碳纳米管与橡胶复合材料讨论

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碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述摘要作为一种具有较强力学性能的材料，碳纳米管自诞生以来就受到了广泛关注，并且从以往的实践经验上来看，碳纳米管是非常理想的制备符合材料的形式。

在本文的研究当中，主要立足于这一领域进行分析，提出了碳纳米管本身所具备的特性，以及这种材料在实践过程当中的优越性，进而提出应用策略，希望能够在一定程度上起到借鉴作用。

关键词碳纳米管；复合材料；复合镀迄今为止，碳纳米管材料已经在诸多领域当中得以运用，并且取得了比较显著的成果，其中包括电极材料、符合材料、催化剂载体等诸多方面。

在应用过程当中，碳纳米管的优异性能能够使其在符合材料当中起到较强的作用。

本文研究的侧重点在于碳纳米管的制备和复合材料的应用方面，提出了碳纳米管的特性及其高性能的复合材料。

1 碳纳米管的结构及其性能从结构上来看，碳纳米管具有石墨层状的结构，其中包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

组成纳米碳管的C-C共价键是自然界当中具有稳定特征的化学键，无论在理论计算还是实践当中，都能够看出来，碳纳米管具有非常强的韧性。

在制备过程当中，碳纳米管主要涉及的电弧放电、催化热解和激光蒸发等。

具体来讲，在电弧放电当中，主要制备单壁碳纳米管，但是其中具有一定的弊端，比如产率非常低，但是成本却很高；而催化热解法当中所表现出来的是设备简单和生长速度较快等特点，一般在现代工程的批量化生产过程当中，会用到这种方法。

在当前应用领域，高强度的微米级碳纤维复合材料有着非常广阔的应用前景和较好的应用效果。

但是当前我国在这一领域所取得的进展依旧比较滞后，要想在强度上取得新的突破，必须要有效减少碳纤维的直径，提高纵横比。

碳纳米管是比较典型的纳米材料，纵横比非常可观。

更为重要的是，从长度上来讲，纳米管对于复合材料的加工性能并没有非常明显的不良影响，使用这一材料能够有效聚合复合材料，改变传统加工当中的一些问题，增强复合材料的导电性能。

再加上纳米管当中所具备的结构优势，使得聚合物电导率提升的同时也不容易被改变性能[1]。

碳纳米管在橡胶工业中的应用研究进展

10碳纳米管在橡胶工业中的应用研究进展崔小明摘要：碳纳米管(CNTs)独特的结构使其具有超高的强度、极大的韧性、独特的导电、导热等性能，作为增强材料在橡胶工业中具有重要的应用。

介绍了碳纳米管在天然橡胶、合成橡胶以及多种橡胶并用方面的应用研究进展，指出了其今后的发展前景。

关键词：碳纳米管；天然橡胶；合成橡胶；橡胶并用；应用研究进展碳纳米管(C N T s)具有与炭黑相似的表面结构和化学组成，具有密度小、比表面积大、热化学稳定性好、力学性能优异、电磁性能和场发射性能良好等优点，作为一维结构的纳米填充材料不仅可以显著改善橡胶复合材料的导电、导热和力学等性能，同时也可赋予橡胶材料高强度、低膨胀、高耐磨、高导电、高导热等性能，在橡胶工业中具有广泛的应用。

介绍了CNTs在天然橡胶、合成橡胶以及多种橡胶并用方面的应用研究进展，指出了其今后的发展前景。

1 在天然橡胶中的应用太原理工大学化学化工学院李龙等[1]为了提高CO2分离膜的性能,将多壁碳纳米管（MWCNTs）添加到天然橡胶（NR）中制备NR/MWCNTs混合基质膜。

考察了MWCNTs含量对混合基质膜机械性能的影响，研究了MWCNTs含量、进料气压力和热交联时间对NR/MWCNTs混合基质膜CO2分离性能的影响以及膜的耐老化性能。

结果表明，随着MWCNTs的增加，混合基质膜的C O2渗透系数逐渐增加，而CO2/N2选择性先增加后减少；当MWCNTs与NR的质量比为2.0%，混合基质膜的气体分离性能达到最优，其C O2渗透系数和C O2/N2选择性分别为138B a r r e r和12.5。

随着压力的增加，膜的C O2渗透系数和CO2/N2选择性逐渐增加。

当热交联时间为24h，在压力为2bar下，MWCNTs与NR的质量比为2.0%的NR/MWCNTs混合基质膜的CO2渗透系数和CO2/N2选择性分别为95Barrer和16.8；且热交联的膜比未交联的混合基质膜具有更优异的耐老化性能。

表面改性碳纳米管天然橡胶复合材料的制备及性能研究

橡　胶　工　业CHINA RUBBER INDUSTRY191第68卷第3期Vol.68 No.32021年3月M a r.2021表面改性碳纳米管/天然橡胶复合材料的制备及性能研究刘　盼，崔继文，刘　影，王　闪，朱风帅，韩晶杰*（青岛科技大学化工学院，山东青岛 266061）摘要：采用多巴胺对多壁碳纳米管（MWCNTs ）进行非共价改性，得到多巴胺改性MWCNTs （简称PCNT)。

