化能2转化率曲线发现,3种样品在热解过程中活化能基本保持不变,且3种样品的微商热重曲线均表现为单峰,根据文献11可推知它们的热解过程为一步反应.表2样品
16、的热重数据比较T ab.2Comparison of T G results for the samplessample T -5%/T p /Char/%3194609.73.2燃烧性能热释放速率是评价材料燃烧性能的最重要的参数之一12,图4给出了在50kW/m 2的辐射热通量下,对样品进行锥形量热仪实验的热释放速率曲线.从中可以看出IFR 对PP 有良好的阻燃效果:当加入25%的IFR 后,PP 的热释放速率峰值(p HRR 由纯PP 的1704kW/m 2降至383kW/m 2,降低了76%,比未添加阻燃剂的PP4(1016kW/m 2下降了62%,且在同时含有MM T 和IFR 的样品
17、中又以MM T 含量为4%时的PP7样品热释放速率为最低,其p HRR 为292kW/m 2.实验还发现质量损失变化趋势与HRR 一致.上述阻燃体系主要是凝聚相阻燃机理:IFR 经由形成多孔泡沫炭层而起作用,硅酸盐阻燃主要是通过增强炭化层强度,从而起到隔热隔氧及减缓可燃性气体逸出的作用.同时存在014中国科学技术大学学报第36卷MM T 与IFR 时,层状硅酸盐在C16的Hoff man 降解中的催化作用有利于IFR 的脱水-交联-炭化过程,从而提高炭渣的生成量;燃烧过程中MM T 还与IFR 中的多聚磷酸盐反应生成Al 2P 结构的类陶瓷物,这种物质影响着IFR 与蒙脱土在阻燃聚丙烯时的协效
18、性:在MM T 含量较少时,燃烧过程中除MM T 和IFR 各自发挥作用外,Al 2P 结构使炭层更加紧密,从而表现出MM T 与IFR 两者间的协效性;MM T 含量的继续增加,则使二者表现为反协效性,因为MM T 的存在不仅使IFR 量减少,而且其层状结构阻碍了IFR 产生的水蒸气及其他不燃气体的逸出,不利于熔融体系的膨胀发泡13 .图4部分样品的热释放速率Fig.4Heat release rate curves of some samples表3为表1中部分样品的垂直燃烧和极限氧指数测试结果,可以看出IFR 能提高样品的氧指数.在MM T 没有加入PP/IFR 体系时,能观察到实验样条
19、在燃烧过程中生成膨胀炭层;MM T 的加入则使PP/IFR 阻燃体系的LOI 减小,且MM T 含量超过4%时试样不能达到UL 94V 20级别,实验中也根本没有形成膨胀炭层,这与锥形量热实验中材料的热释放速率行为是一致的,这也说明IFR 的膨胀发泡对材料的阻燃性能至关重要.表3垂直燃烧和LOI 测试结果T ab.3Vertical burning and LOI test resultsSample UL 94LOI PP 完全燃烧17.5PP5V 2029PP6V 2026.7PP7V 2023.6PP8燃烧22.5PP9V 2031表3中的样品PP7在扫描电镜下的炭层形貌如图5所示,可以
20、看出这是一种膨胀的泡沫结构,其炭层表面致密没有空洞,因此能有效延缓火焰的传播,对其下面的基材起到较好的保护作用,这与锥形量热实验结果一致 .图5PP7的炭层扫描电镜图Fig.5Char residue SEM micrograph of PP7将PP 纯样、在水平燃烧中阻燃级别为HB 级的阻燃聚丙烯(另外制备的参比样品及PP9试样(PP9在垂直燃烧中的阻燃级别达到V 20级注塑成25英寸的电视机后盖,以KN 25N92A 燃气点火器为火源,用全尺寸锥形量热仪进行燃烧性能研究.结果表明,纯PP 壳体遇火即燃,且熔断的熔滴继续燃烧,整个壳体火势渐旺,同时产生较大烟尘;HB 阻燃级别的壳体燃烧现象与
21、前者相似,但燃烧时间延长;V 20级壳体则表现出优良的阻燃作用,撤去火源后随即熄灭,经数次点火仍无法自行维持燃烧,且产烟量少,此外还可观察到壳体表面形成较致密的膨胀炭层 .图63种阻燃级别机壳的热释放速率Fig.6HRR of pure PP ,HB rating and V 20ratingflame retardant PP图6为火源和上述3试样的热释放速率图,图114第4期阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的燃烧性能 图73 种电视机模型的比消光面积、CO 和CO 2的浓度Fig.7Combustion parameters for the three TV models :(a SEA ,
