福州大学至诚学院毕业设计任务书

本科生毕业论文任务书

  2012  年  3  月  1  日至  2012  年  5月  25日

题    目：       SiC纳米橡胶助剂的改性研究                                       

姓    名：                        

学    号：                       

系    别：                材料工程系               

专    业：               材料科学与工程            

年    级：                  2008级                

指导教师：                                  （签名）

系主任：                                    （签章）

 论 文 任 务

（包括原始数据、技术要求、工作要求）

一、论文的提出：

要在橡胶加工中用好纳米材料，首先遇到的难题是如何让纳米级粉体材料顺利地进入橡胶，并均匀分散，因为只有制得橡胶/纳米材料的复合体才能发挥纳米效应。众所周知，凡是纳米粉体的颗粒直径都小于100nm，加之橡胶即使在炼胶时仍保持着高黏度流体状态。因此，要让纳米粉体顺利进入橡胶并均匀分散，决非易事。更因纳米材料的表面效应强烈，自我集聚倾向严重，容易导致附聚、结团。要使之均匀分散难度的确不小。目前，常用的复合途径大致可分四种，即共混法、原位聚合法、溶液－凝胶法以及层间插入法。

(1)共混法可以通过三种方法来达到。

第一种是机械共混(干混)，也称熔融共混，可利用橡胶厂常用的炼胶机，趁胶料处于粘流状态便将纳米材料与胶料直接共混。此法之优点在于橡胶工厂可以自行完成复合，但缺点是纳米材料很难达到均匀分散。采取两段共混可以有所改进。目前，作为一种创新措施，是把纳米粉剂先做成母胶进行预分散，然后再加入到主体材料(橡胶)中进行二次分散，效果较好。也可以采取添加分散剂的办法，即先将分散剂包覆于纳米材料的表面，而后再进行共混，也都有一定的效果。

    第二种为溶液共混，在橡胶溶液中加入纳米粉体，搅拌均匀，除去溶剂后经干燥得到复合体。此方法的缺点是容易污染环境。

     第三种为乳液共混，用胶乳取代溶液，其他步骤与第二种相同。乳液共混有二个优点，即无因溶剂造成的公害，适用于难溶的胶种。为了加快复合，可以利用超声波加速共混过程。当超声波的能量达到一定的冲击水平时会产生“空化“效应，利用空化气泡的膨胀和爆破在反应区形成速度达到110 m/s的冲击波并导致局部高温、高压，加速复合进程，取得快速、高效和节能三大效果。

     (2)原位聚合法也称“就地聚合法“。将纳米粒子添加到单体溶液中，借助于超声波冲击分散，然后进行聚合。本法之难点在于从单体聚合做起，工序多，难度不小，且会带来污染环境及溶剂回收等难题。

     (3)溶胶-凝胶法又名“前躯体法”，将分散体的前躯体(例如金属氧化物或金属无机盐)与单体或聚合物混合后溶解。通过前躯体的水解和缩合，生成分散相，此时要控制好粒径分布及其在基体中的分散状况。本法之缺点在于前躯体价格昂贵、有毒。另外，在溶剂干燥过程中因溶剂小分子挥发后产生收缩应力，容易导致复合物脆裂。

     (4)层间插入法本法只适用于具有片层结构的材料(如粘土、蒙脱土等)，而且片层间距需符合纳米材料的要求，最好介于1～10nm之间。接触表面要用有机物处理，赋予其一定的活性，以促进与无机纳米材料产生主客体反应，把无机材料改性为表面经过有机物改性的复合材料，这样能大大提高与橡胶的亲和力。例如，同样在橡胶中添加20份纳米材料，添加纳米轻质碳酸钙后气密性可提高18.4%，添加纳米粘土可提高24%，而改用经过插层处理的粘土则可提高58%，由此可见一斑。

本课题的研究现状和发展趋势：SiC作为粉体状物质，当今一个重要的发展趋势是向纳米材料发展。研究表明，当SiC材料尺寸小于100纳米时，由于产生表面效应、量子尺寸效应、体积效应和量子隧道效应等，使SiC材料表现出传统固体不具有的化学性能、机械性能、电学性能、磁学性能和光学性能等特异性能，从而引起国内外的高度重视，据称，纳米技术将在21 世纪初引发一场技术。

二、应查阅的文献和资料

查阅相关文献，了解：

（1）当前SiC纳米橡胶助剂的利用情况；

（2）了解SiC纳米橡胶助剂在橡胶中的应用概况；

（3）木质素的改性方法；

三、应进行的实验和测试

（1）加入酶解木质素/SiC纳米助剂改性酶解木质素与乙丙橡胶混炼；

（2）红外光谱分析；

（3）测力学性能和冲击性能；

（4）老化性能分析；

（5）扫描电镜分析；

  （6）硬度分析。

四、应提交的资料与成果

（1）开题报告；

（2）毕业论文任务书1份；

（3）中英文摘要（约500字）；

（4）论文及附件：参照学校本科毕业论文规范的要求撰写与装订；

（5）提交论文、附件的电子版文件（光盘）。

五、时间安排

2012年3月1日起到2012年5月25日止，具体安排如下：

3月1日至3月10日：查阅相关文献，制定实验方案，完成开题报告；

3月11日至3月14日：文献综述 ；

3月15日至4月24日：实验研究；

4月25日至4月27日：中期检查；

4月28日至4月30日：实验数据整理，实验数据补充；

5月1日至5月22日：毕业论文撰写、修改，提交毕业论文；

一、前言

综述研究背景、意义及主要内容，SiC纳米橡胶助剂的应用，并提出存在的问题和研究内容。

二、SiC纳米橡胶助剂不同处理方式和乙丙橡胶混炼后的影响

三、试样的性能测试

（1）硬度测试

（2）红外光谱测试

（3）力学性能和冲击性能测试

（4）老化性能测试

（5）扫描电镜

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