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泰州科德橡胶机械-捏炼机:石墨烯在橡胶中的应用

发布时间:2018-03-24 22:06:00 点击:    关键词:密炼机,捏炼机,开炼机,橡胶机械

氧化石墨烯改性蒙脱土对天然橡胶性能的影响

泰州科德橡胶机械-捏炼机2018年3月24日讯  由李何青等可知,以蒙脱土和氧化石墨烯/蒙脱土作为填料制备的天然橡胶复合材料,在考察了混炼胶的硫化性能,硫化胶的力学性能、耐磨性能、溶胀指数和交联密之后,得到如下结果:蒙脱土(MMT)和氧化石墨烯/蒙脱土(MC)均可以提高复合材料的性能,但是MC的效果要好于MMT。含有MMT和MC的胶料,随着添加量的增加,t10和t90出现下降趋势,而硫化指数上升,这是因为改性季铵盐参与了氧化锌、硫磺和各种促进剂的硫化中间络合物的反应,从而提高了硫化速度,而MC/NR高于MMT/NR。这说明石墨烯可以提高MMT在天然橡胶中的分散性能,增加MMT与橡胶分子链之间的相互作用力。

石墨烯对天然橡胶硫化动力学的影响

从JinrongWu等对石墨烯的研究中,我们可以得知,他们首次详细地研究了石墨烯对使用硫磺硫化体系的天然橡胶的硫化动力学的影响。他们通过改性胶乳混合的方法制备石墨烯/天然橡胶纳米复合材料,得到的结果是,这种方法有效地使石墨烯在天然橡胶中分散开来,硫化仪和DSC测试的结果表明天然橡胶中少量石墨烯的加入就使天然橡胶的硫化动力学发生了很大的变化,硫化过程的诱导期受到了抑制,然后明显的发生下降,在相同的硫化时间的条件下,硫化速度首先增加而后降低。这两方面的因素的影响导致了很好固化时间的显著减小而后有轻微的上升。在硫化时,未填充天然橡胶和含有≤0.3phr石墨烯的石墨烯/天然橡胶纳米复合材料都展现了一个单独的放热峰,然而在含有更多的石墨烯时却分裂成双峰,并猜测可能的原因是硫化剂的物理扩散。因此,两个放热峰归因于两个反应阶段,即化学反应控制阶段和扩散控制阶段。化学反应控制阶段较扩散阶段拥有更低的活化能,石墨烯的加入降低了化学反应控制阶段的活化能,而对扩散控制阶段的活化能有着相反的作用。后,他们猜测了一种机理来解释石墨烯对天然橡胶的促进作用。

为了应对橡胶材料新的应用需求,WangXing等研究了通过改性胶乳混合的方法制备具有多功能的石墨烯/丁苯橡胶(GE/SBR)纳米复合材料,而且增强了它的机械强度。他们发现GE和SBR之间有很强的界面相互作用,且GE/SBR纳米复合材料拥有增强了很大的机械强度、低的热积累、增强了的耐磨性和热稳定性、卓越的气体阻隔性和导电性。这些性能使GE/SBR纳米复合材料成为一种有前途的新材料,它可以用于绿色轮胎和电子包覆层。

减热氧化石墨烯的制备及天然橡胶性能的影响

据Aguilar等报道,加工工艺是一种制备天然橡胶(NR)和减热氧化石墨烯(TRGO)复合材料革新的选择。为了使材料的性能得到提升,不可或缺的是制备稳定的TRGO悬浮液。在他们的研究中,探究了作为离子型的十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子型的聚丙二醇-环氧乙烷共聚物127这两种表面活性剂对TRGO在NR中的分散以及对物理机械性能的影响。结果表明,被增强了的天然橡胶纳米复合材料和拥有优异物理机械性能的减热氧化石墨烯通过胶乳加工工艺被制备出来,并且SDS表面活性剂对于制备这种表面活性剂是非常完美的。在SDS存在的条件下制备稳定的TRGO悬浮液,这使得纳米填料在胶乳基体中均匀分散开来,这对材料性能的提高是至关重要的。含有3phr TRGO的纳米复合材料在高应变的条件下,强度提高了近400%,并且形成了导电值接近10-6S/cm的电子渗透网络。

纳米石墨烯片对天然橡胶/三元乙丙橡胶复合材料性能的影响

Jeefferie等研究了聚乙撑亚胺(PEI)的吸附对纳米石墨烯片在天然橡胶/三元乙丙橡胶(NR/EPDM)纳米复合材料性能上的影响。利用PEI的非公价表面处理的灵巧方法适用于改性石墨烯纳米片(GNPs)。由于活性化学表面的出现和受到改性纳米填料混合物基体的附加的橡胶-填料间的相互作用的诱导,GNPs-PEI的加入可以增强NR/EPDM的加工性能。GNPs-PEI很好地成为一种增强剂和弹性改良剂在GNPs-PEI和NR/EPDM之间的极性相互作用使PEI吸附在GNPs上。另外,由于吸附的PEI的填料记忆效应增强了小片的分散,以此在拉伸负载期间促进了独特的应力分布。填充的NR/EPDM混合物机械性能的增加不仅与混合物的交联特性有关,并且与介绍到的改性GNPs-PEI在混合物基质中其他机理有关。另外,GNPs-PEI优良的分散性为增强混合物的抗溶剂渗透性提供了曲折的方法。GNPs-PEI展示了一种与强的橡胶-填料联接相匹配的极性,这也是破裂面出现纳米级粗糙度的原因。     

