摘 要

可瓷化橡胶基复合材料是一种新型的耐高温绝热材料。在高温环境下，其中添加的填料可与基体材料反应从而在表面生成一层耐高温的陶瓷层，陶瓷层能有效的阻止热量向内部的传递，此外，可瓷化橡胶基复合材料热解产物可以保持强度，保留完整结构。对可瓷化橡胶基复合材料的研究，对于推动耐高温绝热材料的发展，提高热防护水平有重要作用。

本论文采用三元乙丙橡胶（EPDM）为聚合物基体，高岭土，氢氧化铝和滑石粉为陶瓷功能填料，分别添加两种玻璃料和硼酸锌为助熔剂，以芳纶纤维，高硅氧纤维，聚酰亚胺纤维等为增强体，通过直接共混改性制备耐高温可陶瓷化三元乙丙橡胶。

首先，对EPDM基础配方中的助熔剂种类和用量对橡胶基体力学性能的影响进行了研究。其次，在采用同种助熔剂下，研究了不同种类纤维及含量对橡胶基体的影响。通过万能试验机对不同组份的EPDM进行抗张强度、断裂伸长率进行测试。通过热分析（TGA）、场发射扫描电镜（SEM）、X射线衍射分析（XRD），分析了在不同温度（800℃-1200℃）段下烧蚀后的产物进行表征分析。

关键词：耐高温可瓷化，三元乙丙橡胶，高岭土，玻璃料

Abstract

Ceramifying polymer composites are a new type of heat shielding material. At high temperature， the ceramical powders can react with the polymer matrix and the ceramic products are produced in the polymer surface. This kind of ceramifying polymer composites material can protect internal materials as heat shielding by preventing the heat transfer in the polymer materials inside effectively. Besides，the polymer matrix can maintain certain intensity. The size and structure of the matrix can keep stable. Strengthen the ceramic matrix composite polymer research has an important role in promoting the development of high-temperature ablation materials and the thermal protection level.

This paper uses Ethylene-Propylene-Diene Monomer (EPDM) as polymer matrices， kaolin， talcum and aluminium hydroxide as ceramic functional fillers， two kinds of glasses and zinc Borate as a flux ， aramid fibers， silica fibers and polyimide fibers as reinforcement. Ceramifying EPDM was prepared by direct blending.

First， we studied the influence of the amount of flux in basic formula of EPDM on the physical properties of the rubber matrix. Secondly， we studied the influence of different kinds of fiber content with the same flux. We test the mechanical property of different groups of EPDM. By thermal analysis (TGA)， field emission scanning electron microscope (SEM)， x-ray diffraction (XRD)， we analyzed EPDM composites after ablation at different temperatures (800-1200 ℃).

Key Words：Heat-resistant Ceramifying， EPDM， kaolin ， Glass powder

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目录

第一章 绪论 1

1.1 三元乙丙橡胶 1

1.1.1 发展概况 1

1.1.2 三元乙丙橡胶制备 1

1.1.3 三元乙丙橡胶的结构与性能 3

1.2 可瓷化橡胶研究进展 4

1.3 补强剂 5

1.4 纤维 5

1.5 研究内容 6

第二章 助熔剂对EPDM复合材料耐高温性能的影响 7

2.1 引言 7

2.2 实验材料及方法 7

2.2.1 材料 7

2.2.2 试样制备 7

2.2.3 样品热解 8

2.2.4 性能表征 8

2.3 结果与讨论 9

2.3.1 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料拉伸性能 9

2.3.2 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料热解后弯曲性能 10

2.3.3 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料热分解性能 11

2.3.4 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料热解后宏观形貌 12

2.3.5 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料热解后断面微观形貌分析 15

2.3.6 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料XRD分析 19

2.4 结论 21

第三章 短切纤维对可瓷化三元乙丙橡胶复合材料耐高温性能的影响 22

3.1 实验材料及方法 22

3.2 试样制备 22

3.3 样品热解 22

3.4 性能表征 23

3.4.1 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料拉伸性能 23

3.4.2 可瓷化三元乙丙橡胶复合材料热解后弯曲性能 24

3.4.5 热分析 25

3.4.6 宏观形貌 26

3.4.7 断面微观形貌分析 27

3.5 结论： 29

第四章 结论 30

参考文献 31

致谢 33

绪论

三元乙丙橡胶

发展概况

三元乙丙橡胶(简称EPDM)是由乙烯、丙烯及非共轭二烯第三单体通过共聚反应生成的三元共聚物^[1]。乙丙橡胶基于齐格勒-纳塔催化剂体系，出现于1955年，其具有优良的耐热性，耐候性，耐老化性，耐酸碱腐蚀，电绝缘性能好，使用温度范围广，应用于电缆，胶条。在二元乙丙橡胶的基础上，通过引入第三单体得到三元乙丙橡胶（EPDM），EPDM侧链上带有不饱和双键，因此可通过硫磺体系硫化，加工性能相比二元乙丙橡胶有了大幅提高。EPDM于1963年开始商品化生产，初期发展缓慢。直到70年代中期，由于汽车工业中对橡胶零件工作温度要求提高，原有的橡胶材料无法满足这一要求，而乙丙橡胶耐热性能好，引入侧链不饱和双键后加工难度降低在汽车工业开始有广泛应用。

我国对乙丙橡胶的研究开始于1972年，但因为该时期合成技术及应用技术不发达，不能进行大批量生产，只有小规模的试生产，于1995年停止生产。其后经济快速发展，合成技术进步，汽车工业日益重要，对橡胶的需求逐渐增大。受此影响，乙丙橡胶快速发展，生产技术和应用范围有了大幅提高 ^[2]。

三元乙丙橡胶制备

目前三元乙丙橡胶的制备方法主要有三种：溶液聚合法，悬浮聚合法，气相聚合法。