将PCNT 作为填料加入天然胶乳中制备PCNT /天然橡胶（NR ）复合材料，并研究其性能。

透射电子显微镜（TEM ）分析结果表明MWCNTs 经过多巴胺改性后在水中的分散效果明显改善。

PCNT /NR 复合材料的拉伸强度和撕裂强度明显提高，拉伸强度由22.7 MPa 升至28.4 MPa ，撕裂强度由26 kN ·m -1升至40 kN ·m -1。

多巴胺用量适当的PCNT 在NR 基体中分散更均匀，填料与橡胶的相互作用较强，能够形成较好的填料网络结构，PCNT /NR 复合材料的表面电阻显著降低。

关键词：碳纳米管；多巴胺；表面改性；天然胶乳；天然橡胶；复合材料；分散性；电性能中图分类号：TQ332；TQ330.38＋3 文章编号：1000-890X （2021）03-0191-05文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2021.03.0191近年来，橡胶制品的生产技术不断发展[1]。

天然橡胶（NR ）是电绝缘体，在一些特定的条件下无法应用，而碳纳米管（CNT ）具有良好的电性能，其作为导电填料加入NR 中，可以提高胶料的导电性能，使NR 可以应用在劳保鞋等特殊领域[2-8]。

由于CNT 长径比较大，其在橡胶基体中易发生团聚而缠结，无法达到预期分散效果，因此对CNT 表面改性尤为重要。

目前CNT 改性方法主要有两种：共价改性及非共价改性。

共价改性通常是通过酸处理以在CNT 管壁上接枝活性官能团。

碳纳米管在合成橡胶中的应用研究进展

265OSID 开放科学标识码（扫码与作者交流）近年来，随着电子、交通、能源、航空航天等高科技领域的迅速发展，对橡胶材料提出了更高的要求。

橡胶材料正向着功能化、精细化和多元化的方向发展，很多应用领域如开关、传感器、密封器件等都需要橡胶材料具有导电、导热、气体阻隔或电磁屏蔽等性能，然而橡胶的许多性能（包括拉伸强度、硬度、耐磨性能、耐疲劳性能等）在不采用增强手段时无法达到特殊应用要求，通常需要添加填料如炭黑、白炭黑、石墨烯、蒙脱土或碳纳米管（CNTs ）等来改善其性能，进而满足各种应用需求。

由于具有与炭黑相似的表面结构和化学组成，CNTs 及其改性产品作为一维结构的纳米填充材料可以显著改善橡胶材料的导电、导热、力学和化学等性能，其在合成橡胶材料中的应用正逐渐引起人们的关注。

本工作介绍CNTs 及其改性产品单独或者与其他填料及补强剂并用在丁苯橡胶（SBR ）、三元乙丙橡胶（EPDM ）、丁腈橡胶（NBR ）以及聚异戊二烯橡胶（IR ）等中的应用研究进展，提出CNTs 的发展建议。

1 C NTs 单独使用且增强单一胶种的应用研究进展1.1　在SBR 中的应用周湘文等[1]联合采用喷雾干燥法和机械混炼法制备高填充量CNTs /粉末SBR 复合材料。

将喷雾干燥法制备的CNTs /粉末SBR 复合材料在开炼机上混炼，对比分析混炼前后复合材料的物理性能，并对其微观形貌进行表征。

结果表明：机械混炼使CNTs 进一步在SBR 基体中分散，CNTs 与SBR 基体间的作用力得到增强，与混炼前复合材料相比，混炼后复合材料的玻璃化转变温度（T g ）、交联密度和常规物理性能均提高；当CNTs 用量为50份时，混炼后复合材料的拉伸强度和撕裂强度比混炼前分别提高了约80%和20%。

耿洁婷等[2]制备了CNTs （牌号分别为GT -300，Flotube9000和Whisker CNTs -34#）/溶聚丁苯橡胶（SSBR ）复合材料，并对其性能进行研究。

碳纳米管对天然橡胶的补强机理研究

碳纳米管对天然橡胶的补强机理研究朱常才;杨琨;张亭亭;张萍;赵树高【摘要】为了深入研究碳纳米管(CNT)对天然橡胶(NR)的补强机理,制备了不同填料含量的CNT/NR复合材料,并对其物理机械性能、分散性及其结合胶合量等进行了测定.在此基础上,利用Halpin-Tsai理论模型,分别计算了不同补强(取向纤维补强、无规纤维补强)机理下的CNT/NR复合材料的理论力学性能,并与实验值相比较,确定了CNT对NR的补强机理:当CNT用量小于6 phr时,由于经过机械破坏的CNT 长径比较小,因此,不具有纤维补强效果;而当CNT用量大于6 phr时,CNT在复合材料中形成三维网络结构.三维网络结构的存在使得CNT在低定伸条件下对NR的补强符合无规纤维补强模型,随着拉伸长度的增大,纤维补强优势消失.【期刊名称】《弹性体》【年(卷),期】2016(026)006【总页数】6页(P1-6)【关键词】碳纳米管;天然橡胶;Halpin-Tsai理论;补强模型【作者】朱常才;杨琨;张亭亭;张萍;赵树高【作者单位】青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室/山东省橡塑材料与工程重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室/山东省橡塑材料与工程重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室/山东省橡塑材料与工程重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室/山东省橡塑材料与工程重点实验室,山东青岛266042;青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室/山东省橡塑材料与工程重点实验室,山东青岛266042【正文语种】中文【中图分类】TQ331.2从碳纳米管(CNT)被发现以来[1]，由于其具有优良的力学性能、高长径比、低密度、极好的耐热性、导热性等，使CNT作为补强材料具有巨大的应用优势[2-6]。

