碳纳米管协同金属氧化物对硅橡胶热稳定作用及机理研究

We propose to incorporate metal oxide nanoparticles, pristine CNTs, and CNTs with different modified states respectively into high temperature vulcanized silicone rubber with various side groups to prepare silicone rubber-based hybrids. We will investigate the effects of several factors on the thermal stability of silicone rubber, such as kind,crystal form，size,content of metal oxides,aspect ratio，state of surface, the dispersion in silicone rubber matrix of CNTs, and the synergism of metal oxides and CNTs；reveal the laws governing thermal aging degradation behavior of silicone rubber with various side groups；by microscopic analysis and investigating the process of thermaloxidative kinetics, to elucidate the mechanism of the thermal stability of silicone rubber by using metal oxide nanoparticles and CNTs respectively, the mechanism of the better thermal stability of silicone rubber by using monodisperse metal oxide nanoparticles, the mechanism of the thermal stability of silicone rubber of synergism of metal oxide and CNTs. This research probes a new way to improve the thermal stability of silicone rubber,promotes the heat-resistant property of silicone rubber to a new level, and provides theoretical basis for developing the elastomer with high heat-resistance used in aerospace and other advanced fields.

本项目拟将金属氧化物纳米粒子、碳纳米管及不同修饰状态的碳纳米管分别与不同侧基的高温硫化硅橡胶纳米复合，制备硅橡胶杂化材料；对金属氧化物纳米粒子的种类、晶型、粒径及用量，碳纳米管的长径比、表面状态及其在硅橡胶基体中的分散程度，以及碳纳米管协同金属氧化物对杂化材料的热稳定作用进行系统地研究；揭示不同特性的金属氧化物、不同表面状态的碳纳米管及碳纳米管协同金属氧化物对不同侧基的硅橡胶热老化降解行为的影响规律；从微观分析以及热氧化动力学过程，阐明金属氧化物及碳纳米管对硅橡胶的热稳定作用机理，单分散状态对更好地发挥金属氧化物的热稳定作用机理，以及碳纳米管协同金属氧化物对硅橡胶的热稳定作用机理。本项目的研究可为提高硅橡胶的热稳定性探索出新途径，有望将硅橡胶的耐热等级提升到新水平，为研究开发航空航天及其它尖端技术所需耐高温橡胶提供理论依据。

项目着眼于现代高新技术领域对耐高温硅橡胶（SR）复合材料的迫切需求，深入细致地研究了碳纳米管（CNTs）与金属氧化物之间的协同作用对SR的热稳定性的影响及其机理。主要研究内容包括三个方面。首先，项目通过调控溶胶—凝胶法反应条件，将多种不同种类、晶型、粒径及修饰量的单分散金属氧化物纳米粒子修饰在CNTs的表面，深入研究CNTs协同金属氧化物对SR的热稳定作用及其机理；其次，采用共价及非共价方法，将氨基单封端聚硅氧烷、笼型倍半硅氧烷、聚二甲基二苯基硅氧烷等多种聚硅氧烷结构修饰在CNTs表面，研究不同表面状态与分散程度的CNTs与不同侧基SR热稳定性的关系，深入阐明其相关机理；最后，项目还在CNTs/SR纳米复合材料的研究基础上，借鉴石墨烯与CNTs的微观结构相似性，将不同片层大小及表面状态的石墨烯引入SR纳米复合材料的研究中，进一步探究了石墨烯对SR热稳定性的影响及其机理。概括地说，项目深入地阐明了CNTs与金属氧化物协同提高SR复合材料的热稳定性机理，揭示了CNTs和石墨烯的表面状态、修饰情况及分散程度等因素对SR复合材料性能的影响规律。项目的研究成果拓展了CNTs及石墨烯的应用范围，开辟了提高SR热稳定性的新途径，为研究开发航空航天及其它尖端技术所需耐高温橡胶提供了理论依据。