2.5 氧化石墨烯对硅橡胶性能的影响

潘良等根据“微纳米结构”和“复合”     的设计特点,以室温硫化硅橡胶(RTV)为基体,以化学修饰的多壁碳纳米管(o-MWCNTs)和氧化石墨烯(GO)为导电介质,用旋涂法在叉指电极上固定o-MWCNTs/GO/RTV复合薄膜,制成湿敏元件。由FTIR和TEM分析可知,混酸处理后的碳纳米管端口打开,比表面积增大,侧壁和开端处产生羧基和羟基等官能团,有利于水分子的吸附,同时也有利于与GO表面的基团作用,形成三维的微纳米结构,从而提高了碳纳米管与硅橡胶基体的相容性;分散性的观察结果表明,o-MWCNTs/GO分散均匀且稳定。湿敏性能研究结果表明,在室温下,GO与o-MWCNTs的质量比为1:3时复合薄膜具有较高的灵敏度和线性的感湿特性,其灵敏度为0.3152%RH;响应和恢复时间较短,分别为4s和27s,呈现出快速的吸湿与脱湿的响应速度。研究表明,o-MWCNTs/GO/RTV复合薄膜是较理想的湿度敏感材料,其传感器可以应用于很宽泛的湿度环境中检测。

改性氧化石墨烯的制备及天然橡胶的改性

汤银银等采用硅烷偶联剂KH-550对氧化石墨烯进行改性,目的在于克服其易团聚的缺陷及提高在橡胶基体中的分散性。经干燥研磨后的改性氧化石墨烯以机械共混的方法添加到橡胶中,制备改性氧化石墨烯/天然橡胶复合材料,研究其分散性,以及复合材料的力学性能、动态性能和动态生热性能。研究表明,经硅烷偶联剂KH-550改性后的氧化石墨烯层间距增大,结晶性减弱,可以有效地改善氧化石墨烯易团聚的性能,且提高了其在天然橡胶中的分散性和界面结合性。改性氧化石墨烯/天然橡胶复合材料的焦烧时间和正硫化时间较氧化石墨烯/天然橡胶复合材料的缩短,大扭矩提高,说明改性后的氧化石墨烯提高了其与橡胶的交联程度。与氧化石墨烯/天然橡胶复合材料相比,改性氧化石墨烯/天然橡胶复合材料的100%定伸应力、300%定伸应力拉伸强度均有所提高。随着氧化石墨烯、改性氧化石墨烯添加量的增加,氧化石墨烯/天然橡胶和改性氧化石墨烯/天然橡胶复合材料的动态温度和损耗因子均逐渐升高,且氧化石墨烯/天然橡胶的比改性氧化石墨烯/天然橡胶的高。

石墨烯/橡胶纳米复合材料的研究进展

乌皓等对比了几种不同复合方式制备复合材料的优缺点及性能差异,分析了所存在的问题及未来研究方向。通过对近几年来相关研究的综述,不难发现对于石墨烯/橡胶纳米复合材料的研究主要呈现以下趋势:(1)复合材料的制备更加注重环保,胶乳共混和机械共混已经成为广泛使用的复合方法。(2)对于复合材料的工业化制备有了一定进展,但距离生产还有很大差距。(3)通过有效的复合手段,可以让石墨烯保持比较好的分散%表现出明显的纳米效应。(4)越来越多的自组装概念被用来解释石墨烯/橡胶复合材料独特的性能,并对性能来进行调控。

同时,对于石墨烯/橡胶纳米复合材料的研究还面临着以下问题和挑战:(1)高质量石墨烯的大批量制备以及石墨烯在基体中的单片层分散仍然是困扰石墨烯复合材料应用的重要问题。(2)大部分研究工作已经建立了复合材料的性能与其结构的初步关系,但是对于石墨烯分散层数与性能的定量关系还缺乏研究。(3)石墨烯/橡胶纳米复合材料虽然在性能上有很大优势,但是与炭黑等传统填料相比,研究仍然停留在实验室阶段,石墨烯/橡胶纳米复合材料的实际应用效果还有待验证。

氧化石墨烯对乳聚丁苯橡胶性能的影响

崔隽雷等利用乳液插层复合法制备氧化石墨烯/乳聚丁苯橡胶(ESBR)复合胶,并应用于工程机械轮胎胎面胶配方中,研究其对胎面胶性能影响。(1)利用乳液插层复合法制备的氧化石墨烯/ESBR复合胶为纳米复合材料。(2)加入氧化石墨烯可延长炭黑/ESBR复合材料的t90,且t90随着氧化石墨烯用量的增大而逐渐延长。(3)氧化石墨烯的加入增强了炭黑/ESBR复合材料的填料网络结构,对Tg影响不大;随着氧化石墨烯用量的增大,纳米复合材料G’和E’增大,tanδ峰值减小。(4)氧化石墨烯的加入改善了炭黑/ESBR复合材料的主要物理性能和耐磨性能。

氧化石墨烯的形态对天然橡胶性能的影响

Giovanna等研究了被隔离的和未被隔离的降解氧化石墨烯的形态学对降解氧化石墨烯/天然橡胶(rGO/NR)复合材料的硫化工艺、透气性和机械性能的影响。通过热压法直接从胶乳的共凝聚制备得到,复合材料中的rGO的隔离分散用TEM成功地观察到,然而,rGO统一的分布出现在开炼机样品的横截面上。特别地,聚硫化物广泛存在于含有被隔离的形态的样品中,并且这些试样出现的几率随着rGO含量的增加而被限制。被隔离的rGO不仅有效地增强了Rgo/NR复合材料的拉伸性能,还降低了它的断裂伸长率。与含有未被隔离网络的rGO/NR复合材料相比,含有被隔离网络的rGO/NR复合材料片材在氧气、水蒸气的阻隔性能上有着重要的优点。这表明填料的形态对决定NR复合材料的性能有着突出的重要作用,并且它是被控制于裁剪多功能材料的性能的主要参数。


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