研究具有不同拓扑结构的纳米填料的力学性能所用的模型不同，对CNT等纤维状补强填料有多种理论模型描述其力学性能，如剪切迟滞模型[7]、Eshelby模型[8]、Tandon-Weng模型[9]、Halpin-Tsai模型[10]等，由于Halpin-Tsai模型能用于研究纤维在高聚物基体中呈三维取向复合材料的力学性能，故应用广泛，可以根据该模型的理论计算值和实验值进行比较，探究纤维在基体中的状态，从而为补强机理的研究提供一定的理论支持。

碳纳米管补强橡胶材料的初步研究

第!期碳纳米管补强橡胶材料的初步研究隋!刚#!.!周湘文#!梁!吉#!朱跃峰#!#4清华大学机械工程系"北京!#$$$5&#.4北京化工大学材料科学与工程学院"北京!#$$$.9$!!摘要!研究采用机械混合方法制备的’)%碳纳米管!C ’0N $胶料的微观结构和常规物理性能&结果表明"用氢氟酸纯化后未经进一步处理的C ’0N 对’)的补强效果较差#经分散8粘合体系处理后"C ’0N 在橡胶中的分散及与橡胶的界面结合性有所改善#与传统炭黑补强橡胶相比"’)%C ’0N 的定伸应力’回弹值和动态压缩性能较好"但抗撕裂性能稍差&关键词!碳纳米管#’)#补强剂#预处理中图分类号!03!#&4.&#03!!$4!56!!!文献标识码!(!!文章编号!#$$$859$:!.$$"$$!8$#"78$!基金项目!中国博士后科学基金资助项目!$.!.$##$"$作者简介!隋刚!#97.8$"男"黑龙江哈尔滨人"清华大学博士后"主要从事纳米复合材料的应用基础研究&!!自从Y J bJ =<2于#99#年利用电子显微镜观察石墨电极直流放电产物时发现碳纳米管!C ’0N $以来"C ’0N 就以其独特的结构和良好的物理性能吸引了众多专业的研究人员(#)&C ’0N 的长径比很大"单壁C ’0N 的强度!理论计算$可达#4$0;<"并具有超高的韧性"其密度仅为钢的#%7"能够耐强酸’强碱"在7$$H 以下的空气中基本不氧化"兼有特殊电子学性质(."!)&因此"从理论上讲"C ’0N 可作为复合材料理想的补强成分&目前"关于C ’0N 与高分子材料复合方面的研究非常活跃"并已在改善树脂基体的韧性和导电性能方面取得了一定进展(&"5)&由于炭黑等碳素材料本身是橡胶工业广泛应用的传统填充物"与橡胶高分子之间的亲和性好"C ’0N 在橡胶中的应用无疑有着诱人的前景"因此"有必要在此领域进行大量细致的基础性研究&本研究通过试验分析了C ’0N 在橡胶中的作用效果&)!实验)*)!主要原材料’)"#&标准胶"海南农垦橡胶公司产品#炭黑’!.%"天津海豚炭黑有限公司产品#C ’0N "实验室自制&C ’0N 通过催化裂解法制备&以丙烯为原料气"采用镍催化剂"在7$$H 下催化裂解得到原始C ’0N &将原始C ’0N 在质量分数为$D .$的氢氟酸中处理.&F "再反复用去离子水洗涤’过滤至中性"烘干后得到纯度较高的C ’0N !提纯C ’0N $&将提纯C ’0N 与分散8粘合体系混合后球磨!$=J +"得到经分散8粘合体系处理的C ’0N &其中的分散8粘合体系为自制"主要成分为皂类化合物’酚类化合物’胺类化合物和不饱和脂肪酸等"用量为!份!相对于."份C ’0N$&)*(!试验仪器与设备双辊开炼机"!#%$==I!.$=="上海双翼橡塑机械有限公司产品#无转子硫化仪",,&#!$C .型"北京环峰化工机械实验厂产品#."G 平板硫化机"上海橡胶机械厂产品#扫描电子显微镜!2R ,$"28!"$$’型"日本日立公司产品#压缩疲劳试验机"Q 2.."型"上海橡胶机械厂产品&)*+!试样制备胶料配方为*’)!#$$"氧化锌!&"硬脂酸!!"防老剂&$#$!#4""防老剂)B !#4""促进剂B ,!$4#"促进剂C *!#4!"硫黄!#4&"C ’0N !变量&胶料在开炼机上混炼"辊温为&$"7$H "辊距在混炼中由#==逐渐放大到.4"==&胶料用平板硫化机硫化"硫化温度为#"$H &)*,!性能测试混炼胶的硫化曲线采用无转子硫化仪测定&7"#隋!刚等D 碳纳米管补强橡胶材料的初步研究万方数据硫化胶断面喷金后!用2R ,观察其微观形态结构"硫化胶物理性能按相应国家标准测试"(!结果与讨论(*)!微观结构图#所示为C ’0N 的微观形貌"#<$提纯C ’0N#L $预处理C ’0N图)!1!4E 的微观形貌!!由图##<$可见!提纯C ’0N 的缠绕%聚集趋势比较明显!而经分散8粘合体系处理后的C ’0N 微观结构相对疏松&见图##L $’!表明分散8粘合体系降低了C ’0N 聚集体的内聚能!有利于C ’0N 在外力作用下分散!并且可以避免混合过程中的二次聚集"在’)中加入."份C ’0N 后!用2R ,观察C ’0N 在橡胶基体中的微观分布状态!结果如图.所示"!!由图.#<$可见!当提纯C ’0N 未经进一步处理时!由于C ’0N 自身相互缠绕团聚的能量很高!并且与橡胶基体的模量相差较大!单靠混炼过程中的剪切力难以实现C ’0N 在橡胶中的均匀#<$’)(提纯C ’0N#L $’)(预处理C ’0N图(!!#!1!4E 胶料的微观结构分散!因此在胶料内部存在着C ’0N 的富集区域和C ’0N 稀少的橡胶基体!同时!许多C ’0N 被拔出并且表面光洁!表明材料的界面结合较差"C ’0N 经分散8粘合体系处理后!分散8粘合体系吸附在C ’0N 周围减少了其团聚!同时增强了C ’0N 与橡胶基体的粘合性!使得混炼剪切力能够有效传递!促进C ’0N 在橡胶中的分散!图.#L $中的C ’0N 分散性明显提高!并且断面上拔出的C ’0N 较少!表明C ’0N 与橡胶基体间产生了良好的粘合"(*(!材料性能将提纯C ’0N 加入传统炭黑补强的’)胶料中!保持填料总量为"$份!测得硫化胶的性能如表#所示"由表#可见!用C ’0N 替代胶料中的部分炭黑后!橡胶试样的焦烧时间略有延长!硫化时间随C ’0N 用量增大而相应延长"增大C ’0N 用量后!硫化胶的拉伸和撕裂等物理性能不断下降!表5"#橡!胶!工!