不同形态纳米填料增强硅橡胶复合材料的研究进展.pdf

合成橡胶工业，2011－03－15，34(2):154～159
专论·综述CHINASYNTHETICRUBBERINDUSTRY
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不同形态纳米填料增强硅橡胶复合材料
的研究进展

贾超，卢咏来*，张立群
(北京化工大学材料科学与工程学院北京市新型高分子材料制备与成型加工重点实验室，北京100029)

摘要:概述了近年来不同形态如颗粒型、片层型或纤维型纳米填料填充硅橡胶复合材料的研究进展
以及国内外关于制备硅橡胶纳米复合材料的技术，指出了硅橡胶纳米复合材料的研究重点，并预测了其
发展方向。
关键词:硅橡胶;纳米复合材料;分散相;纳米颗粒;纳米片层;纳米纤维;综述
中图分类号:TQ333.93文献标识码:A文章编号:1000－1255(2011)02－0154－06

硅橡胶因具有优异的耐高低温、耐候、耐臭电炭黑虽然导电性能一般，但价格较低，且与聚合
氧、抗电弧、电气绝缘性、耐化学品、高透气性及生物基体的结合能力强，因此在导电材料中的应用
理惰性等性能，而在航空、航天、电子电气、化工仪更为普遍。
表、汽车、机械等工业，建筑业以及医疗卫生、日常Wang等［4－7］对采用纳米炭黑粒子填充硅橡
生活的各个领域得到广泛的应用［1－2］。据报道，胶基体制备压阻型材料进行了一系列研究，发现
2008年中国的硅橡胶用量已超过500kt。随着人纳米炭黑填料的含量是决定材料压阻敏感性特征
们对硅橡胶的性能，尤其是力学性能、阻燃性、抗的决定性因素。当炭黑含量较低时，复合材料中
老化性等的要求越来越高，传统硅橡胶产品已经形成的导电通路较少，承受压力时材料往往遭到
很难满足，因此需要对硅橡胶进行改性。橡胶纳破坏，造成导电性能降低;而当炭黑含量高于导电
米复合材料是以橡胶为基体、填充颗粒以纳米尺逾渗临界量时，外加压力将使材料内部形成更多
度(小于100nm)分散于基体中的新型高分子复的导电通路，电阻降低，导电能力增强。研究也发
合材料。与传统复合材料相比，由于纳米粒子带现在材料受力存在时间效应以及应力突然作用
来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互时，导电通路的破坏大于形成，材料导电性能降
作用，橡胶纳米复合材料具有优于相同组分常规低;随后由于压力作用导电通路逐渐增多，导电性
聚合物复合材料的力学、热学性能，可作为新一代能升高。
高性能、多功能复合材料。因此，用纳米材料对硅1.2硅橡胶/白炭黑体系
橡胶进行改性，是硅橡胶高性能化的发展趋硅橡胶最初使用天然二氧化硅作为增强剂，
势［3］。本文将根据分散相的形态，即颗粒型、片但所得材料的力学性能不好，应用范围有限。从
层型和纤维型等对硅橡胶纳米复合材料的研究进20世纪50年代开始使用比表面积极大的细粒子
展进行分类综述。①合成白炭黑，力学性能得到较大提高。气相法白
炭黑是硅橡胶最常用的增强剂之一，其增强的硅
1硅橡胶/纳米颗粒复合材料橡胶物理机械强度高，电学性能好，与其他增强剂
1.1硅橡胶/炭黑体系并用时，可制备不同使用要求的胶料。沉淀法白
炭黑作为一种基本的橡胶增强剂，在硅橡胶
中得到广泛应用。但炭黑在硅橡胶中最大的用途①收稿日期:2010－05－05;修订日期:2011－01－06。
是作为导电填料用于制备导电复合材料。目前应作者简介:贾超(1986—)，男，硕士研究生。
基金项目:北京市科技新星计划项目(2006A15);长江学者
用最广泛的导电填料是银粉和导电炭黑。银粉虽创新团队基金资助项目(IRT0807)。
有优异的导电性能和导电稳定性，但价格昂贵;导*通讯联系人。
第2期贾超等.不同形态纳米填料增强硅橡胶复合材料的研究进展·155·

炭黑增强的胶料强度较低，介电性能较差，但耐热响。结果表明，硅橡胶的导热系数随微米级氧化
老化性能较好，成本低［8］。铝填充量的增加而升高，但填充量过大会导致材
气相法白炭黑由于表面含有羟基，表面能比料力学性能和加工性能变差。研究者发现，使用
较高，易聚集形成二次结构，且表面为亲水性，与纳米级氧化铝填充硅橡胶，其导热性能优于微米
硅橡胶相容性不好，在硅橡胶中难以浸润和分散，级氧化铝填充胶料，在填料用量为180份时，纳米
从而降低了增强效果，必须使用结构控制剂处理粒子比微米粒子填充硅橡胶的导热系数提高了
才能使其均匀分散于硅橡胶基体中。蒋颂波0.4W/(m·K)。与单一微米粒子的氧化铝填充
等［9］采用不同偶联剂对气相法白炭黑进行了表硅橡胶相比，在高填充量下，微米和纳米的混合粒
面改性，以增强白炭黑与室温硫化硅橡胶的相容子填充的硅橡胶可使小粒径与大粒径导热粒子形
性，并对制得的复合材料进行红外分析，结果表成比较紧密的堆积，有利于形成更有