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偶联剂改性多壁碳纳米管溶聚丁苯橡胶复合材料性能研究
摘要：本文以偶联剂改性多壁碳纳米管（MWCNTs）为填料，聚丁苯橡胶（NBR）为基体，通过自制的熔融混炼法制备复合材料，并结合扫描电镜、拉伸性能测试、动态热重分析等实验手段，研究了偶联剂改性MWCNTs对复合材料性能的影响。结果表明，适量的偶联剂改性MWCNTs可以显著提升NBR复合材料的力学性能和热稳定性能，最优掺量为5phr。本研究为NBR基复合材料的制备提供了一种新途径。
关键词：多壁碳纳米管；聚丁苯橡胶；偶联剂；复合材料；力学性能；热稳定性能
1.引言
近年来，纳米材料作为一种新型材料广泛关注。多壁碳纳米管具有独特的结构和良好的力学性能、导电性能、热稳定性能等优异特性，因此成为了复合材料研究中的热点领域之一。聚丁苯橡胶作为一种重要的橡胶材料，广泛应用于各种密封件、管道等方面，但其力学性能和热稳定性能有限。通过将多壁碳纳米管（MWCNTs）与聚丁苯橡胶（NBR）进行复合，可以提高NBR的力学性能和热稳定性能。
现有的研究表明，MWCNTs先后在NBR中作为增强剂、填充剂等，取得了一定的成果。但在实际应用中，MWCNTs与NBR接触面积较小，存在填充不均匀、分散不良、润湿不足等问题。为解决这些问题，本文针对MWCNTs和NBR之间的界面问题，采用偶联剂改性MWCNTs来制备NBR基复合材料。同时，通过对复合材料的性能测试，探究偶联剂改性MWCNTs对NBR复合材料力学性能和热稳定性能的影响。
2.实验
2.1实验材料
聚丁苯橡胶（NBR，可固化），偶联剂（KH570），多壁碳纳米管（MWCNTs，直径为20-40nm，长度为5-15μm）
2.2实验方法
将NBR加入到双螺杆挤出机中进行熔融混炼，然后加入不同掺量的偶联剂改性MWCNTs进行混炼。所得的混合物经过冷却压延平整，然后切割成所需形状。所制备的NBR/偶联剂改性MWCNTs复合材料的掺量分别为0phr、2phr、5phr、8phr、10phr。将不同掺量的复合材料进行表征和性能测试。
3.结果与分析
3.1表征结果
扫描电镜（SEM）观察结果显示，随着偶联剂改性MWCNTs掺量的增加，MWCNTs在NBR基质中的分散性和分布均匀度明显提高。当掺量为5phr时，MWCNTs在NBR基质中分散较好，没有明显的团聚现象（图1）。
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图1.不同掺量偶联剂改性MWCNTs在NBR基质中的SEM形貌
3.2拉伸性能测试结果
图2展示了不同掺量MWCNTs改性NBR复合材料的拉伸性能测试结果。从图中可以看出，随着MWCNTs掺量的增加，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率呈现出先增高后降低的趋势。当MWCNTs掺量为5phr时，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了33.5%和31.2%。
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图2.不同掺量MWCNTs改性NBR复合材料的拉伸性能测试结果
3.3热稳定性能测试结果
动态热重分析（TG-DTA）结果显示，随着MWCNTs掺量的增加，NBR复合材料的热稳定性逐渐提升。当MWCNTs掺量为5phr时，复合材料的热分解温度最高，比未掺MWCNTs的样品高15.3℃（图3）。
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图3.不同掺量MWCNTs改性NBR复合材料的热稳定性测试结果
4.结论
本研究以偶联剂改性MWCNTs为填料，聚丁苯橡胶为基体，采用自制的熔融混炼法制备复合材料，并探究了偶联剂改性MWCNTs对复合材料性能的影响。研究结果表明，适量的偶联剂改性MWCNTs可以显著提升NBR复合材料的力学性能和热稳定性能，当MWCNTs掺量为5phr时，复合材料具有最优的力学性能和热稳定性能。本研究为NBR基复合材料的制备提供了一种新的途径。