业!!!!!!!!!!!!!!!.$$"年第".卷万方数据第!期表)!!#!炭黑!1!4E硫化胶的性能项!!目C’0N用量!份$"#$#"."硫化仪数据"#"$H#!)#$!=J+.4$.4".4".4"!4$ !)9$!=J+%4"74$54$94"#$4$ !)9$A)#$!=J+&4"&4""4"74$74$硫化胶性能!邵尔-型硬度!度%.%#"9"7""!!$$U定伸应力!,;<#"4%#!49#.4$#$4.94%!拉伸强度!,;<.&4%.&45..4##&45#!45 !拉断伸长率!U&"$&9$&5$&$$!5"!拉断永久变形!U.&.5.%#%#$!撕裂强度!"V’$=A##9"7""5!#.9!回弹值!U.5!.!固特里奇温升!H#%4$#.4"!动态压缩永久变形##!U!4..4$!!注%炭黑和C’0N总量"$份&##压缩频率#5$$=J+A#’冲程%==’试验.$=J+&明C’0N与炭黑的并用效果不好’C’0N未能发挥出自身性能上的优势&根据前期研究结果(9)’应用传统橡胶配方时’由于C’0N对硫黄等助剂的吸附能力很强’橡胶基体中硫化反应会受到影响’随着C’0N用量增大’橡胶试样的交联程度降低’同时因C’0N在橡胶中的分散和界面结合性较差’导致材料的整体性能下降&此外’在炭黑补强’)胶料中加入部分C’0N’复合材料的回弹性和动态压缩性能得到改善&在’)胶料中分别加入."份经和未经分散8粘合体系处理的C’0N’并测试其硫化胶物理性能’结果如表.所示&表(!1!4E和炭黑填充!#胶料的性能对比项!!目加."份未处理C’0N加."份预处理C’0N加."份炭黑邵尔-型硬度!度""7.""!$$U定伸应力!,;<74"#.4"945拉伸强度!,;<#94&.54!.547拉断伸长率!U"$!&57&5$拉断永久变形!U#&#.#&撕裂强度!"V’$=A##!"""77回弹值!U7&%%"&固特里奇温升!H#!4"#!4$#&4%动态压缩永久变形##!U!4"!4.&4&!!注%##同表#注##&由表.可以看出’添加纯化后未经进一步处理的C’0N的’)胶料物理性能较差’而经分散8粘合体系处理后’由于C’0N在橡胶基体中的分散性和与’)的界面粘合性得到改善’胶料的拉伸强度和撕裂强度等性能指标都比加入未处理C’0N的胶料明显提高&与炭黑补强’)胶料相比’分散8粘合体系处理后C’0N!’)胶料的定伸应力*回弹值和动态压缩性能均较好’但撕裂强度仍有一定差距’还需要进一步研究解决&+!结论"##经分散8粘合体系处理后’C’0N的微观结构比较疏松’在橡胶中的分散性明显提高’与橡胶基体间形成良好的粘合&".#用氢氟酸纯化的C’0N直接加入’)中’硫化胶性能不佳&C’0N经分散8粘合体系处理后加入’)中’胶料的拉伸和撕裂性能改善&与传统炭黑补强胶料相比’’)!C’0N胶料的定伸应力*回弹值和动态压缩性能较好’但撕裂强度偏低&参考文献"(#)Y J b J=<24/W?J Z<?=J Z M>G^L W N>[@M<]F J G J ZZ<M L>+(T)4’<G^M W’#99#’!"&"7#%"%8"54(.)(<??;40F W]W M[W Z G+<+>G^L W(T)4’<G^M W’#99%’!5."#5#%.$78 .$54(!))^>[[)2’O>M W+G NB24,W Z F<+J Z<?<+X G F W M=<?]M>]W M G J W N>[ Z<M L>++<+>G^L W N(T)4C<M L>+’#99"’!!"7#%9."89!$4 (&))W c<J[<M X-/’(<X W M,P’2=J G F;-4Y+a W N G J@<G J>+>[G M<+N8a W M N W]M>]W M G J W N>[^+J X J M W Z G J>+Z<M L>+!W]>d_?<=J+<G W(T)4T>^M+<?>[,<G W M J<?N2Z J W+Z WO W G G W M N’#99"’#&"#.#%#$!$4 (")-b<_<+;g’2G W]F<+f’C>??J W d C’()*+4-?J@+W XZ<M L>+ +<+>G^L W<M M<_N[>M=W XL_Z^G G J+@<]>?_=W M M W N J+8+<+>G^L W Z>=]>N J G W(T)42Z J W+Z W’#99&’.%"".%#%#.#.8#.#&4(%)C>>]W MC-’Q>^+@)T’/<?N<??,4Y+a W N G J@<G J>+J+G>G F W X W8 [>M=<G J>+>[Z<M L>++<+>G^L W N<+XG F W J M Z>=]>N J G W N G F M>^@FG F W^N W>[)<=<+N]W Z G M>N Z>]_(T)4C>=]>N J G W N’.$$#’-!."!8&#%&$#8&##4(7)g>>X T)’*F<>3’g<@+W M/B4f M J W+G<G J>+>[Z<M L>++<+>8G^L W N J+]>?_=W M N<+XJ G NX W G W Z G J>+L_)<=<+N]W Z G M>N Z>]_ (T)4C>=]>N J G W N’.$$#’-!."!8&#%!9#8!994(5)2<+X?W MT’2F<[[W M,2;’;M<N N W0’()*+4B W a W?>]=W+G>[<X J N]W M N J>+]M>Z W N N[>MZ<M L>++<+>G^L W NJ+<W]>d_=<G M J d <+X G F W M W N^?G J+@W?W Z G M J Z<?]M>]W M G J W N(T)4;>?_=W M’#999’&$ ".##%"9%78"97#4(9)隋!刚’梁!吉’朱跃峰4碳纳米管!’)复合材料的红外光谱和B2C分析(T)4高技术通讯’.$$&’#&"5#%&#8&%4收稿日期".$$&8$98#59"#隋!刚等D碳纳米管补强橡胶材料的初步研究万方数据。

