全氟辛基季胺碘化物改性碳纳米管对天然橡胶胶乳性能的影响

用水溶性的阳离子表面活性剂全氟辛基季胺碘化物FC-134对碳纳米管进行非共价键改性,并用液相法制备改性碳纳米管/天然橡胶复合材料,研究了改性碳纳米管对天然橡胶复合材料的影响。结果表明,改性碳纳米管在水介质中具有很好的稳定性。佩恩效应表明,碳纳米管经过表面修饰增强了与橡胶的相互作用,降低了碳纳米管之间的相互作用。橡胶加工分析仪的结果表明,碳纳米管均匀地分散到复合材料中。与未改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料相比,改性碳纳米管/天然橡胶胶乳复合材料硫化胶的撕裂强度提高了65%,拉伸强度提高了29%。     

不同维数填料对橡胶Payne效应的影响

在变外力作用下,填充橡胶的动态模量会随着应变的增加而急剧下降的现象称为Payne效应。研究填充橡胶的Payne效应可以保证橡胶制品在使用过程中的安全性和可靠性,同时获得具有良好力学性能的橡胶制品。文中通过胶乳-双辊连用法制备了炭黑/天然橡胶复合材料(RCB)、碳纳米管/天然橡胶复合材料(RCNT)和石墨烯/天然橡胶复合材料(RGE)。扫描电镜和透射电镜图像显示,该方法可以将填料均匀分散在橡胶基体中。Mooney-Rivlin曲线和动态力学性能测试显示RGE复合材料的Payne效应最强,RCB复合材料的Payne效应最弱。     

碳纳米管气凝胶/天然橡胶复合材料的性能研究

碳纳米管气凝胶是一种具有分散特性的碳纳米管,通过自主研究开发的实验装置制备了碳纳米管气凝胶,并通过传统工艺制备了碳纳米管气凝胶/天然橡胶复合材料,研究了该复合材料的机械性能和导热性能等,结果证明该复合材料的拉伸强度、撕裂强度和导热性能等较炭黑/天然橡胶复合材料分别提高了47%,52%,49.9%,同时揭示了碳纳米管气凝胶良好的分散特性及其广阔的应用前景。     

超声分散制备天然橡胶/丁苯橡胶/炭黑/碳纳米管纳米复合材料

通过超声分散制备了分散均匀的碳纳米管(CNTs)/天然橡胶母料,利用母料制备了天然橡胶(NR)/丁苯橡胶(SBR)/炭黑(CB)/碳纳米管复合材料。通过比较常规搅拌、双辊混炼和超声分散三种方法对碳纳米管的分散及对复合材料性能的影响,表明超声分散能实现碳纳米管在基体中均匀分散,CNTs和CB的协同作用提高了复合材料的力学性能,当CB/CNTs之比为37/3时力学性能最高,与未加CNTs增强的体系相比,拉伸强度提高了6.4%。当CNTs含量为7phr,与未加CNTs的体系相比,压缩模量提高了20%。     

气相原位聚合制备碳纳米管/乙丙橡胶复合材料及其性能表征

以碳纳米管为防黏助剂,通过气相原位聚合制备了乙丙橡胶复合材料。加入适量的碳纳米管可以防止聚合过程中由于温度升高导致的橡胶颗粒软化粘结问题,且碳纳米管的加入对乙丙橡胶的熔融温度和热解温度没有影响;与导电炭黑相比,碳纳米管的加入显著提高了复合材料的导电性能和拉伸强度;通过气相原位聚合制备的复合材料,碳纳米管在乙丙橡胶中的分散良好,其导电性能优于机械共混法制备的碳纳米管-橡胶复合材料。     

碳纳米管/天然橡胶复合材料的实验研究-- 碳纳米管用量对复合材料性能的影响

采用机械混合方法制备碳纳米管／天然橡胶复合材料,随着碳纳米管添加量的增加,橡胶材料微观结构的均匀性下降,DSC曲线中结晶熔融峰面积逐渐减小,同时橡胶硫化返原现象减轻,硫化样品的交联度有所降低。碳纳米管在橡胶样品中显示出补强效应,碳纳米管复合材料的回弹、压缩疲劳性能明显优于炭黑补强样品,但其拉伸、撕裂性能水平较低。     

