|
| |
| 功能粉体填料橡胶复合材料制备技术概述 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-04-17 10:47:10 浏览次数： |
|
| |
（中国粉体技术网/班建伟）共混法、原位法、溶胶－凝胶法和层间插入法是制备聚合物纳米复合材料的主要方法。
1 共混法
共混法分为机械共混、溶液共混及乳液共混3 种方法，主要用于制备无机纳米粒子/聚合物复合材料及聚合物分子复合材料。Jeon 等对蒙脱土进行有机改性后，采用混炼法制得纳米复合材料。徐斌海等以纳米凹凸棒土为增强剂、甲基乙烯基硅胶为基质，采用机械共混法制备的复合材料具有优异的力学性能和高耐热性能。当纳米凹凸棒土填充量为10 份时，橡胶纳米复合材料的拉伸强度为6. 68 MPa，扯断伸长率为318%，100% 定伸应力为3. 84 MPa。当用质量分数2. 5%( 以凹凸棒土计) 的硅烷偶联剂A－151 湿法改性纳米凹凸棒土表面后，橡胶纳米复合材料的拉伸强度为7. 84 MPa，扯断伸长率为408%，100%定伸应力为5. 76 MPa。
钱红莲等采用机械共混法制备了纳米碳酸钙/环氧化天然橡胶复合材料，当纳米碳酸钙用量为10 份时对环氧化天然橡胶的增强效果较好，与不添加纳米碳酸钙的空白试样相比，300% 定伸应力从1. 9 MPa 增至2. 2 MPa，500% 定伸应力从5. 1 MPa 增至5. 7 MPa，拉伸强度从19. 8 MPa 增至21. 1 MPa，扯断伸长率从660% 增至692%。机械干混法很难使填料与橡胶混合均匀，增强效果较差，同时会产生大量粉尘，是轮胎等橡胶制品生产企业的最大粉尘污染源，严重危害工人的身体健康。
2 原位聚合法
原位法分为原位分散聚合法和原位生成法2种，它们的反应条件温和，填料分散比较均匀，主要用于制备有机－ 无机纳米复合材料，较多用于二氧化硅/橡胶纳米复合材料的制备。陈巧用原位生成－ 共沉淀法制备了天然橡胶/( 炭黑－二氧化硅) 复合材料，研究表明，硫化胶具有较好的抗湿滑性能、较低的滚动阻力及较好的力学性能。
李艳花采用Si 69 原位改性的白炭黑( 粒径40 nm 左右) 增强天然橡胶，制备了白炭黑/天然橡胶纳米复合材料，研究表明改性剂用量为4 份时硫化胶的拉伸强度提高了56%，300%定伸应力提高104%，撕裂强度也大幅提高。该方法的缺点是会造成溶剂污染，而且属于本体聚合，故在应用上还存在局限性。
3 溶胶－凝胶法
溶胶－凝胶法是一种新颖的制备有机/无机纳米复合材料非常有效的方法。溶胶－ 凝胶法制备纳米复合材料共包括以下3 个步骤: 第1 步为溶胶的制备，第2 步为凝胶化，第3 步为凝胶的干燥。影响溶胶－ 凝胶化的因素主要有溶液pH值、溶液浓度、反应时间及反应温度。用溶胶－凝胶法原位生成的二氧化硅纳米粒子对橡胶有良好的增强作用，制备的纳米复合材料可与炭黑填充胶相媲美。
段先健利用溶胶－ 凝胶法在三元乙丙橡胶硫化胶中制备了原位二氧化硅/三元乙丙橡胶纳米复合材料，研究表明在三元乙丙橡胶中加入一氯乙酸、白炭黑和硅橡胶有利于溶胶－ 凝胶反应时原位二氧化硅的生成，这3 种物质可使原位二氧化硅质量分数从1. 6% 提高到4. 1%，原位二氧化硅/三元乙丙橡胶纳米复合材料的拉伸强度和定伸应力得到明显提高。用该方法已经制备了二氧化硅/天然橡胶、二氧化硅/环氧化天然橡胶、二氧化硅/顺丁橡胶等纳米复合材料。该方法的优点是填料分散均匀，可达到分子复合，但是金属醇盐的成本较高，且水解后产生的溶剂需回收处理。
4 层间插入法
该方法按复合过程主要分为单体插层聚合法、聚合物熔体直接插层法及聚合物直接嵌入法，主要适用于制备层状硅酸盐/聚合物纳米复合材料。姚岐轩用熔融复合法制备了硅酸盐/天然橡胶复合材料，研究表明十八烷基铵类改性蒙脱土/天然橡胶复合材料的力学性能较好。
王胜杰等通过熔融法和溶液法制备了蒙脱土/硅橡胶复合材料，并测定其力学、耐溶剂及耐热等性能，研究表明溶液法能使蒙脱土较好地分散于橡胶基质中，且提高了复合材料的性能。黄琨等用熔融插层法制备了密封用三元乙丙橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料，用X 射线衍射和热重分析研究了其微观结构和热稳定性，结果表明蒙脱土/橡胶纳米复合材料的气体阻隔性能得到显著提高，力学性能也得到改善。当加入5～10 份的有机蒙脱土时，橡胶纳米复合材料的拉伸强度从2. 5 MPa 增至3. 7 MPa，最大扯断伸长率为270%。
3 展望
随着对材料性能的需求越来越多，纳米技术将成为科学技术的前沿技术，同时也为橡胶工业的发展提供了新的研究思路和方法，给橡胶功能化和高性能化提供了重要手段。大力发展橡胶纳米复合材料，将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性等优异性能与橡胶的弹性、加工性能结合起来，从而制备出功能化和高性能化的橡胶纳米复合材料。
a) 研究功能纳米材料与橡胶分子的相互作用机理，研究功能纳米材料尺寸限域对橡胶纳米复合材料 的影响，如由尺寸限域引起的量子现象及其引发的光、电、磁、热、声性质的变化等。研究如何有效控制纳米填料的团聚，改善填料的分散性，从而既提高材料的性能，又大幅度降低成本。
b) 研究功能纳米材料在橡胶中的应用。如石墨型碳纳米管及金刚石型碳纳米管在民用轮胎、军用防护件等复合材料中的应用。
c) 研究多种不同基质的纳米填料的配合使用。加强多功能纳米材料的开发研究，如首先制备功能种子乳液，再进一步制备功能复合材料，即将填料与高聚物包覆在一起制成种子乳液填料，再将种子乳液填料添加到主体材料中，以制备多种功能的复合材料。
d) 加快开发低成本、环保化的功能纳米填料。针对一些价格昂贵的纳米填料，开发一些低成本的纳米填料加以替代，以满足橡胶工业的需求，促进我国橡胶及其相关行业健康、稳步、快速发展。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
|
|
| |
|
| |
|
|
|
|
|
|
