纳米碳管橡胶复合材料的制备与性能研究进展.pdf

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专论·综述碳纳米管／橡胶复合材料的制备与性能研究进展刘琼琼，丛后罗，柳峰，徐冬梅碳纳米管是1991年由日本NEC公司Iijima⋯发现的。理想的碳纳米管可以看作是由碳原子印2杂化组成的石墨片层卷绕成的无缝、中空的管状结构。根据内部层数的不同分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管，这取决于其制备方法。碳纳米管的制备方法主要有电弧法、脉冲激光蒸发法、催化裂解法、等离子喷射沉积法和电解法等。碳纳米管的直径可从1nm至十几纳米，长度从数微米到毫米级，所以碳纳米管是长径比较大的准一维纳米材料。碳纳米管独特的结构使其具有超高的强度、极大的韧性及优异的导电、导热性能。碳纳米管的弹性模量可高达1MPa，强度是钢的100倍，密度只有钢的1／6；电导率高达1S／cm；在973K以下空气中基本不发生变化，具有良好的化学稳定性和热稳定性。碳纳米管既可作为高性能复合材料的增强剂(如增强橡胶、塑料、陶瓷及金属等)，又可作为高附加值的功能性材料(如催化剂载体、电子元件、电磁屏蔽材料、储能材料及吸附材料等)。碳纳米管与聚合物(主要指树脂)制备复合材料的研究较多，相关的综述也很多旧“1。近年来，碳纳米管／橡胶复合材料的研究较为活跃，本工作从制备和性能两方面对其进行了综述，并指出了目前存在的主要问题及研究方向。1碳纳米管／橡胶复合材料的制备方法碳纳米管／橡胶复合材料的制备一般分为二步进行：第一步共混，第二步硫化。碳纳米管与热塑性弹性体复合时则不需要硫化。根据碳纳米管与橡胶共混时的状态，将碳纳米管／橡胶复合材料的制备方法分为直接共混法、溶液共混法、乳液共混法、熔融共混法和原位聚合法。1．1直接共混法碳纳米管／橡胶复合材料的直接共混制备方法也称为机械混合法，是用开炼机或密炼机将碳纳米管按照一般的混炼顺序加入橡胶中。在混炼过程中，由于碳纳米管与橡胶基体之间模量相差较多，碳纳米管容易缠绕团聚，同时在常温混炼时橡胶本身黏度高，导致碳纳米管在橡胶中不易分散均匀"1。但余颖等伸。用碳纳米管填充乙丙橡胶时，能将其以纳米级较均匀地分散在乙丙橡胶基体中，并且界面结合作用较大。为改善碳纳米管在橡胶中的分散状态、提高界面作用，可对其进行表面改性或采取在体系中加入分散剂、偶联剂的方法，减少碳纳米管的缠绕，使其与橡胶大分子之间产生较强的化学或物理作用。隋刚等p一州发现在碳纳米管／天然橡胶复合材料中，碳纳米管虽经硝酸和硫酸的混合酸处理，在其内部仍存在碳纳米管的富集区域和碳纳米管含量很少的橡胶区域，碳纳米管与橡胶之间的界面结合作用小。若将由金属皂类化合物、纳米管制备技术、探索碳纳米管的纯化和改性方法、研究碳纳米管／橡胶复合材料的制备技术及其结构合成橡胶工业．2009—07—15，32(4)：345—351(徐州工业职业技术学院材料工程系，江苏徐州221摘要：介绍了碳纳米管／橡胶复合材料的直接共混、溶液共混、乳液共混、熔融共混、原位聚合制备工艺，综述了碳纳米管／橡胶复合材料的加工性能、力学性能和电性能，指出今后的发展方向是开发新的碳与性能的关系。关键词：碳纳米管；橡胶；纳米复合材料；制备；性能；综述中图分类号：TQ文献标识码：A文章编号：1000—1255(2009)04—0345—07000—5000000—2收稿日期：2008—10—12；修订日期：2009一06一lo。作者简介：刘琼琼(1968一)，女，硕士，副教授。已发表论文lO篇。140)330．1CItINASYNTHETICRUBBERlNDU．qTRY
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长链脂肪酸与黏合剂HRH(水合二氧化硅、问苯二酚、六次甲基四胺的混合物，其质量比为15／10／6)复配而成的分散黏合体系加入碳纳米管／天然橡胶体系中，则可以降低碳纳米管聚集体的内聚能，有利于碳纳米管在外力作用下的分散，且由于球磨时间较短，碳纳米管不会因长径比下降过多而影响其增强作用¨¨11J。Shanmugharaj等。佗。将碳纳米管经硝酸处理后再与硅烷偶联剂y一氨基丙基三乙氧基硅烷(KH一550)反应得到表面氨基化的碳纳米管，研究发现氨基化的碳纳米管与天然橡胶共混时界面作用较好。Cantour-net等¨”“。在Banbury密炼机中混炼多壁碳纳米管和溴化异丁烯一对甲基苯乙烯共聚物后，在90—100℃的双辊开炼机中加入硫化剂等，得到了碳纳米管在复合体系中沿一定方向取向的复合材料。1．2溶液共混法用直接共混法制备碳纳米管／橡胶复合材料虽然简单、经济，但是碳纳米管的分散性差，在强机械力作用下会导致碳纳米管断裂而影响其性能。若将碳纳米管与橡胶溶液混合则效果好得多。Fakhru’l—Razi等|1纠和Kueseng等¨叫采用三步法将碳纳米管与橡胶溶液共混：(1)碳纳米管的分散。将碳纳米管分散在有机溶剂中，为加强效果，采用超声处理，但超声功率不能太大，时间