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納米橡膠復(fù)合材料的研究

炭黑和白炭黑作為橡膠增強劑長期以來被廣
泛使用，隨著納米技術(shù)的興起，產(chǎn)生了把炭黑和白
炭黑納米級粉體通過常規(guī)機械共混方式與橡膠進(jìn)
行納米復(fù)合的技術(shù)—— “熔體粉體共混納米復(fù)合
技術(shù)”_3-5]．但由于炭黑或白炭黑粉體尺寸小，視
密度低，橡膠熔體粘度高，在橡膠基質(zhì)中炭黑或白
炭黑納米粉體很難均勻分散。此外，由于納米粉
體粒徑小，表面能大，易于團(tuán)聚，通常以二次聚集
體的形式存在，這在一定程度上對其增強性能產(chǎn)
生不同導(dǎo)向和不同程度的影響。
為了增加納米材料與橡膠的界面結(jié)合力，提
高其分散能力，需對納米材料進(jìn)行表面改性，從而
提高納米粒子與橡膠大分子間的作用力，同時調(diào)
整加工時橡膠的粘度，改進(jìn)混煉工藝。改進(jìn)措施
有，1)添加界面改性劑，即分散劑、偶聯(lián)劑等；2)
納米粒子表面改性，可采用表面覆蓋改性、機械化
學(xué)改性、外膜層改性、局部活性改性、高能量表面
改性和利用沉淀反應(yīng)進(jìn)行表面改性；3)將熔體粉
體混合改為橡膠溶液或乳液與納米粒子的混合，
或?qū)⒓{米粒子預(yù)處理后分散在橡膠聚合單體中，
然后進(jìn)行本體或溶液聚合。
2．2 纖 橡膠納米復(fù)合材料
纖維增強橡膠復(fù)合材料，由于纖維與橡膠的
性能差別很大，使用不同的納米纖維 J，如凹凸
棒土、納米晶須、碳纖維等，可賦予這種橡膠復(fù)合
材料的不僅僅是強度性能的提高，更重要的是賦
予其耐磨性、傳導(dǎo)性(包括導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性)等特
殊性能。作為復(fù)合材料，纖維與基質(zhì)的結(jié)合強度
是至關(guān)重要的。如制備納米碳纖維橡膠復(fù)合材
料 ，由于碳纖維的表面基本上是惰性的，它與
橡膠直接復(fù)合難以獲得足夠的結(jié)合力，必須預(yù)先
進(jìn)行表面處理。經(jīng)表面處理后，表面積增大，表面
活性基團(tuán)(如一COOH，一OH等)濃度增加，從而
有利于碳纖維與橡膠的浸潤和粘結(jié)。目前，針對
不同種類的納米纖維，橡膠／纖維納米復(fù)合材料的
制備技術(shù)主要有熔體直接共混法、原位聚合反應(yīng)
法、溶液共混共沉法等。由于現(xiàn)有的納米纖維種
類較少，制備技術(shù)不完善，橡膠纖維納米復(fù)合材料
還只是在特種材料和功能材料方面開展了應(yīng)用。
2．3 橡膠／粘土納米復(fù)合材料
橡膠／粘土納米復(fù)合材料的合成方法可以分
為5大類 ，1)插層復(fù)合法；2)原位復(fù)合法；
3)共混法；4)分于復(fù)合材料形成法；5)其他合成
法。其中，插層復(fù)合法制備納米橡膠復(fù)合材料是
當(dāng)今研究較為活躍，工業(yè)前景看好的方法。
粘土的基本結(jié)構(gòu)單元是由一層鋁氧八面體夾
在2個硅氧四面體之間靠共用氧原子而形成的層
狀結(jié)構(gòu)，其晶層表面氧元素的比重較大，層與層間
因共用氧原子而形成非常緊密的結(jié)合。在制備橡
膠／粘土納米復(fù)合材料時，常采用有機陽離子(插
層劑)進(jìn)行離子交換而使層間距增大，并改善層
間微環(huán)境，以有利于單體或聚合物插入粘土層間
形成納米復(fù)合材料。常用的插層劑有二烯類聚合
的季銨鹽，烷基銨鹽和其他陽離子型表面活性劑
等，并由此衍生出單體原位反應(yīng)插層法、液體橡膠
反應(yīng)插層法、大分子熔體插層法、大分子溶液插層
法、大分子乳液插層法等制備技術(shù)。由于粘土在
橡膠／粘土納米復(fù)合材料中為形狀比非常大的片
層填料，限制大分子變形的能力比球形增強劑更
強，從而使橡膠／粘土納米復(fù)合材料具有較高的模
量、硬度、強度，較低的彈性，其應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?br>大。
采用納米材料填充的橡膠復(fù)合材料，可增加
其拉伸強度，并在一定數(shù)量范圍內(nèi)出現(xiàn)極大值。
如填充納米SiO 的橡膠復(fù)合材料，在SiO 的體
積百分含量為4％左右時，拉伸強度達(dá)到最大值。
3．2 對材料的增塑作用
對采用普通CaCO 、微米級CaCO 、納米級
CaCO 填充橡膠復(fù)合材料進(jìn)行比較，隨著顆粒粒
徑的減少，材料的斷裂伸長率提高。
3．3 對材料的楊氏模量的影響
對于相同的基體、填料和處理方法，微米級填
料使復(fù)合材料的楊氏模量增長平緩，而納米級填
料則可使復(fù)合材料的楊氏模量大幅上升。這是由
于納米材料的比表面積大，表面原子數(shù)占原子總
數(shù)比例大，使納米材料易于與聚合物充分吸附、鍵
合。

標(biāo)簽：復(fù)合材料納米橡膠