22、(b CO ,(c CO 2中右上方为400500s 的局部放大图.图7中给出了它们燃烧过程中产生的CO 、CO 2浓度百分比及比消光面积,其中1、2、3分别为图6中的PP 、HB 2PP 和V 202PP (PP9.从图中可知,在400500s 间V 20和HB 级的试样的p HRR 比纯样分别降低了90%和36%,燃烧产生的CO 、CO 2及比消光面积也相应降低,且V 20级聚丙烯比HB 级的样品降低得更明显,说明V 20级无卤阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的潜在火灾危险性最低.4结论通过熔融共混法成功制备了阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料,研究表明:硅酸盐片层在聚丙烯基体中形成了插层或层离
23、结构,与膨胀型阻燃剂有协效作用,因而在热解或燃烧过程中表现出良好的热稳定性和阻燃作用.电视机外壳实体燃烧实验进一步证明无卤阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料具有较低的热释放速率、比消光面积及一氧化碳和二氧化碳释放,在实际使用中安全性较高.参考文献(R eferences1欧育湘,陈宇,王筱梅.阻燃高分子材料M .北京:国防工业出版社,2001.2欧育湘,陈宇,王筱梅.实用阻燃技术M .北京:化学工业出版社,2002.3Almeras X ,Dabrowski F ,Le Bras M et al.Using poly 2amide 26as charring agent in intumescen
24、t polypropylene formulationsI.Effect of the compatibilizing agent on the fire retardancy performance J .Polym.Degrad.Stab.,2002,77(2:3052313.4Serge Bourbigot ,Michel Le Bras ,Francois Dabrowskiet al .PA 26clay nanocomposite hybrid as char formingagent in intumescent formulations J .Fire Mater.,2000,
25、(24:2021208.5Manias E ,Touny A ,Wu L ,et al.Polypropylene/montmorillonite nanocomposites.Review of the Syn 2thetic Routes and Materials Properties J .Chem.Mater.,2001,(13:351623523.6Y ong Tang ,Yuan Hu ,Lei Song ,et al.Preparation andthermalstability ofpolypropylene/montmorillonitenanocompositesJ .P
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29、 layered silicate nanocom 2positesJ .Macromol Rapid Commun 2001,(22:1762180.214中国科学技术大学学报第36卷第27卷 第5期2006年10月特种橡胶制品Special P ur po se R ubber Pr oducts V o l.27 No.5 October 2006材料 配合原位乳液插层法制备丁腈橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究刘 岚,罗远芳,贾德民,邓 峰(华南理工大学材料学院,广州 510640摘 要:结合乳液插层蒙脱土的特点,利用原位插层制备了丁腈橡胶(NBR/改性蒙脱土(H OM M T 纳米复合材