碳纳米管和炭黑在橡胶体系增强的协同效应

分别以碳纳米管、炭黑以及碳纳米管和炭黑复合体作为橡胶补强剂,在开炼机上进行混炼加工制得橡胶复合材料.实验结果表明:与炭黑补强橡胶体系相比,碳纳米管能够提高橡胶复合材料弹性模量、定伸应力、耐磨和导电性能,但复合材料的拉伸强度、撕裂强度、伸长率,黏度以及加工性能都较差;而以碳纳米管和炭黑混合物作为复合补强剂,通过二者的协同补强效应,形成真正意义的"葡萄串"结构,整体地提高了橡胶复合材料的性能.当碳纳米管和炭黑的质量比为1:4时,制备的橡胶复合材料抗撕裂强度(78.4kN/m)、硬度(68)以及磨耗(0.122cm3/km)性能都优于相同含量炭黑橡胶体系;与相同含量的碳纳米管橡胶体系相比,伸长率(470%)和黏度(65 Pa·s)均大大改进.碳纳米管的加入使橡胶复合材料具有优良的动态力学性能,在低滚动滞后性和抗疲劳损失的轮胎胎面胶方面将有潜在的实用价值.     

定向碳纳米管对天然橡胶复合材料性能的影响

将不同体积分数的定向碳纳米管(A-MWNT)通过溶液共混的方法填充到天然橡胶中,经过室温交联硫化,得到A-MWNT填充的天然橡胶复合材料。对比普通非定向碳纳米管(MWNT),观察了A-MWNT在天然橡胶基体中的分散情况,研究了A-MWNT对橡胶复合材料玻璃化转变温度(Tg)、高温交联放热和导热性能的影响,并进行了机理分析。研究表明:A-MWNT在与天然橡胶溶液共混过程中经超声波振荡和搅拌后会被部分打乱。但是在微区单元内是定向的,在整体上呈非定向。随着A-MWNT填充量的增加,Tg逐渐下降后又有回升之势,高温交联固化放热逐渐增大,复合材料的导热率较之同条件下MWNT填充的复合材料的导热率大,且增长速度较快,在填充分数为10%时,导热率跃增到0.735 W/(m·K),增加了222.4%。     

碳纳米管增强环氧树脂复合材料阻尼性能的研究

采用热压成型法制备出碳纳米管环氧树脂复合材料,并对其分散性能和阻尼性能进行了研究。扫描电镜(SEM)分析表明,通过超声振荡处理和分散剂辅助处理可以将碳纳米管较好地分散在环氧树脂基体材料中。采用自由振动对数衰减率法和动态热机械分析仪(DMTAⅤ)对复合材料的阻尼性能进行了测试,结果表明,在环氧树脂基体中加入碳纳米管能够提高复合材料的阻尼性能,并且随着碳纳米管质量分数的增加,复合材料的阻尼性能不断增强,掺加直径为10~20nm的碳纳米管比掺加直径为30~50nm的碳纳米管能更大地提高复合材料的阻尼性能。     

碳纳米管/炭黑复配对天然橡胶湿法混炼共沉胶性能的影响

通过制备碳纳米管(CNTs)/炭黑(CB)/天然橡胶(NR)湿法混炼共沉胶,分析碳纳米管与炭黑复配后的共沉胶物理力学性能、硫化性能和动态力学性能,并与传统干法混炼胶进行对比。结果表明,在湿法混炼共沉胶中,随着填料中碳纳米管份数的增大,胶料的焦烧时间及正硫化时间逐渐缩短,其中焦烧时间缩短了11%,正硫化时间缩短了18%。相比于单一填料的补强体系,复配填料体系更有助于2种填料各自的分散。扫描电镜和动态力学性能分析共同显示,复配填料体系在湿法混炼天然胶中分散得更好,且复合材料拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率更高。     

