?實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯扛男约{米Si3N4陶瓷粉體在EPDM中的應(yīng)用性能。納米Si3N4陶瓷粉體具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨損，導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，但納米Si3N4粉體具有高的表面能，一般不與聚合物相容，在聚合物中的分散性不好。為了使納米Si3N4粉體能夠均勻地分散在橡膠中并與橡膠具有良好的相容性，對納米Si3N4進(jìn)行表面改性。在EPDM中加入改性后納米Si3N4，能夠提高EPDM的綜合力學(xué)性能，延長產(chǎn)品的使用壽命。此次采用實(shí)驗(yàn)室自制的大分子偶聯(lián)劑(BA-MAA-AN三元共聚物)對納米Si3N4進(jìn)行表面包覆處理，優(yōu)化Si3N4使用比例，設(shè)計(jì)EPDM制品的較佳配方與工藝。
???1?實(shí)驗(yàn)部分
???1.1?實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備
???三元乙丙橡膠(EPDM)，金華星馬塑膠有限公司產(chǎn)品；納米Si3N4(平均粒徑20nm)，上海超威納米科技有限公司；大分子偶聯(lián)劑，實(shí)驗(yàn)室自制產(chǎn)品；其它均為市場常用產(chǎn)品。
???TEM為日本TEOL公司生產(chǎn)的JEM-100SX型透射電子顯微鏡；密煉機(jī)K1?MK4，法萊爾公司產(chǎn)品；平板硫化機(jī)，型號：QLB-350×350×2，上海第一橡膠廠產(chǎn)品；DXLL-10000型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，上?；ぴO(shè)備有限公司產(chǎn)品；LX-A型硬度儀，上海六中量儀器廠產(chǎn)品。
???1.2?基本配方及納米Si3N4/EPDM復(fù)合材料試樣的制備
???基本配方(質(zhì)量份phr)：EPDM?140；炭黑(N115)100；ZnO?5；硬脂酸1.0；防老劑RD?2.0；促進(jìn)劑2.0；軟化劑25；硫化劑0.75；納米氮化硅和改性納米氮化硅(為變量)0-2.0。
???改性后納米Si3N4和EPDM在密煉機(jī)上混煉制得母煉膠，其它按照正常的混煉加料順序進(jìn)行。硫化條件為180℃×6min。
???1.3?性能測試
???硫化膠各項(xiàng)力學(xué)性能按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)測定。2?結(jié)果與討論
???2.1?TEM分析
???取未處理的納米Si3N4粉體和用大分子表面處理后球磨過篩的納米Si3N4粉體，溶解在丙酮溶劑中，用透射電子顯微鏡對其進(jìn)行觀察。圖1(略)是未處理的粉體和用7.5%(大分子表面處理劑與納米Si3N4質(zhì)量比百分?jǐn)?shù))的大分子表面處理劑處理后的納米Si3N4粉體TEM照片(放大2萬倍)，處理前納米粉末有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，而處理后的納米粉末在丙酮中分散均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯降低。說明用大分子處理劑處理后，由于大分子的極性鍵與Si3N4粉末表面的羥基或懸鍵之間容易發(fā)生物理鍵合或化學(xué)鍵合而包覆在納米顆粒的表面，連接在納米粉體末表面的大分子處理劑的分子鏈產(chǎn)生了互斥作用和空間位阻作用，所以可以降低納米顆粒的表面能，阻隔了顆粒之間的團(tuán)聚。
???2.2?力學(xué)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果
???表1?納米Si3N4/EPDM復(fù)合材料的機(jī)械性能?
改性綱米Si3N4用量(phr)
邵A硬度
拉伸強(qiáng)度(MPa)
斷裂伸長率(%)
撕裂強(qiáng)度(MPa)
表1是改性Si3N4/EPDM復(fù)合材料力學(xué)性能測試結(jié)果。從數(shù)據(jù)可見，納米Si3N4的加入，對EPDM膠料的撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都有明顯的提高，說明納米Si3N4作為補(bǔ)強(qiáng)材料，對EPDM橡膠起到了很好的增強(qiáng)增韌作用，也證明大分子偶聯(lián)劑在納米粒子和橡膠基體之間起到了很好的化學(xué)連接作用，使得納米粒子和橡膠基體之間結(jié)合起來，從而發(fā)揮納米Si3N4的優(yōu)異性能，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
???當(dāng)表面處理后的納米Si3N4用量增加到1.5份以上時(shí)，一方面，由于粒子過于接近，銀紋會(huì)組合成大的裂紋使復(fù)合材料力學(xué)性能下降。另一方面，由于粒子數(shù)目增多后，分散更加困難，容易產(chǎn)生粒子團(tuán)聚現(xiàn)象，由于團(tuán)聚粒子表面缺陷會(huì)使基體橡膠損傷而產(chǎn)生應(yīng)力集中。另外，當(dāng)外力作用時(shí)，團(tuán)聚粒子相互滑移，從而使復(fù)合體系綜合性能變劣。從提高復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能來看，處理后的納米Si3N4用量為1.5份時(shí)較好。
???2.3?改性納米Si3N4/EPDM復(fù)合材料耐磨性及膠管的動(dòng)態(tài)耐久性對比試驗(yàn)
???表2?性納米Si3N4/EPDM合材料耐磨性及膠管的動(dòng)態(tài)耐久性比較?
項(xiàng)目
改性納米Si-3N4用量(phr)
?3.0
摩擦次數(shù)(萬次)
8
?破裂時(shí)間(小時(shí))
12
?阿克隆磨耗量*(g)
0.2003
*注：JSK-b264標(biāo)準(zhǔn)，44.1N，15°1000轉(zhuǎn)
通過對比試驗(yàn)，從表2中可以看出加入改性納米Si3N4的EPDM橡膠管的動(dòng)態(tài)耐久性能均有不同程度的提高。與不加改性納米Si3N4產(chǎn)品相比，加入1.5份納米Si3N4的EPDM橡膠管動(dòng)態(tài)耐久性提高達(dá)十幾倍之多。另外，加入改性納米Si3N4的EPDM復(fù)合材料的耐磨性能均比未加樣有所提高，尤其加入1.5份改性納米Si3N4的EPDM復(fù)合材料的阿克隆磨耗量從0.2003g降至0.0694g。所以，可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論加入1.5份改性納米Si3N4后，對改善產(chǎn)品的耐磨性、耐久性和提高橡膠管的使用壽命效果較好。
???3?結(jié)論
???(1)TEM觀測表明，用大分子表面處理劑處理納米Si3N4粉體后，納米Si3N4粉體在有機(jī)溶劑中分散均勻，納米顆粒粒徑減小，明顯阻止了納米顆粒的團(tuán)聚。
???(2)在EPDM中添加用大分子偶聯(lián)劑處理的納米Si3N4，在一定程度上提高了EPDM的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、斷裂伸長率等力學(xué)性能，其中添加1.5份改性納米Si3N4的EPDM綜合力學(xué)性能效果較佳。
???(3)在EPDM中添加用大分子偶聯(lián)劑處理的納米Si3N4，EPDM的耐磨性及膠管的動(dòng)態(tài)耐久性明顯提高，其中添加1.5份改性納米Si3N4的耐磨性及膠管的動(dòng)態(tài)耐久性能優(yōu)異。