碳纳米管_粉末丁苯橡胶复合材料改性聚丙烯

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2008年第48卷第12期2008,V o l .48,N o .12w 17h ttp : qhxbw .ch inaj ournal.net .cn 碳纳米管粉末丁苯橡胶复合材料改性聚丙烯周湘文1,2,　熊国平2,　朱跃峰2,　梁　吉2,　董建令1,　于溯源1(1.清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;2.清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室,北京100084)收稿日期:2007209203基金项目:国家自然科学基金资助项目(10332020)作者简介:周湘文(1979—),男(汉),湖南,博士后。

E 2m ail :xiangw en @tsinghua .edu .cn摘　要:为获得性能优良的复合材料,利用辐射交联和喷雾干燥法,制备全硫化交联碳纳米管(CN T s ) 粉末丁苯橡胶(SBR )复合材料,用熔融共混法对聚丙烯进行三元体系改性。

结果表明:当SBR 、CN T s 和苯甲酸钠(相对于纯PP 的质量)用量分别为15%、2%和2%时,改性后PP 的冲击韧性提高了120%,拉伸强度提高了6%,扯断伸长率提高了55%,弯曲强度提高了20%。

关键词:聚丙烯;碳纳米管;粉末丁苯橡胶;冲击韧性中图分类号:TB 33;TQ 316.6;TQ 317.3文献标识码:A 文章编号:100020054(2008)1222096204Polypropylene co m posites hav i ng carbon nanotubes and powder styrene -butad ienerubberZH OU Xia ngw e n 1,2,XI O NG Guop ing 2,ZHU Yuefeng 2,L I A NG J i 2,DONG J ia nling 1,Y U S uyua n 1(1.I n stitute of Nuclear and New Energy Technology ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na ;2.Key Laboratory for Advanced M ater i als Processi ng Technology of M i n istry of Education ,D epart men t of M echan ical Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )Abstract :V ulcanizedcarbon nano tubes (CN T s )andstyrene 2butadiene rubber (SBR )compo site pow ders w ere added to po lyp ropylene (PP )using the m elting m ixing m ethod to obtain modified compo sites w ith better p roperties .T he pow ders w erecro ss 2linked using electron beam radiati on and p repared using sp ray drying .T est results show that w ith an SBR loading (m ass fracti on to pure PP )of 15%,CN T s loading of 2%,and sodium benzoate loading of 2%,the i m pact strength is i m p roved by 120%,tensile strength is i m p roved by 6%,elongati on at break is i m p roved by 55%,and flexural strength of the modified PP is i m p roved by 20%,compared w ith pure PP.Key words :po lyp ropylene;carbonnano tubes;pow derstyrene 2butadiene rubber;i m pact toughness聚丙烯(po ly p rop ylene ,PP )具有较好的综合性能,但是冲击韧性较差,因此需要对PP 进行改性增韧。

