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摘要：本文以无机粘土、有机改性剂（CTAB、SDS）、预膨胀剂（无水乙醇、正丁醇、丙烯酸）、丁腈橡胶为原料，采用预膨胀法（即两步法）制备了粘土/NBR纳米复合材料，首先通过十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和十二烷基磺酸钠（SDS）对无机粘土进行有机改性，然后将预膨胀剂加入有机改性粘土在三辊研磨机上进行预膨胀，预膨胀后制备有机粘土/NBR纳米复合材料，研究了不同种类及不同质量分数的预膨胀剂对粘土/NBR纳米复合材料力学性能的影响，结果表明在采用相同的工艺流程、工艺参数的实验过程中，预膨胀剂为质量分数为30%的正丁醇时，复合材料的拉伸强度、撕裂强度、300%定伸应力分别提高了87%、10%、106%，制备的粘土/NBR纳米复合材料的力学性能最优。用预膨胀法制备粘土/橡胶纳米复合材料主要是在，通过小分子有机溶剂对粘土实现预膨胀，粘土晶层间距进一步扩大，使橡胶大分子更容易插层进入粘土层间，获得粘土片层在橡胶基中分散更为精细的相态结构，从而提高复合材料的力学性能。
关键词：预膨胀法，CTAB，SDS，有机改性，纳米复合材料
目 录
1 前言 1
1.1 有关粘土的概述 2
1.1.1 粘土的结构特征 2
1.1.2 蒙脱土的基本特性 3
1.1.3粘土的改性 5
1.2 粘土/橡胶纳米复合材料的概述 7
1.2.1 粘土/橡胶纳米复合材料的结构类型 7
1.2.2 粘土纳米复合材料的表征技术 9
1.2.3 制备粘土/橡胶纳米复合材料的原理 10
1.2.4 粘土/橡胶纳米复合材料的制备方法 11
1.3 粘土/橡胶纳米复合材料的研究进展以及前景展望 14
1.4 课题研究目的和意义 15
2 实验部分 16
2.1 实验原材料及基本配方 16
2.2 实验设备及测试仪器 17
2.3 实验工艺过程 18
2.3.1 无机粘土的有机化和预膨胀处理 18
2.3.2 粘土/NBR纳米复合材料的制备工艺 18
2.3 性能测试及表征 19
2.3.1 常规力学性能测试 19
2.3.2 微观结构的表征 19
3 结果和讨论 21
3.1 无机粘土与改性粘土的FTIR表征及分析 21
3.2 预膨胀剂为正丁醇，预膨胀粘土/NBR纳米复合材料力学性能的分析及微观结构的表征 22
3.2.1 预膨胀剂为不同质量分数的正丁醇时，粘土/NBR纳米复合材料力学性能分析 22
3.2.2 预膨胀剂为正丁醇，预膨胀粘土与粘土/NBR纳米复合材料XRD的分析 24
3.3 预膨胀剂为无水乙醇，预膨胀粘土/NBR纳米复合材料力学性能的分析及微观结构的表征 25
3.3.1 预膨胀剂为不同质量分数的无水乙醇时，纳米复合材料力学性能分析 25
3.3.2 预膨胀剂为无水乙醇，粘土/NBR纳米复合材料XRD的分析 27
3.4 预膨胀剂为丙烯酸，预膨胀粘土/NBR纳米复合材料力学性能的分析及微观结构的表征 28
3.4.1 预膨胀剂为不同质量分数的丙烯酸时，纳米复合材料力学性能分析 29
3.4.2 预膨胀剂为丙烯酸时，粘土/NBR纳米复合材料XRD的分析 30
3.5 相同质量分数的不同种类预膨胀剂制备的纳米复合材料力学性能的分析 31
4 结论 35
参考文献 36
致谢 38
课题研究目的和意义
采用预膨胀法制备有机改性粘土/NBR纳米复合材料，即先将无机粘土的有机化改性，然后用有机溶剂小分子预膨胀粘土片层，以期控制处理过程工艺参数，简化制备生产工序，提高纳米复合材料的综合性能。确定并优化出制备有机粘土/橡胶纳米复合材料的技术路线，考察不同处理工艺过程制备的有机改性粘土的晶层间距与粘土/橡胶纳米复合材料性能的对应关系，呈现材料微观结构与性能的内在规律，指导橡胶基复合材料的工业化应用。
目前，层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料的研究在国内外均为热点之一，但多数集中在合成与制备上，而应用研究为数甚少，因此，对这类新材料进行应用型研究在实践和理论上均具有重要意义。
层状硅酸盐的片层结构赋予了复合材料较高的气密性能，相比轮胎内胎及内衬层材料中用到的丁基橡胶/炭黑复合材料，这对于轮胎内胎厚度的减薄（减重）以及降低生产成本都很有意义。该材料必将在高级无内胎轮胎气密层，以及其它要求高性能气体阻隔弹性体材料的领域获得应用。