碳纳米管/天然橡胶复合材料的红外光谱和DSC分析

将催化裂解法制得的碳纳米管进行氢氟酸和混酸处理后，碳纳米管的纯度和团聚程度增大，热处理后碳纳米管的聚集情况略有改善。碳纳米管表面官能团与橡胶分子间可以形成氢键，并对天然橡胶的分子运动产生影响，随着碳纳米管的进一步处理，混炼胶的Tg有所升高，DSC曲线中的结晶熔融峰面积减小，热处理后碳纳米管填充胶料的Tg略有下降，结晶熔融峰面积增大。氢氟酸处理碳纳米管填充天然橡胶材料的力学性能较好。     

多壁碳纳米管填充丁苯橡胶复合材料的研究

采用浓硝酸(HNO3)氧化处理后的多壁碳纳米管(MWNTs)与丁苯橡胶(SBR)及其他配合剂在开炼机上进行混炼加工制备MWNTs／橡胶复合材料，并与炭黑补强橡胶体系进行对比，进而研究了MWNTs／橡胶复合材料的物理性能，并初步探讨了该材料微观结构与性能之间的关系。结果表明：随着MWNTs质量百分含量的增加，橡胶复合材料的力学性能也随之增高；MWNTs／橡胶复合材料的抗撕裂强度(25．9kN／m)、硬度(58)、磨耗(0．22mL/1．61km)性能较炭黑／橡胶体系要好。由MWNTs补强的橡胶对开发具有低滚动滞后性和抗疲劳损失的轮胎胎面胶将有很大的实用潜力。     

基于周期性边界条件的炭黑填充橡胶复合材料力学行为的预测

在分析炭黑填充橡胶复合材料的宏观与细观特征之间联系的基础上,提出了具有随机分布形态的代表性体积单元,推导并应用了周期性细观结构的边界约束条件,建立了三维多颗粒夹杂代表性体积单元的数值模型,对炭黑填充橡胶复合材料的宏观力学行为进行了模拟仿真。研究表明,该模型通过周期性边界条件的约束保证了宏观结构变形场和应力场的协调性;计算得到的炭黑填充橡胶复合材料的弹性模量明显高于未填充橡胶材料,并随着炭黑颗粒所占体积分数的增加而增大;该模型对复合材料有效弹性模量的预测结果与实验结果吻合较好,而且比Bergstrom三维模型的预测结果更好,证实了该模型能够用于炭黑颗粒增强橡胶基复合材料有效性能的模拟分析。     

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。     

Preparation and properties of powder styrene-butadiene rubber composites filled with carbon black and carbon nanotubes

Carbon nanotubes (CNTs) and carbon black (CB) filled powder styrene-butadiene rubber (SBR) composites were prepared by spray drying of the suspension of CNTs and CB in SBR latex. The powders were sphere like and fine with uniform diameters of 10-15 μm. Experimental results showed that the introduction of CNTs into the matrix was beneficial to improve the security of the vulcanization of the rubber composites, and the dynamic and basic mechanical properties of the CNTs/SBR composites were better than those of CB/SBR and neat SBR composites. Observations on the microstructure of the composites indicated that CNTs were well dispersed in the matrix. Morphology of the fracture confirmed that the bonding between CNTs and rubber matrix was strong and load can be transferred to CNTs efficiently during the mechanical property tests. Moreover, the powder SBR composites containing well-dispersed CNTs could be perfect candidate as additives for other polymers.     

碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的电学性能

采用喷雾干燥法可制备不同配比的碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）/粉末丁苯橡胶复合材料,观察CNTs在橡胶基体中的分散情况,检测复合材料的导电性能及介电性能,并进行了简要的理论分析。结果表明:CNTs在橡胶基体中获得了充分均匀的分散,有利于CNTs改性补强作用的发挥。与纯胶样品及填充炭黑（Carbon black,CB）样品相比, 填充CNTs样品在8~18GHz下具有较高的介电常数及低介电损耗。随着CNTs加入量的增加,CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料的电导率逐渐升高,当CNTs加入量为60phr（per hundred rubber）时,与纯胶样品及添加60phr CB样品相比,电导率提高近10个数量级;复合材料内部导电同时存在隧道导电机制和渗逾导电机制。采用喷雾干燥法制备的CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料,将是一种综合性能良好的新型纳米复合材料,有望在抗静电橡胶、电磁屏蔽及介电材料等领域获得应用。