碳纳米管／三元乙丙橡胶复合材料吸波性能的研究

ａｃｏｖｂｏｂｎｒｐｒｉｓｏｓｍｉｒｗａｅａｓｒｉｇｐｏｅｔｅｆＣＮＴｓＥ／ＰＤＭｏｏｉｔｒｌａｅｉｖｓｉａｅ．Ｔｈｅｕｌｈｗｈｔｔｅｃｍｐｓｔｍａｅｉｓｒｎｅｔｔｄｅａｇｅｒｓｔｓｏｔａｈｓ
ＡｂｔａｔｓｒｃＴｈｏｆｉｉｎｆｔｅｕｔｎ，ｉｅａｃｎＳａｇｎｓｏｕｔｗａｌｄｃｒｏａｏｕｅｓｗｅｌｅｃｅｃｅｔｏｔｎａｉａｏｍｐｄｎｅａｄｌＳｔｎｅｔｆｌｉｌａｂｎｎｎｔｂ。ａｌＯｍ — ｅ
３哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，哈尔滨１００；清华大学化工系，５０１４北京１０８）００４摘要考察了碳纳米管的介电常数、导率以及碳纳米管／磁三元乙丙橡胶复合材料的电磁吸波性能。研究结
果表明，碳纳米管介电常数值远大于磁导率值，电损耗远大于磁损耗，明碳纳米管是一种电损耗型吸波介质。通且说过弓形法测定了碳纳米管／三元乙丙橡胶复合材料在２８Ｈｚ范围内的电磁波吸收性能，～１Ｇ结果表明，复合材料在
ｒｄｕｉｇａｖｃｏｅｗｏｋａａｙｅｎａｒｎｅｏ～１ＧＨｚｅｓｎｅｔｒｎｔｒｎｌｚｒｉａｇｆ２８．ＴｈｅｕｔｄｃｔｅｒｓｌｓｉｉａｅＣＮＴｓＥＰｎ／ＤＭｏｏｉｅｔｒａｓｃｍｐｓｔｓｍａｅｉｌ
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实验结论
碳纳米管与炭黑的配比对橡胶复合材料性能的影响
碳纳米管与炭黑的配比对橡胶复合材料性能的影响
橡胶材料的经典填料是炭黑和白炭黑，近年来性能优异的填料层出不穷，而碳纳米管就是其中补强性能杰出的一种，碳纳米管的轴向导热导电性能优异，而高聚物中只填充碳纳米管时，各方面性能并不理想，所以碳纳米管与其他填料混合使用是一种有效途径。
谢谢
聚合物基复合材料讨论课
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聚合物基复合材料讨论课
参考文献
[1]顾书英，任杰. 聚合物基复合材料第二版[M] 化学工业出版社.2013
[2]何燕，高江姗. 碳纳米管/橡胶复合材料性能研究[J] 青岛科技大学.2017 [3]范壮军，土鑫，罗国华，等.碳纳米管和炭黑在橡胶体系增强的协同效应[J].新型炭材料，2008, 23(2):149-153. [4]孟胜皓，闰军，汪明球，等.碳纳米管表面改性及其应用于复合材料的研究现
添加不同种类碳纳米管的硫化胶化的断裂伸长率
添加GT-300、GT-400碳纳米管的断裂伸长率较低，分析可能是GT-300、GT-400 碳纳米管较大的比表面积和长度对橡胶分子链的限制能力较强，分子链柔顺性降低，因而其断裂伸长率较低。而管长很短的GT-200对橡胶分子链限制能力很弱，对分子链伸长造成阻碍较弱，因此断裂伸长率最高。管径较粗的GT-600对分子链的限制能力低于GT-400，因此其断裂伸长率稍高。
而成，直径由几埃到几十纳米。这些纳米尺度的管以两种形式存在单壁碳纳米和多壁碳纳米管。
碳纳米管特性及研究现状
单壁碳纳米管是由一层石墨片层绕中心轴卷曲而成，
直径约为1~2nm，其结构完整性较好、缺陷较少。多
壁碳纳米管是由几层石墨片层卷曲而成，一般层数在 2~50 层之间，直径一般在2~100 nm，每层之间保持固定距离，约0.34 nm，多壁碳纳米管表面含有大量的化学基团，相对比较活泼。
如图所示，除没有添加碳纳米管的橡胶，断裂伸长率呈上升趋势。随填料比例的
增大，填料总量减少，碳纳米管与炭黑对橡胶分子链的限制程度也降低，所以断
裂伸长率升高，而填料与橡胶形成的物理交联点也减少，补强作用减弱，所以其他力学性能逐渐下降。
