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| 功能粉體填料橡膠復合材料制備技術(shù)概述 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-04-17 10:47:10 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）共混法、原位法、溶膠－凝膠法和層間插入法是制備聚合物納米復合材料的主要方法。
1 共混法
共混法分為機械共混、溶液共混及乳液共混3 種方法，主要用于制備無(wú)機納米粒子/聚合物復合材料及聚合物分子復合材料。Jeon 等對蒙脫土進(jìn)行有機改性后，采用混煉法制得納米復合材料。徐斌海等以納米凹凸棒土為增強劑、甲基乙烯基硅膠為基質(zhì)，采用機械共混法制備的復合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和高耐熱性能。當納米凹凸棒土填充量為10 份時(shí)，橡膠納米復合材料的拉伸強度為6. 68 MPa，扯斷伸長(cháng)率為318%，100% 定伸應力為3. 84 MPa。當用質(zhì)量分數2. 5%( 以凹凸棒土計) 的硅烷偶聯(lián)劑A－151 濕法改性納米凹凸棒土表面后，橡膠納米復合材料的拉伸強度為7. 84 MPa，扯斷伸長(cháng)率為408%，100%定伸應力為5. 76 MPa。
錢(qián)紅蓮等采用機械共混法制備了納米碳酸鈣/環(huán)氧化天然橡膠復合材料，當納米碳酸鈣用量為10 份時(shí)對環(huán)氧化天然橡膠的增強效果較好，與不添加納米碳酸鈣的空白試樣相比，300% 定伸應力從1. 9 MPa 增至2. 2 MPa，500% 定伸應力從5. 1 MPa 增至5. 7 MPa，拉伸強度從19. 8 MPa 增至21. 1 MPa，扯斷伸長(cháng)率從660% 增至692%。機械干混法很難使填料與橡膠混合均勻，增強效果較差，同時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量粉塵，是輪胎等橡膠制品生產(chǎn)企業(yè)的最大粉塵污染源，嚴重危害工人的身體健康。
2 原位聚合法
原位法分為原位分散聚合法和原位生成法2種，它們的反應條件溫和，填料分散比較均勻，主要用于制備有機－ 無(wú)機納米復合材料，較多用于二氧化硅/橡膠納米復合材料的制備。陳巧用原位生成－ 共沉淀法制備了天然橡膠/( 炭黑－二氧化硅) 復合材料，研究表明，硫化膠具有較好的抗濕滑性能、較低的滾動(dòng)阻力及較好的力學(xué)性能。
李艷花采用Si 69 原位改性的白炭黑( 粒徑40 nm 左右) 增強天然橡膠，制備了白炭黑/天然橡膠納米復合材料，研究表明改性劑用量為4 份時(shí)硫化膠的拉伸強度提高了56%，300%定伸應力提高104%，撕裂強度也大幅提高。該方法的缺點(diǎn)是會(huì )造成溶劑污染，而且屬于本體聚合，故在應用上還存在局限性。
3 溶膠－凝膠法
溶膠－凝膠法是一種新穎的制備有機/無(wú)機納米復合材料非常有效的方法。溶膠－ 凝膠法制備納米復合材料共包括以下3 個(gè)步驟: 第1 步為溶膠的制備，第2 步為凝膠化，第3 步為凝膠的干燥。影響溶膠－ 凝膠化的因素主要有溶液pH值、溶液濃度、反應時(shí)間及反應溫度。用溶膠－凝膠法原位生成的二氧化硅納米粒子對橡膠有良好的增強作用，制備的納米復合材料可與炭黑填充膠相媲美。
段先健利用溶膠－ 凝膠法在三元乙丙橡膠硫化膠中制備了原位二氧化硅/三元乙丙橡膠納米復合材料，研究表明在三元乙丙橡膠中加入一氯乙酸、白炭黑和硅橡膠有利于溶膠－ 凝膠反應時(shí)原位二氧化硅的生成，這3 種物質(zhì)可使原位二氧化硅質(zhì)量分數從1. 6% 提高到4. 1%，原位二氧化硅/三元乙丙橡膠納米復合材料的拉伸強度和定伸應力得到明顯提高。用該方法已經(jīng)制備了二氧化硅/天然橡膠、二氧化硅/環(huán)氧化天然橡膠、二氧化硅/順丁橡膠等納米復合材料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是填料分散均勻，可達到分子復合，但是金屬醇鹽的成本較高，且水解后產(chǎn)生的溶劑需回收處理。
4 層間插入法
該方法按復合過(guò)程主要分為單體插層聚合法、聚合物熔體直接插層法及聚合物直接嵌入法，主要適用于制備層狀硅酸鹽/聚合物納米復合材料。姚岐軒用熔融復合法制備了硅酸鹽/天然橡膠復合材料，研究表明十八烷基銨類(lèi)改性蒙脫土/天然橡膠復合材料的力學(xué)性能較好。
王勝杰等通過(guò)熔融法和溶液法制備了蒙脫土/硅橡膠復合材料，并測定其力學(xué)、耐溶劑及耐熱等性能，研究表明溶液法能使蒙脫土較好地分散于橡膠基質(zhì)中，且提高了復合材料的性能。黃琨等用熔融插層法制備了密封用三元乙丙橡膠/有機蒙脫土納米復合材料，用X 射線(xiàn)衍射和熱重分析研究了其微觀(guān)結構和熱穩定性，結果表明蒙脫土/橡膠納米復合材料的氣體阻隔性能得到顯著(zhù)提高，力學(xué)性能也得到改善。當加入5～10 份的有機蒙脫土時(shí)，橡膠納米復合材料的拉伸強度從2. 5 MPa 增至3. 7 MPa，最大扯斷伸長(cháng)率為270%。
3 展望
隨著(zhù)對材料性能的需求越來(lái)越多，納米技術(shù)將成為科學(xué)技術(shù)的前沿技術(shù)，同時(shí)也為橡膠工業(yè)的發(fā)展提供了新的研究思路和方法，給橡膠功能化和高性能化提供了重要手段。大力發(fā)展橡膠納米復合材料，將無(wú)機物的剛性、尺寸穩定性和熱穩定性等優(yōu)異性能與橡膠的彈性、加工性能結合起來(lái)，從而制備出功能化和高性能化的橡膠納米復合材料。
a) 研究功能納米材料與橡膠分子的相互作用機理，研究功能納米材料尺寸限域對橡膠納米復合材料 的影響，如由尺寸限域引起的量子現象及其引發(fā)的光、電、磁、熱、聲性質(zhì)的變化等。研究如何有效控制納米填料的團聚，改善填料的分散性，從而既提高材料的性能，又大幅度降低成本。
b) 研究功能納米材料在橡膠中的應用。如石墨型碳納米管及金剛石型碳納米管在民用輪胎、軍用防護件等復合材料中的應用。
c) 研究多種不同基質(zhì)的納米填料的配合使用。加強多功能納米材料的開(kāi)發(fā)研究，如首先制備功能種子乳液，再進(jìn)一步制備功能復合材料，即將填料與高聚物包覆在一起制成種子乳液填料，再將種子乳液填料添加到主體材料中，以制備多種功能的復合材料。
d) 加快開(kāi)發(fā)低成本、環(huán)?；墓δ芗{米填料。針對一些價(jià)格昂貴的納米填料，開(kāi)發(fā)一些低成本的納米填料加以替代，以滿(mǎn)足橡膠工業(yè)的需求，促進(jìn)我國橡膠及其相關(guān)行業(yè)健康、穩步、快速發(fā)展。
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