高耐热弹性体复合材料的制备北京化工大学研究生张立群弹性体课程

1、高耐热弹性体复合材料的制备一、背景介绍二、增强耐热性能的方法三、总结一、背景介绍传统的耐热材料包括：陶瓷、合金等，特点是硬度高、脆性好、耐化学腐蚀性能好。应用：高铌钛铝合金制造的涡轮叶片国产“太行”发动机，据说已应用于歼10战机 随着我国工业需求的发展，迫切需要发展一批高耐热的弹性体材料，来满足一些工业和环境的特殊要求。 耐热弹性体的最大的特点就是质量轻，弹性大，可弯曲变形。应用：二、增强耐热性能的方法高分子的热分解机理：高分子主链的碳碳键的断裂。如何提高高分子的耐热性能呢？提高分子中原子间的键能；增加分子中的环结构和共轭程度；增加分子链间的交联程度；增加分子的取向度和结晶度；加入稳定剂。弹性

2、体耐热性能的改善橡胶基体硫化体系补强体系老化体系增塑体系、橡胶基体1、选用耐热性能好的橡胶，如乙丙橡胶、丁基橡胶、硅橡胶等2、橡胶与其他聚合物并用3、在分子链中引入耐热分子链或基团，如苯环、萘环等。2、橡胶与其他聚合物并用 可以把橡胶和塑料并用，也可以橡胶和橡胶并用，尽量使用热稳定性较好的聚合物。通过这个方法制备了很多耐热弹性体复合材料，如丁腈橡胶/氯化丁基橡胶共混物、硅橡胶/顺丁橡胶/乙丙橡胶共混材料等。、橡胶基体 李俊、董丽杰等人1研究了丁腈橡胶/氯化丁基橡胶共混物的耐热性能，他们通过直接共混的方法来制备丁腈橡胶/氯化丁基橡胶共混物，发现并用比例为70/30的时候，共混物失重5%的热分解温

3、度提高了38.4度。、橡胶基体2、橡胶与其他聚合物并用纯纯NBR和和 NBR/CIIR 70/30的热重分析的热重分析图图1李俊，董丽杰，舒本勤，潘民选，刘景涛，李蕊.丁腈橡胶氯化丁基橡胶共混物的性能研究J. 弹性体，2008,18（6）：28-30.3、在分子链中引入耐热分子链或基团，如苯环、萘环等。 典型的例子就是在热塑性聚氨酯的分子链中引入比较耐热的刚性分子链，提高硬段在分子链中的比例，来提高耐热性能2。1,5-萘二异氰酸酯（NDI）甲苯二异氰酸酯（TDI）、橡胶基体2 甄建军、翟文、迟华亭. NDI型聚氨酯弹性体的合成与其耐热性能研究J. 工程塑料应用（2006），34（11）.、硫化

4、体系 不同的硫化体系对材料的耐热性能的影响是不一样的，这主要是因为不同的硫化体系对橡胶的交联机理不一样造成的。 武卫莉，陈光3把三种橡胶通过直接共混的方法混合在一起，制备出了硅橡胶/顺丁橡胶/乙丙橡胶共混材料，由表中可以看出，用过氧化二异丙苯（DCP）/硫磺作共硫化剂，样品的耐热性能较好。3 武卫莉，陈 光. 硅橡胶顺丁橡胶乙丙橡胶共混材料的研究J. 弹性体（2006），16（1）：43-46.硫化剂对共混性能的影响、硫化体系4 Shamshad Ahmed, A.A. Basfar, M.M. Abdel Aziz. Comparis on of thermal stability of s

5、ulfur, peroxide and radiation cured NBR and SBR vulcanizatesJ. Polymer Degradation and Stability(2000),67,319-323. Shamshad Ahmed, A.A. Basfar, M.M. Abdel Aziz4比较了辐射、硫磺和过氧化物分别对NBR和SBR耐热性能的影响，研究表明辐射后的NBR和SBR硫化胶的热稳定性能最好。、补强体系 为了提高弹性体复合材料的耐热性能，可以在基体中填充粘土、碳纳米管、石墨烯、陶瓷等填料，来改善其耐热性能。通过这个方法，制备了： 层状硅酸盐橡胶纳米复合材

6、料纳米二氧化硅复合材料等、补强体系 何少剑、张立群老师5考察了层状硅酸盐与炭黑并用填充SBR纳米复合材料的性能，发现在填料总量一定的情况下，纳米粘土片层的加入可以提高复合材料的耐热氧化性能和耐热性能，而炭黑则可以弥补由于粘土与橡胶基体之间相互作用较弱,以及粘土片层微观分布不均匀性带来的应力集中，二者并用可以有效的使各项性能达到较好的平衡。5 何少剑. 层状硅酸盐橡胶纳米复合材料D. 、增塑体系 增塑剂外增塑剂：内增塑剂：外增塑剂是一个低分子量的化合物或聚合物，把它添加在需要增塑的聚合物内，可增加聚合物的塑性。内增塑剂实际上是聚合物的一部分。一般内增塑剂是在聚合物的聚合过程中所引入的第二单体。、

7、增塑体系 一般增塑剂的相对分子质量较低，在高温下容易挥发或迁移渗出，导致硫化胶的硬度增加、伸长率下降。所以耐热橡胶配方中应该选用高温下稳定性能好、不易挥发的品种。 张运强、张立群、王振华、田明6考察了多种增塑剂对EPDM橡胶复合材料耐热性能的影响，由表中可以看出，液体乙丙橡胶新型增塑剂CP-80作为增塑剂代替石蜡油，拉伸强度衰减率降低13.4%，拉伸伸长率衰减率降低30.1%。、增塑体系6 张运强、张立群、王振华、田明. 高耐热乙丙橡胶的性能与制备J. 特种橡胶制品（2009）,30（3）.不同增塑剂对材料性能影响不同增塑剂对材料性能影响、老化体系 耐热橡胶必须选用高效的耐热性防老剂，它可以有

8、效地提高橡胶的耐老化性能。橡胶的老化剂特点：1、吸收紫外线的能力较好 2、不易燃、不腐蚀、贮存稳定性好 3、与基体相容性好 4、安全性高等 张运强、张立群、王振华、田明6考察了多种老化体系对乙丙橡胶复合材料耐热性能的影响。由表中可以看出，反应性防老剂N-4（苯胺基苯基）马来酰亚胺MC和防老剂2-硫基苯并咪唑MB并用体系和MB与RD并用硫化体系相比，老化后拉伸强度衰减率降低34%，拉伸伸长率衰减率降低9.5%。、老化体系6 张运强、张立群、王振华、田明. 高耐热乙丙橡胶的性能与制备J. 特种橡胶制品（2009）,30（3）.防老体系对材料性能影响防老体系对材料性能影响三、总结 在工业生产过程中，常常从多个体系入手，来提高材料的耐热性能。如Joseph E. Vostovich, Bridgeport, Conn7设计了一种耐热材料配方，包括乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯、氧化锌、三氧化铝水化物以及无定形二氧化硅，就是同时通过橡胶