碳纳米管与炭黑的配比对橡胶复合材料性能的影响
用碳纳米管代替等量（1：1）炭黑时，橡胶的总体性能呈现最好状态。当一定质量的碳纳米管代替更多的炭黑时，橡胶的其他各类性能呈下降趋势。门尼黏度随着炭黑减少是减小的，说明橡胶的流动性提升。
硬度测试
由图看出，硬度相差较小。添加GT200碳纳米管硬度最低，GT-200与 GT-300管径相同，管长相差较大，可见较小的管长使碳纳米管与橡胶的界面结合明显低于长碳纳米管与橡胶的结合力。
碳纳米管的长径比对橡胶复合材料性能的影响
通过橡胶各类性能的对比，碳纳米管的补强作用不仅与其长径比有关，而且与比表面积也有关。长径比较大的碳纳米管会与橡胶分子链产生缠绕网络来增强橡胶性能，而比表面积大的碳纳米管会与橡胶产生较好的界面结合力，以达到补强效果。不同种类的碳纳米管长径比和比表面积不同，这是影响橡胶与填料结合性的最主要因素，也是对橡胶性能影响最大的因素。长径比和比表面积最大的GT300类型的碳纳米管填充的橡胶的门尼勃度、硬度是最强的，拉伸强度位居第二，因此是补强综合性能最强的碳纳米管。
熔融共混法
碳纳米管与聚合物复合材料制备方法
溶液共混法是制备碳纳米管基聚合物基复合材料最常用的技术之一。将碳纳米管分散在合适的溶剂中，碳纳米管与聚合物溶液混合，通过沉淀或浇铸膜来回收复合材料。溶液共混法的优点在于简单的工艺流程，它所制备的碳纳米管与聚合物复合材料中碳纳米管的分散性要优于熔融法。
的粘度、弹性都降低。
拉伸强度
如图所示，除没有添加碳纳米管的橡胶，橡胶的拉伸强度随填料比例的增大而减
小，而添加5phr碳纳米管比例为1:1的橡胶力学性能有很大改善，因为碳纳米管自
身模量高、长径比高、比表面积大，与橡胶分子链相互缠绕或吸附形成交联点，从而提高橡胶的力学性能。
硬度和断裂伸长率
硬度
断裂伸长率
原位生成法
碳纳米管的长径比对橡胶复合材料性能的影响
碳纳米管的长径比对橡胶复合材料性能的影响
碳纳米管的特点是纳米尺寸级的直径、长度远大于直径，是一种高长径比、高比表面积的准一维纳米材料，其长径比、比表面积与聚合物的界面结合程度不同，而不同长径比的碳纳米管填充补强效果不同。因此碳纳米管的长径比等尺寸类型对复合材料性能有很大影响。
碳纳米管特性及研究现状
碳纳米管自身具备的优异性能使其成为最有潜力的碳材料之一，许多研究将碳纳米管作为填料来补强聚合物，然而由于碳纳米管易团聚、表面能低、各向异性等原因，并没有充分发挥出碳纳米管的优势。因此将碳纳米管与其他填料混合使用，发挥几种填料各自的优势，是近年来研究较多的一个方向。
碳纳米管特性及研究现状
多壁碳纳米管，由山东大展纳米材料有限公司采用改性催化碳气相沉积法(CCVD)制备，四种碳纳米管的具体参数如表所示。炭黑 N234、天然橡胶NR、顺丁橡胶BR、白炭黑7000GR、硅烷偶联剂Si69。
实验原料
双辊开炼机转矩流变仪平板硫化机无转子硫化仪万能试验机邵氏硬度仪门尼黏度仪
设备及测试仪器
碳纳米管与聚合物基复合材料研究现状与制备
碳纳米管结构稳定、各方面性能突出，最广泛的就是作为补强填料填充聚合物材料，如橡胶、树脂、纤维等，填充形成的纳米复合材料在力学性能、耐磨性、导热性能、导电性能等都有提高。
碳纳米管与聚合物基复合材料研究现状
碳纳米管与聚合物复合材料制备方法
熔融共混法是指在特定的螺杆挤出机中，利用螺杆的强剪切高效混合，使得碳纳米管在熔融状态下的聚合物基体中得以较好的分散，聚合物熔体冷却后便可制备出碳纳米管/聚合物复合材料。熔融共混是产生碳基纳米复合材料的一种简便方法，其特点是生产快速和环境效益高，是一种无溶剂过程。
实验配方
碳纳米管与炭黑减少量的配比
比例
0
1:1
1:2
1:2.5
1:3
1:3.5
1:4

