浅析碳纳米管-炭黑-天然橡胶复合材料的性能.docVIP

浅析碳纳米管/炭黑/天然橡胶复合材料的性能 　　橡胶是一种室温下具有高弹性的聚合物材料，但其诸多性能不经过补强无法达到使用要求，因此通常需要在橡胶中添加补强剂(炭黑、二氧化硅等)以提高其性能。近年来纳米填料补强橡胶由于其具有独特的填料网络结构以及优异的性能而被广泛关注。 　　碳纳米管是由一层或者多层石墨片按照一定螺旋角卷曲而成的直径为纳米级的无缝管状物质，具有独特的力学、电学、热学等性能，成为橡胶理想的补强填料。碳纳米管复合材料的制备与应用以及如何实现碳纳米管的规模化应用成为研究重点，但关于碳纳米管/炭黑并用补强NR胶料动态及导热性能的研究鲜有报道。本工作对碳纳米管/炭黑/天然橡胶(NR)复合材料的性能进行研究。 　　1　实验 　　1.1　主要原材料 　　碳纳米管，牌号Flotube　7000和9011，基本参数见表1，北京天奈科技有限公司产品;NR，云南天然橡胶产业股份有限公司产品;炭黑N660，天津海豚炭黑有限公司产品。 　　1.2　试验配方 　　NR　100，炭黑N660　22.5，氧化锌　5，硬脂酸　2，防老剂RD　1.5，防老剂4020　1.5，硫黄　0.7，不溶性硫黄IS7020　0.88，促进剂CZ　1.2，碳纳米管(变品种)　10。 　　1.3　试样制备 　　采用机械混炼法制备碳纳米管/炭黑/NR复合材料。开炼机辊距调至最小，将NR薄通塑炼4次，依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、碳纳米管和炭黑、促进剂及硫黄，混炼均匀，下片。混炼时间严格控制在12min以内，混炼温度低于50℃，防止橡胶过炼。待混炼完毕后，将胶料停放16h。采用北京环峰化工机械实验厂生产的P3555B2型盘式硫化仪测得t90。 　　采用湖州东方机械有限公司生产的XLBD350times;350型平板硫化仪对混炼胶进行硫化，硫化条件为143℃times;t90。 　　1.4　测试分析 　　1.4.1　透射电子显微镜(TEM)分析 　　将硫化胶置于低温下进行冷冻切片，用微栅收集橡胶薄片。采用日本日立公司生产的H-800型TEM 和日本电子公司生产的JEM-3010型高分辨TEM(HRTEM，加速电压为300kV)观察填料在橡胶基体中的分散情况。 　　1.4.2　物理性能 　　采用深圳市新三思材料检测有限公司生产的CMT4104型电子拉力机按照相应国家标准进行物理性能测试，将厚度为2mm 的硫化胶试样裁成中间宽6 mm 的哑铃状，拉伸速率为500mm·min-1。 　　1.4.3　动态力学性能 　　采用美国阿尔法科技有限公司生产的RPA2000型橡胶加工分析仪对混炼胶和硫化胶进行应变(epsilon;)扫描，测试条件：应变　0.28%～100%，频率　1Hz，试验温度　60℃。混炼胶应变扫描考察不同橡胶复合体系Payne效应以及内部填料网络的变化情况。硫化胶应变扫描考察不同橡胶复合体系损耗因子(tandelta;)随应变的变化情况，胶料先在模腔内硫化，硫化时间为对应温度下的正硫化时间。 　　1.4.4　动态压缩性能 　　采用北京万汇一方科技发展有限公司生产的YS-Ⅲ型压缩疲劳试验机按照相应国家标准进行动态压缩性能测试，测试条件：冲程　4.45mm，负荷　1MPa，温度　55℃。 　　1.4.5　导热性能 　　采用美国Laser　Comp公司生产的HC-110型导热系数仪按照ASTM　D　5470-2006《薄型热导性固体电工绝缘材料传热性的试验方法》进行导热性能测试，冷热板温度分别设定为20和40℃，接触压力414kPa。 　　2　结果与讨论 　　2.1　TEM 分析 　　Flotube　7000/NR复合材料中碳纳米管大部分以单根形式出现，没有或仅有少 　　(b)Flotube　9011/NR量团聚体，碳纳米管分散比较均匀，且管较长;Flotubeb?9011在复合材料中仍以较大的成团聚集体出现，分散效果较差。炭黑在橡胶基体中取得了一定的分散效果，分散较均匀，但在较大放大倍数(5万倍)下，仍可发现一些聚集体的存在。 　　碳纳米管/炭黑/NR 复合材料的HRTEM照片见图3。从图3可见：炭黑在Flotube　7000/炭黑/NR复合材料中分散较好，炭黑聚集体较198 橡　胶　工　业　2015年第62卷第4期少，且Flotube　7000在橡胶基体中分散较为均匀，炭黑颗粒夹在碳纳米管之间;炭黑在Flotube9011/炭黑/NR复合材料中存在大量聚集体，且由于Flotube　9011在橡胶基体中自身分散较差，缠结现象明显，同为碳系材料的炭黑倾向于与碳纳