摘要: 碳纳米管以其独特的结构与优异的性能成为橡胶等聚合物材料理想的填料。但普通碳纳米管高度缠结、化学惰性强等缺点的存在，不仅使其无法均匀地分散在橡胶中，而且难以与橡胶形成良好的界面结合作用，这两点都限制了碳纳米管对橡胶补强或功能化作用的... 展开 碳纳米管以其独特的结构与优异的性能成为橡胶等聚合物材料理想的填料。但普通碳纳米管高度缠结、化学惰性强等缺点的存在，不仅使其无法均匀地分散在橡胶中，而且难以与橡胶形成良好的界面结合作用，这两点都限制了碳纳米管对橡胶补强或功能化作用的发挥。为解决碳纳米管难分散的问题以及增强碳纳米管与橡胶间的界面作用，我们主要进行了如下四个方面的研究工作: 1.采用多巴胺包覆的修饰手段对碳纳米管表面进行改性。运用高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)对改性前后碳纳米管的结构形貌进行观察，同时采用热失重分析(TGA)以及X射线光电子能谱(XPS)的方法成功测定了多巴胺的包覆量以及碳纳米管表面元素含量的变化。实验结果显示，改性后碳纳米管表面覆盖有3纳米厚度的无定形聚合物层，且包覆量所占的比重约为13％。改性碳纳米管表面氧、氮元素增加明显，表明碳纳米管官能化程度的提高。另外，通过观察原始碳纳米、改性碳纳米管在水中的分散以及沉降状况，发现多巴胺的包覆有利于提高碳纳米管的亲水性; 2.运用乳液混合的方法成功制备了碳纳米管/天然橡胶复合材料。重点考查了破乳剂种类与用量、混合胶乳的固含量等工艺参数对破乳絮凝过程以及母胶产率的影响作用，确定使用质量分数为3％的稀硫酸溶液对固含量为10％的混合胶乳进行破乳效果最佳; 3.使用高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)与扫描电子显微镜(SEM)观察了原始碳纳米管以及改性碳纳米管在橡胶基体中的分散状况。系统全面地考查了原始碳纳米管/天然橡胶复合材料以及改性碳纳米管/天然橡胶复合材料在硫化特性与交联密度、力学性能、动态力学性能、导电导热性能以及热稳定性能等方面的差异。HR-TEM与SEM的图像表明，改性后的碳纳米管能以单根的形式均匀地分散在橡胶之中，而原始碳纳米管只能以块状的缠结体存在于橡胶中。改性碳纳米管良好的分散效果不仅使复合材料具有更高的断裂伸长率与拉伸强度，而且使复合材料显现出更为明显的导电“逾渗现象”与更好的热稳定性;原始碳纳米管则使天然橡胶在交联密度、储能模量等方面得到更大的增长。但少量的碳纳米管(无论是原始的或是经改性的)都无法大幅度地提高天然橡胶的导热率; 4.采用多种硅烷偶联剂进一步强化改性碳纳米管与天然橡胶之间的界面结合。运用SEM对复合材料的拉伸断裂面进行观察，着重考查了不同种类偶联剂对于复合材料硫化特性、力学性能以及动态力学性能的影响作用。实验结果显示，偶联剂Si69或KH550的加入，使改性碳纳管米管与橡胶基体之间的相容更好，复合材料的定伸应力得到进一步提高，但对于拉伸强度没有过多的影响作用;Si69却使复合材料的断裂伸长率下降明显，这可能与其提高了橡胶交联密度相关。另外，复合材料的储能模量随着偶联剂的加入而增大，损耗因子则下降，但变化的幅度不大。 此外，简单地考查了硫磺、硫化助剂等对碳纳米管在橡胶溶液中的分散状况的影响作用。通过观察TEM照片可以发现，氧化锌可能会降低碳纳米管的长径比，而硫磺则对于碳纳米管在橡胶溶液中的解缠结有一定的帮助。 收起