30、料。通过X 射线衍射(XRD及透射电镜(T EM 证实和分析了蒙脱土的纳米分散相结构。物理性能的研究表明,所制备的复合材料体现了纳米材料的一些特点,填充少量蒙脱土,复合材料的物理机械性能即达到一个较高的水平。关键词:蒙脱土;丁腈橡胶;纳米复合材料中图分类号:T Q333 7 文献标识码:A 文章编号:1005-4030(200605-0001-04收稿日期:2006-03-30基金项目:广东省自然科学基金资助项目(39172作者简介:刘 岚(1972-,博士,讲师,主要从事聚合物/无机物纳米复合材料的研究。橡胶是一类重要的高分子材料。它既是一类传统材料,又是当代高技术新材料的重要组成部分,在汽
31、车工业等国民经济支柱产业和电子信息、生物技术、航空航天等高新技术领域中扮演着不可替代的重要角色。八十年代中后期以来,随着聚合物/无机物插层纳米复合技术的发展1,2,具有纳米片层结构的硅酸盐材料(如蒙脱土等在橡胶中实现了纳米级层状分散,形成了橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料,从而对橡胶产生了显著的补强作用,并可同时改进橡胶的阻隔性、耐热性、耐老化性、阻燃性等性能,这为橡胶科学与技术的发展开辟了一个崭新的领域。目前虽然橡胶/蒙脱土纳米复合技术有了很多创新性发展3,但距离工业化应用还有不少差距,目前存在的困难在于有机蒙脱土的制备工艺繁琐,需要经过反复水洗、干燥、研磨等工序,效率较低;加之橡胶的大分子量及
32、高分子链的柔性比刚性高分子链更难以嵌入到蒙脱土片层中,因此要获得蒙脱土片层以纳米级分散的橡胶复合材料相当困难。乳液插层法是制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的有效方法之一,其原理是利用蒙脱土亲水的特性,在水相中胶乳粒子和蒙脱土相互隔离穿插,絮凝后蒙脱土在水相中的分散状态在聚合物基质中固化下来,从而制备蒙脱土纳米级分散的复合材料。由于有机化蒙脱土变为疏水性,因此乳液插层法通常不对蒙脱土予以有机改性,而是采用一些可以和蒙脱土发生相互作用的乳液,比如丁二烯/苯已烯/4 已烯基吡啶共聚物4。对于一般乳液,由于无机蒙脱土和聚合物之间缺乏相容性,因此需要添加的蒙脱土往往达到30份到40份5,6,才能将聚合物的
33、性能提高到比较满意的程度。本文采用乳液插层法制备丁腈橡胶/亲水性有机蒙脱土纳米复合材料(NBR/H OM MT 。由于传统的有机季铵盐改性蒙脱土的办法使蒙脱土变为疏水性,不能在水相中均匀分散,不适用于乳液插层。作者自制一种新型的蒙脱土有机改性剂,发现这种有机改性剂对丁腈胶乳的稳定性不具有破坏性,进一步采用蒙脱土原位改性乳液插层法制备NBR/H OM MT ,工艺过程简练,插层效率进一步提高。1 实验部分1 1 原材料NBR 胶乳:日本瑞翁产N 41,丙烯腈含量为29%;蒙脱土(MM T :广东南海市非金属矿开发2 特种橡胶制品第27卷 第5期公司;有机改性剂:实验室自制。1 2 实验方法一般方
34、法制备NBR/H OM MT :将一定量蒙脱土分散于水中制成悬浮液,将有机改性剂添加到蒙脱土的悬浮液中,搅拌,制得改性蒙脱土。将改性蒙脱土和丁腈胶乳共混,用CaCl 2溶液破乳烘干,制得NBR/H OM M T 。 原位改性法制备NBR/H OM M T:将蒙脱土悬浮液直接与丁腈胶乳共混,加入一定量的自制有机改性剂,搅拌均匀,用CaCl 2溶液破乳烘干后制得NBR/H OM MT 。橡胶混炼配方:氧化锌5 0;硬脂酸2 0;防老剂4010A 1 5;硫黄1 5;促进剂DM 1 5;促进剂CZ 1 0;促进剂T MT D 0 2。在160 下硫化。1 3 分析与测试X 射线衍射(XRD分析:采用
35、D/MAX 型XRD 仪测定,Cu/石墨靶,扫描速度2 /min,衍射角为2 2 45 。透射电镜(TEM 分析:透射电子显微镜(TEM 用JEOL JEM 100SX 型透射电子显微镜,加速电压80kV 。力学性能测试:用DXLL 2500型拉伸电子拉力机,按相关国家标准测定各体系硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、拉断伸长率等。2 结果与讨论2 1 蒙脱土、改性蒙脱土及丁腈橡胶/改性蒙脱土纳米复合材料的分散相结构分别采用XRD 和TEM 测试NBR/H OM M T 的微观分散结构。图1是原始蒙脱土、改性蒙脱土及用两种工艺制备的NBR/H OM MT 的XRD图谱。图1 蒙脱土及NBR /HOMM
