基于网络协同作用的低温耐油氢化丁腈橡胶设计、制备及苛刻环境的演化机理研究

新型运载火箭和导弹武器装备控制系统对液压单元的密封要求非常严格，对密封材料的强度、耐油性能、宽温域的高弹性和耐老化等性能提出苛刻要求。因而，具有耐高温、耐油、耐磨损和耐臭氧等高性能的氢化丁腈材料吸引了研究者的关注。然而，氢化丁腈橡胶低温易结晶，低温弹性差，限制了其低温油压密封使用。虽然Zeon等公司采用三聚物工艺，提高了氢化丁腈低温性能，但却降低了橡胶的力学强度、耐油和耐热等综合性能。本课题拟以此为研究背景，利用原位接枝、配位交联及纳米填料网络阻隔技术，在氢化丁腈橡胶的过氧化物C-C硫化主交联网络内部引入互穿离子簇和配位键等弱网络结构，提高氢化丁腈橡胶宽温域的力学、耐油、耐摩损等综合性能，考察其复杂的网络协同作用机理及在应力应变、油介质和热等环境因素中发生的物理化学演化规律，为航空航天、武器、汽车、交通等领域的苛刻环境的液压橡胶密封材料应用提供基础数据和理论指导。

氢化丁腈具有良好的耐老化和耐油性，广泛应用于运载火箭伺服机构的密封环境中。然而，高饱和的双键和氰基含量制约了橡胶的低温性能，如何在低温下进一步提高其性能成为了制约应用的瓶颈。本文通过在低温品级的橡胶交联网络中引入填料的非共价键网络，共同构筑协同效应，综合提高橡胶的各种性能。构建的弱网络包括：氢键、静电作用、配位键和表面疏水性等组成的超分子网络。通过红外光谱、扫描电镜、透射电镜、小角衍射、动态力学和应力松弛、驰豫等方法决定这些非共价键作用在橡胶中的响应行为。结果表明：改变填料表面的疏水性，可提高橡胶的力学和低温弹性等综合性能；控制碱金属离子和甲基丙烯酸离子在橡胶内的静电作用，不仅改变了原位生成的丙烯酸盐形态，而且造成了橡胶低温弹性的变化；受阻酚和橡胶氰基间的氢键作用影响了橡胶杂化体系的玻璃化温度。随橡胶贮存时间的延长，填料的弱网络变得不稳定。究其原因，除了深入研究的基体分子的老化，还包括了填料和橡胶间界面在热氧作用下变化。进一步，将防老剂引入到碳纳米管表面，不仅改善碳纳米管的相容性，而且提高其界面稳定性，综合提高橡胶的性能，为今后低温品级橡胶体系的改性研究开辟了一条新的研究道路。