1:5
1:6
碳纳米管 /phr 炭黑/phr
0
5
5
5
5
5
5
5
5
40
35
30
27.5
25
22.5
20
15
10
实验配方
门尼黏度测试
比例门尼黏度
0
1:1
1:2
1:2.5
1:3
1:3.5
1:4
1:5
1:6
57.21 82.10 71.76 67.47 63.51 64.49 59.74 54.34 51.57
门尼黏度测试
由图可以看出，GT200—GT600混炼胶的门尼勃度随着碳纳米管比表面积的减小而先增大后减小，原因是随着碳纳米管比表面积的增大，碳纳米管与橡胶的接触面积越大，物理吸附作用越强，形成的界面力就越强，会更加限制橡胶大分子链的运动，流动性降低，所以整体上呈下降趋势。但用碳纳米管为GT-200，虽然比表面积最大，但GT-300的长度大于GT-200，较长的碳纳米管易与橡胶大分子链相互缠结，对分子链的限制作用更大，比长度短的碳纳米管在结合橡胶上有优势，所以 GT300混炼胶的门尼勃度最高。
实验结论
总结
我们探究了CB/NR/BR复合材料中填充碳纳米管后对橡胶的影响，确定工艺条件后，探究碳纳米管不同长径比对CB/NR/BR复合材料性能的影响情况，继而探究了碳纳米管和炭黑的配比对橡胶性能的影响。
（1）添加碳纳米管的橡胶与不添加的橡胶性能有很
大差异，添加碳纳米管使橡胶的整体性能提升。加入
碳纳米管后橡胶的硫化时间缩短，有利于加工，加入碳纳米管后橡胶的耐磨性、撕裂强度、硬度有大幅度提升，但碳纳米管的加入同时也会导致门尼黏度上升、拉伸强度稍有降低、断裂伸长率降低。
（2）长径比、比表面积越大的碳纳米管对橡胶的拉伸性能改善效果越好。长径比大的碳纳米管更容易与橡胶分子链发生缠结，形成物理交联点，在受到外力时这些物理交联点能够帮橡胶分子链分担一部分破坏力，因此长径比最高的碳纳米管GT300的补强效果整体最佳。（3）碳纳米管不等量地代替炭黑比只有炭黑的原配方补强效果好。碳纳米管代替等量（1：1）炭黑时，橡胶的拉伸性能呈现最好状态。
添加不同种类碳纳米管的硫化胶化的拉伸强度
添加GT-300的硫化胶比添加GT-200碳纳米管的拉伸强度提高4.82%，与其长径比、比表面积相关，而添加GT-600碳纳米管的硫化胶拉伸强度最高，原因可能是其碳纳米管内径最大，较粗的碳纳米管比较细的碳纳米管易于分散，不易缠结成团，在橡胶中分散均匀，而较细的碳纳米管缠结成团易形成应力集中点，受到拉伸时最易断裂，造成拉伸强度较GT-600的低。
状[J].化工进展，2014, 33(8): 2084-2088.
硫化胶的制备
将上述混炼胶在无转子硫化仪上进行测试，根据硫化
曲线确定硫化时间和温度。试样在平板硫化机上硫化，硫化温度为150℃。硫化时间为15min，模压硫化成型厚度约为2mm的薄片，停放待后续测试。
混炼胶的制备
先将天然橡胶在开炼机上塑炼成片状，再用密炼机进行混炼，1、2、3区温度均为80℃，转子转速80r/min，加料顺序为NR/BR、配合剂、白炭黑和硅烷偶联剂、炭黑，排胶温度设为130℃。随后在开炼机上进行硫磺的分散和薄通塑炼，薄通时的辊距为0.5mm，薄通时打三角包，以便胶料混合均匀，辊温为40~70℃。薄通一定次数后，将辊距调至约3 mm，下片。
溶液共混法
碳纳米管与聚合物复合材料制备方法利用强氧化剂、高能射线等手段使碳纳米管的表面生成轻基、梭基等活性基团，这些活性基团与聚合物单体的官能团进行反应，随单体的聚合反应的进行，使碳纳米管也参与到聚合反应中，从而达到使碳纳米管和聚合物基体聚合为一体的复合方法。由于碳纳米管本身就“镶嵌”于聚合物基体中，因此碳纳米管的分散程度和相容程度比以上的溶液共混法和熔融共混法都要高，并且复合材料的结构稳定性更高。