大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目申請(qǐng)書材料工程系橡膠粘土納米復(fù)合材料的新型制備方法及其應(yīng)用研究

1、 教育教學(xué)質(zhì)量水平提升工程教學(xué)項(xiàng)目申報(bào)書（大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目）項(xiàng)目名稱： 橡膠/粘土納米復(fù)合材料的新型制備方法及其應(yīng)用研究 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 樓鵬飛 所屬單位： 材料工程系 指導(dǎo)教師： 梁玉蓉 起止時(shí)間： 2012年3月-2013年3月 申報(bào)時(shí)間： 2012年3月 太原工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制填 表 說(shuō) 明1、申請(qǐng)人要真實(shí)無(wú)誤的填寫各項(xiàng)內(nèi)容，所填內(nèi)容沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議；2、如獲準(zhǔn)立項(xiàng)，申請(qǐng)人要按計(jì)劃認(rèn)真開展研究工作，取得預(yù)期研究成果；3、本表可根據(jù)填寫內(nèi)容需要進(jìn)行擴(kuò)展；4、理工科項(xiàng)目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)不超0.2萬(wàn)元，文科項(xiàng)目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)不超0.1萬(wàn)元；5、項(xiàng)目組成員不要超過(guò)5人；6、表格中的字體為小四號(hào)仿宋體，1.5

2、倍行距；簽字部分由相關(guān)人員以鋼筆或簽字筆簽名。申報(bào)書均用A4紙雙面打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)；7、項(xiàng)目必須先由導(dǎo)師提出意見(jiàn)，再由所在系部組織初審后推薦上報(bào)。一式兩份報(bào)送教務(wù)處教研科，并提交電子文檔到。申報(bào)人基本情況1姓 名樓鵬飛性別男出生年月1992年8月學(xué) 院太原工業(yè)學(xué)院班級(jí)聯(lián)系電話EQQ2姓 名王進(jìn)煒性別男出生年月1992年1月學(xué) 院太原工業(yè)學(xué)院班級(jí)聯(lián)系電話EQQ3姓 名劉軍軍性別男出生年月1991年5月學(xué) 院太原工業(yè)學(xué)院班級(jí)聯(lián)系電話EQQ4姓 名曲偉性別男出生年月1989年10月學(xué) 院太原工業(yè)學(xué)院班級(jí)聯(lián)系電話E

3、QQ5姓 名沙源性別男出生年月1991年10月學(xué) 院太原工業(yè)學(xué)院班級(jí)聯(lián)系電話EQQ注：第1名為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人指導(dǎo)教師基本情況姓 名梁玉蓉性別女最高學(xué)歷/學(xué)位博士后職 稱教授職務(wù)處長(zhǎng)所在單位科技處聯(lián)系電話0351-E近一年授課年級(jí)本科三年級(jí)課程名稱塑料原料與助劑近3年指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)情況年均指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)10其中獲校級(jí)優(yōu)秀以上學(xué)生人數(shù)4近5年承擔(dān)教學(xué)改革項(xiàng)目情況序號(hào)項(xiàng)目名稱/來(lái)源/起止時(shí)間/排名經(jīng)費(fèi)(萬(wàn)元)1 拓寬專業(yè)口徑，改革教學(xué)方法/省教改項(xiàng)目/2010.012011.12/第一0.2234近5年承擔(dān)科研項(xiàng)目

4、、轉(zhuǎn)化成果情況序號(hào)項(xiàng)目名稱/來(lái)源/起止時(shí)間/排名經(jīng)費(fèi)(萬(wàn)元)1剝離型粘土/橡膠納米復(fù)合材料的新型制備方法及性能研究/國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目/2009.012011.12/第一282高減摩抗磨的車用動(dòng)密封件的新型制備技術(shù)及其應(yīng)用研究/山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目/2008.012010.12/第一5青年教師參與情況姓 名出生年月所在單位最高學(xué)歷學(xué)位其 它項(xiàng) 目 內(nèi) 容項(xiàng)目名稱橡膠/粘土復(fù)合材料的新型制備方法及其應(yīng)用研究申報(bào)經(jīng)費(fèi)(元)10000是否有依托項(xiàng)目依托項(xiàng)目名稱內(nèi)容描述（500字以內(nèi)）研究目的及意義：粘土是一種資源豐富的礦物，價(jià)格低廉，具有良好的物理和力學(xué)性能以及天然的納米結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