36、T 的XRD 谱图(a原始蒙脱土;(b改性蒙脱土;(c一般方法制备的NBR/HOM M T ;(d原位改性工艺法制备NBR/HOM M T从图1可以看出改性后的蒙脱土层间距仅有小幅度的增加,但制备的NBR/H OM MT 虽然都保留有改性蒙脱土的晶面峰,但同时也在更小的 图2 一般方法制备的NBR /HOMMT(10万倍 图3 原位改性法制备的NBR /HOMMT(10万倍2006年 刘 岚等 原位乳液插层法制备丁腈橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究3角度的衍射峰,说明有部分蒙脱土的层间距有较大幅度增加,采用原位改性工艺制备的N BR/ H OM M T在更小角度的衍射峰更强烈,表明有更多的蒙脱土
37、层间插入了胶乳粒子。图2、3分别是两种工艺方法制备的N BR/ H OM M T的电镜照片。图2是传统工艺制备的NBR/H OMM T体系10万倍透射电镜图。从中可以看到,丁腈橡胶基质中存在厚度大小不等的蒙脱土片层,其厚度从几个纳米到几十个纳米不等,同时观察有团聚的蒙脱土,说明传统工艺制备的NBR/H OMM T 复合体系中,蒙脱土团聚、插层和剥离等形式共存,但剥离和插层的蒙脱土数量有限。图3是原位改性工艺制备的NBR/H OMM T 体系放大10万倍透射电镜图,从图中可以看到有非常清晰的蒙脱土片层结构,其厚度从几个纳米到十几个纳米不等,且片层结构间有超过上百个纳米距离空间,说明这些蒙脱土处于
38、剥离状态,但可以看到局部区域内蒙脱土片层结构呈一定有序形态,说明蒙脱土在丁腈胶基质中并没有达到无序剥离,而是局部有序状态,是处于插层与剥离之间的一种形态。2 2 丁腈橡胶/改性蒙脱土纳米复合材料的物理机械性能图4是N BR/H OM M T体系的定伸应力与蒙脱土含量关系图。从图中可以看出两种工艺制备的NBR/H OM MT的体系模量均随蒙脱土含量的增加而提高,在相同的蒙脱土含量情况下,原位改性工艺制备的复合体系模量提高得比一般工艺制备的体系更显著。图5是NBR/H OM MT 复合体系拉伸强度与蒙脱土含量关系图。采用一般工艺制备的复合体系,蒙脱土添加到8份时,拉伸强度可以达到最大值22 29M
39、 Pa,而采用原位改性工艺制备的复合体系蒙脱土添加到4份时就达到最大值25 33M Pa。图6是NBR/H OM MT 体系撕裂强度与蒙脱土含量关系图,从图中可以看出,NBR/H OM M T的撕裂强度开始均随蒙脱土含量的增加而提高,一般工艺制备的复合体系在蒙脱土含量6份后,撕裂强度即无明显变化。原位改性工艺制备的复合体系在蒙脱土含量为4份时,撕裂强度达到最大值59 97N/m m 。图4 蒙脱土含量对丁腈胶定伸应力的影响图5 蒙脱土含量对丁腈胶拉伸强度的影响图6 蒙脱土含量对丁腈胶撕裂强度的影响图7 蒙脱土含量对丁腈胶拉断伸长率的影响4特种橡胶制品第27卷 第5期图7是蒙脱土含量对丁腈橡胶拉
40、断伸长率的影响示意图。可以看到采用原位改性工艺蒙脱土添加到4份时,丁腈橡胶的拉断伸长率达到最大值480%,此时丁腈橡胶的拉伸强度、撕裂强度达到最大值,拉断伸长率大于用一般方法制备的体系。继续添加蒙脱土时,拉断伸长率开始下降,且低于采用传统工艺制备的体系。拉断伸长率下降除了和橡胶高分子链的性质有关外,还与交联密度、补强填料等性质有关,还与橡胶分子链的有序度有关。当橡胶高分子链插层进入蒙脱土的片层结构后,高分子链的运动受到限制,有序度有所提高,使得丁腈橡胶拉断伸长率提高,当蒙脱土的含量继续增加到一定程度后,插层效率降低,聚合物分子链有序度增加有限,而更多的蒙脱土以凝聚态微米级颗粒存在于蒙脱土中,拉
41、伸过程中,这些蒙脱土微米级颗粒成为橡胶体系中的缺陷,拉断伸长率随着这些微米级的蒙脱土颗粒的增加而迅速下降。3 结论(1利用乳液插层法结合自制的有机改性剂制备了NBR/H OMM T纳米复合材料。(2两种工艺方法制备的N BR/H OM M T均有很好的物理机械性能,采用原位改性方法,乳液插层蒙脱土的效率更高,蒙脱土补强效果更显著。(3蒙脱土在橡胶相中存在多种分散形态,片层结构分散的蒙脱土对橡胶起主要的补强作用。参考文献:1 Fukus hima Y,Okada A,Kaw asumi M,et al Synthesis ofnylon 6 clay h ybridJ J M ater res,
