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摘要：本课题制备的纳米复合材料属于聚合物/无机纳米复合材料，通常采用扩大层间距的方法将改性剂添加到无机粘土层间，来达到改性无机粘土的目的。本课题采用十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）与十二烷基磺酸钠（SDS）复配改性无机粘土。通过溶体插层法制备有机粘土，其中无机粘土、DTAB和SDS三者的比例不同。通过红外光谱分析改性剂对无机粘土的改性效果，结果表明无机土改性获得成功，并得到有机土。X-射线衍射（XRD）分析有机土的层间距和橡胶在粘土中的插层情况，结果表明有机土较无机土的层间距有所增大，橡胶成功插层有机土层间，扩大了有机粘土的层间距，并分析加入不同配比改性剂的复合材料力学性能。分析结果表明无机粘土:DTAB=2.5:1，DTAB:SDS=4:1的有机土改性效果最好，而且相对应的纳米复合材料的各项力学性能最好，复合材料的层间距较无机土和有机土均有所增加，由此可确定此比例为最佳配比。
关键词:无机粘土，纳米复合材料，十二烷基磺酸钠，复配改性
目 录
1 前言 1
1.1 粘土结构与性质 2
1.1.1 粘土结构 2
1.1.2 粘土的性质 4
1.2 有机粘土的制备和常用的改性剂 6
1.3 粘土/橡胶纳米复合材料的制备 8
1.4 粘土/橡胶纳米复合材料的结构 10
1.5 粘土改性的目的 11
1.6 粘土/橡胶纳米复合材料的性能 12
1.7 课题研究意义及实用价值 13
2 实验部分 14
2.1 实验原材料与基本配方 14
2.1.1 实验原材料 14
2.1.2 实验基本配方 14
2.2 实验设备及测试仪器 15
2.3 试验工艺 16
2.3.1 粘土的有机化处理 16
2.3.2 粘土/橡胶纳米复合材料的制备 16
2.3.3 实验工艺流程 16
2.4 实验测试方法 17
2.4.1 微观表征及测试 17
2.4.2 常规力学性能测试 18
3 结果与讨论 19
3.1 有机粘土的红外光谱图的分析 19
3.2 粘土/SBR纳米复合材料的力学性能的分析 20
3.2.1 无机土:DTAB=2.5:1粘土/SBR纳米复合材料的力学性能的分析 20
3.2.2 无机土:DTAB=2.8:1粘土/SBR纳米复合材料的力学性能的分析 21
3.2.3 无机土:DTAB=3.0:1粘土/SBR纳米复合材料的力学性能的分析 23
3.2.4 粘土/SBR纳米复合材料和纯胶SBR的力学性能的纵向分析 24
3.2.5 单一阳离子（DTAB）改性粘土/SBR纳米复合材料的力学性能分析 26
3.3 粘土/SBR纳米复合材料与粘土的X-射线衍射（XRD）的图谱分析 28
结论 32
参考文献 33
致谢 36
橡胶是国民经济中用途广泛的高分子材料，橡胶种类较多，但大多数橡胶材料缺乏结晶能力，自由体积大，分子间作用力小，因而强度和模量很低，不经过补强是无法应用的。通常对橡胶的补强，是通过一些加工方法在橡胶内加入不同种类的填料，补强后的橡胶材料力学性能得到了很大改善[1]。
对橡胶的补强至今未能找到一种新型填料，原因是新发展的填充剂粒径都较大。然而，人们从未中断过对橡胶新型补强方式和补强剂开发的努力。因为传统的补强剂有以下缺点:（l）加工污染性大。在向橡胶中添加时，机易产生飞扬，因而即使使用密闭式炼胶机，也很难保证混炼车间的清洁，避免对工人健康的损害。（2）加工时间长，混炼能耗大。由于较低的视密度导致其向橡胶中吃入的时间较长，并且其粒径机其细小，很容易聚集，因而在橡胶中分散所需要得时间较长，几乎占橡胶混炼全过程的1/2。（3）制品色调单一。这主要是指炭黑补强。高级别的炭黑一般较白炭黑有更好的综合补强能力，所以更常用于橡胶工业。但制品的黑色调却无法更改。（4）一些性能仍有欠缺。如很难赋予橡胶制品更高的硬度，更好的耐透气性等等。（5）由于对石油的依赖性，所以炭黑的资源逐渐在减少。
白炭黑不可能完全代替炭黑，且价格较高，如使用硅烷偶联剂表面处理后，价格更高。所以，迫切需要找到能够克服上述缺点的新型补强方式及补强材料[2]。最常用的橡胶补强填料是炭黑，因此炭黑每年的消耗量很大。炭黑的大量使用会给环境带来污染，其制造是以含碳原料（主要为石油）经不完全燃烧而产生的微细粉末，所以大量使用炭黑要消耗大量石油。白炭黑可以部分替代炭黑对橡胶进行补强，其与橡胶分子亲和力差，一般要用偶联剂进行表面处理再对橡胶补强，白炭黑补强橡胶其固化时间比炭黑的长，使橡胶生产的产量降低[3]。粘土作为橡胶的一种新型补强剂可以与橡胶组成纳米复合材料，因价格低廉、来源丰富，近年来受到国内外材料工作者的广泛关注，但粘土在橡胶基体中粒子大，表面活性低，补强效果差。另外纳米复合材料是近年以来研究比较活跃的新型材料之一。相比于传统的复合材料，由于纳米粒子具有机小的粒径、机大的比表面积，从而拥有很大的表面效应、体积效应等，这样使得纳米复合材料具有许多优异的性能。因此有必要对粘土进行改性。
粘土/橡胶纳米复合材料体系，基本上综合了传统补强剂的优点，并且避免了它们的一些缺点：
（1）它具有炭黑的强补强性，但没有污染性，包括对橡胶和对环境的污染。而
用湿法混合，不象炭黑那样耗能，而且大大的缩短了混炼的时间。
（2）它具有白炭黑的浅色，但又比白炭黑的补强要好。最重要的是它比白炭黑要便宜的多。
（3）它具有短纤维的长径比（l00:1），有良好的各向异性。而且可以通过改变助剂的方法来改变其硬度和定伸。它的定伸可以和半补强炭黑一样低，也可以与短纤维那样高。取向不象短纤维那样的难，只要用一般的方法即可，不用专门的设备和技术。
（4）由于其片层结构，赋予其一些特殊的性能，如优异的耐气透性等。