5、由于粘土片層間存在大量可交換的陽(yáng)離子，通過(guò)陽(yáng)離子表面活性劑與粘土層間陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換使得粘土層間距擴(kuò)大，有利于聚合物插層形成聚合物/粘土納米復(fù)合材料。 圖1 粘土片層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 通過(guò)對(duì)粘土進(jìn)行有機(jī)改性后，采用有機(jī)改性粘土制備橡膠/ 粘土納米復(fù)合材料，當(dāng)粘土片層以納米級(jí)尺寸均勻分散于橡膠基體中時(shí)，能夠賦予復(fù)合材料優(yōu)越的力學(xué)性能、耐熱性能等，且由于粘土的成本遠(yuǎn)低于橡膠，能大幅度的降低橡膠制品的生產(chǎn)成本。實(shí)施思路（500字以內(nèi)）研究?jī)?nèi)容一：季銨鹽改性 將長(zhǎng)鏈或雙鏈的季銨鹽陽(yáng)離子通過(guò)陽(yáng)離子交換，置換出無(wú)機(jī)粘土層間的陽(yáng)離子，撐開粘土片層，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)機(jī)粘土的進(jìn)行有機(jī)改性（擬使用的改性劑：十八烷基季銨鹽、雙十

6、八烷基季銨鹽）。采用所制得的有機(jī)改性粘土制備橡膠/粘土納米復(fù)合材料，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)和微觀結(jié)構(gòu)表征。研究?jī)?nèi)容二：復(fù)配改性 通過(guò)引入帶有反應(yīng)官能團(tuán)的表面活化劑對(duì)經(jīng)季銨鹽有機(jī)改性的無(wú)機(jī)粘土實(shí)施進(jìn)一步改性（擬使用的改性劑：Si69，硬脂酸)。采用所制得的有機(jī)改性粘土制備橡膠/粘土納米復(fù)合材料，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)和微觀結(jié)構(gòu)表征。 混煉65、攪拌2小時(shí)無(wú)機(jī)粘土有機(jī)改性劑硫化橡膠混煉膠納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)表征有機(jī)改性粘土季銨鹽改性劑復(fù)配改性劑配合劑力學(xué)性能 圖2 實(shí)驗(yàn)工藝流程圖擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：如何保證粘土片層在橡膠基體中分散的穩(wěn)定性，從而使得復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性能等。項(xiàng)目可行性分析：

7、一、通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，許多科研人員從事相關(guān)表面改性工作，主要研究結(jié)論如下：王立等用插層復(fù)合法制備丁腈橡膠，他們采用硬脂酸改性粘土填充NBR研究表明，經(jīng)過(guò)有機(jī)改性的粘土，片層間距有所增大，表面由親水性變?yōu)橛H油性，提高了與橡膠基體的相容性，粘土對(duì)橡膠起到了明顯的補(bǔ)強(qiáng)作用。Qing-Xiu Jia等分別用十六烷基和硅烷偶聯(lián)劑KH-550對(duì)粘土進(jìn)行有機(jī)改性，再與丁苯橡膠(SBR)混煉、硫化。研究發(fā)現(xiàn)，處理過(guò)的粘土對(duì)SBR力學(xué)性能的改善效果優(yōu)于未處理的粘土王強(qiáng)華使用一系列伯胺和季銨鹽作為改性劑通過(guò)離子交換反應(yīng)能成功地制備有機(jī)改土。XRD結(jié)果證實(shí)了改性劑進(jìn)入粘土結(jié)構(gòu)中，并且揭示了片層間距的膨脹程度隨著改性劑結(jié)

8、構(gòu)中烴鏈部分長(zhǎng)度的增加而增加。姚岐軒以十八烷基銨類改性的蒙脫土，結(jié)果表明，加入改性粘土的納米復(fù)合材料顯示出較快的硫化速度和提高了納米復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、硬度、耐磨性和撕裂強(qiáng)度等都得以提高。 Chao ying Wan等的研究結(jié)果表明，雙十八烷基二甲基季銨鹽改性蒙脫土具有比十八烷基三甲基季銨鹽改性蒙脫土更大的層間距和有機(jī)成分含量，且前者層間烷基季銨鹽的起始分解溫度也高于后者。二、由申請(qǐng)人前期的實(shí)驗(yàn)得：由圖3數(shù)據(jù)計(jì)算可知按無(wú)機(jī)粘土與十六烷基三甲基溴化銨質(zhì)量比為2:1制得的有機(jī)粘土的層間距從1.26nm增加到3.77nm。 圖3 粘土的XRD圖譜 當(dāng)有機(jī)粘土的用量為15phr時(shí)，SBR/粘土納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率分別比純丁苯橡膠材料提高了：95.4%、123.9%和206.2%。經(jīng)費(fèi)使用計(jì)劃實(shí)驗(yàn)原材料：5000元性能測(cè)試 : 3000元文獻(xiàn)檢索 : 2000元 合計(jì) : 10000元研究經(jīng)費(fèi)如果不足指導(dǎo)老師給予一定經(jīng)費(fèi)支持預(yù)期效果利用季銨鹽及具有反應(yīng)官能團(tuán)的表面活化劑（硬脂酸、Si69）對(duì)無(wú)機(jī)粘土進(jìn)行有機(jī)改性后，與橡膠制得一種綜合性能優(yōu)異的橡膠/粘土納米復(fù)合材料。同時(shí)獲得一種能有效制備高性能橡膠/粘土納米復(fù)合材料的方法。成果提交形式 研究報(bào)告：1份 論文 ：1篇實(shí)施項(xiàng)目的主要場(chǎng)