42、1993,(8:11792 W an g Z,Pin navaia T J.Nan olayer rein forcement of elastom eric polyur ethaneJ Chem M ater,1998,(10:3769 3 Ak ane Okada,Arimitsu U suki.T he chemistry of polymerclay hyb ridsJ M ater SCI&Engin:1995,C3:1094 王一中,张立群,余鼎声 丁二烯/苯已烯/4 已烯基吡啶共聚物 蒙脱土嵌入混杂材料的研究J 高等学校化学学报,2001,7(21:11425 张立群,孙朝晖
43、蒙脱土/NBR纳米复合材料的性能研究J 橡胶工业,1999,46(4:2136 吴友平,张力群 蒙脱土/羧基丁腈橡胶纳米复合材料的结构与性能研究J 材料研究学报,2000,14(2:188Preparation of NBR/EMT Nanocomposites by Emulsionlntercalation Process in situL I U F eng,L UO Yuan f ang,J I A De m in,DE NG Feng(South China U niversity of Science and Technolog y,Guangzhou 510640,China A
44、bstract:The NBR/EM T nano com posites w ere pr epared by em ulsion intercalation process in si tu.T he nano dispersed phase structures of montmorillonite w ere testified and analysized by X ray dif fraction(XRDand transmission electr onic microscope(TEM.T he studied results of the physical pro perti
45、es w ere show ed that some characteristics o f nanocomposites w ere reflected in the pr epared com po sites.As adding a litter amount montmor illonite,the physical proper ties of the com posite co uld get better.Key words:montmorillo nite,NBR,nanocomposite热烈祝贺特种橡胶制品荣获第六届全国石油和化工行业优秀期刊评比二等奖以及发行奖、广告奖!在
46、此,特向广大作者、读者及广告客户表示衷心的感谢!感谢你们以往的关心与帮助,期待你们长久的支持与合作。让我们共同努力,把 特橡 办得更好!特种橡胶制品编辑部Vol 137No 11190化工新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第37卷第11期2021年11月基金项目:广西科学基金项目(桂科青0728088作者简介:马传国(1978-,男,副教授,硕士生导师,主要研究方向为纳米功能材料与复合材料。均匀沉淀法制备碳纳米管/氧化锌复合材料的研究马传国郑海军逯伟于英俊(桂林电子科技大学,信息材料科学与工程系,桂林541004摘要采用均匀沉淀法制备了碳纳米管(CN Ts 负载氧化
47、锌(ZnO 粒子复合材料,并利用扫描电子显微镜(SEM 、X 光衍射分析(XRD 以及热失重分析(T GA 手段对复合粒子进行了表征。研究结果表明:锌离子浓度取014mol/L 至110mol/L 时,所得复合材料中的氧化锌粒子大小均匀细小,分散性较好,形貌以粒状为主,大小在40nm 左右;纳米氧化锌粒子与碳纳米管结合力较强,CN Ts/ZnO 复合材料在超声作用下能够稳定存在;反应时间越长,氧化锌粒子含量越高,晶粒越大;热解温度越高,热解时间越长,氧化锌晶粒尺寸越大。关键词碳纳米管,氧化锌,均匀沉淀,复合材料Preparation of CNTs/ZnO composites by homogenous precipitation methodMa Chuanguo Zheng Haijun L u Wei Yu Y ingjun(Depart ment of Informational Material Science and Engineering ,Guilin University of Elect ronicTechnology ,Guili