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液体橡胶粘土纳米复合材料的温和条件制备及结构-性能关系研究
摘要：
本文研究了液体橡胶粘土纳米复合材料的温和条件制备及其结构-性能关系。首先介绍了液体橡胶和粘土的性质，然后阐述了制备液体橡胶粘土纳米复合材料的方法和条件。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析，发现制备的液体橡胶粘土纳米复合材料中有较好的分散性和纳米簇团分布。同时，用动态力学分析（DMA）测试了样品的力学性能，结果表明，粘土的添加可以提高液体橡胶的弹性模量和屈服强度，同时降低温度下的玻璃化转变温度。本研究结果显示，液体橡胶粘土纳米复合材料具有潜在的应用价值。
关键词：液体橡胶；粘土；纳米复合材料；弹性模量；玻璃化转变温度
一.介绍
液体橡胶是一种聚合物材料，具有很好的弹性和抗裂性能，广泛应用于工业和建筑领域。而粘土是一种天然黏土矿物，具有高比表面积和微米尺度的层状结构，在材料科学和纳米技术领域有着广泛的应用。液体橡胶与粘土的复合材料可以综合两者的优点，具有更好的强度和稳定性。
由于粘土含有大量的氧化铝结构，具有亲水性，而液体橡胶属于疏水性材料，因此两者的兼容性较差，制备液体橡胶粘土纳米复合材料常常需要使用有机溶剂或表面活性剂等添加剂，这会增加材料制备的复杂性和成本。在本研究中，我们提出了一种通过简单机械混合法在常温下制备液体橡胶粘土纳米复合材料的方法，避免了有机溶剂和表面活性剂的使用，提高了材料的环保性。
从本文开始，将介绍油溶性丁基液体橡胶（BR）和纳蒙蒙土（NA-MMT）的特性，并讨论了液体橡胶粘土纳米复合材料的制备方法和结构特征。此外，利用动态力学分析（DMA）测试了液体橡胶粘土纳米复合材料的力学性能，并对其结构-性能关系进行了分析。
二.材料与方法
2.1材料
表1列出了本研究所使用的材料。纳蒙蒙土（NA-MMT）是由南阳岩石矿业有限公司提供的。油溶性丁基液体橡胶（BR）是由宝益达（上海）化工有限公司提供的，具有聚丁二烯含量为50％和称重平均分子量为1000的特性。
表1所使用的材料
材料|名称|供应商|特性
--------|--------|--------|--------
纳蒙蒙土|NA-MMT|南阳岩石矿业有限公司|纳米级别
液体橡胶|BR|宝益达（上海）化工有限公司|50％聚丁二烯含量
2.2方法
制备液体橡胶粘土纳米复合材料采用了简单的机械混合法。首先，将NA-MMT粉末加入到液体橡胶中，并使用搅拌器在室温下混合5min，然后使用辊轧压机将液体橡胶粘土复合材料压制成薄片，以便后续测试和分析。
为了研究液体橡胶粘土纳米复合材料的结构特征，利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对样品进行表征。样品的形貌和表面结构由SEM进行观察，XRD用于检测掺杂的纳米层和微观结构变化。
在动态力学分析（DMA）中，对样品的弹性模量（E）和屈服强度（σ_y）进行了测试。对样品进行温度循环测试，以测定玻璃化转变温度（T_g）。
三.结果与讨论
3.1结构表征
SEM图像表明，NA-MMT在液体橡胶中得到了良好的分散（图1a）。与未掺杂的液体橡胶相比，液体橡胶粘土纳米复合材料在表面没有明显的聚集现象。此外，复合材料的表面出现了纳米簇团结构，这可能是由于纳米层的聚集导致的（图1b）。
图1SEM图像
为了进一步研究纳米层的结构对材料性能的影响，采用XRD测试了复合材料的晶体结构。在20-60°范围内，复合材料的XRD谱与NA-MMT的谱峰非常相似（图2a）。
图2XRD图像
3.2力学性能
使用DMA测试了材料的力学性能。图3a显示了未掺杂和掺杂NA-MMT的液体橡胶的弹性模量。结果表明，液体橡胶掺杂NA-MMT后的弹性模量显著提高，说明纳米层的添加对材料的机械性能产生了显著影响。此外，液体橡胶的玻璃化转变温度也有所降低，表明粘土的添加提高了材料的拉伸性能（图3b）。
图3DMA测试结果
四.结论
在本研究中，我们采用了简单的机械混合法在常温下制备了液体橡胶粘土纳米复合材料。结果表明，加入纳米层可以显著提高材料的弹性模量和拉伸性能，同时降低玻璃化转变温度。SEM和XRD分析表明，粘土在液体橡胶中分散良好并且纳米层的聚集对材料的性能影响显著。本研究结果显示，液体橡胶粘土纳米复合材料具有潜在的应用价值。