碳纳米管炭黑天然橡胶复合材料的性能分析

2018-12-21 13:27作者:王噶子  |

碳纳米管是直径为纳米的无缝管状材料,其由一层或多层以一定螺旋角卷曲的石墨片制成。它们具有独特的机械性能,如、电气、,这是一种理想的橡胶增强填料。碳纳米管复合材料的制备和应用以及如何实现碳纳米管的大规模应用已成为研究热点,但关于碳纳米管/炭黑与增强NR化合物的动态和导热性的报道很少。这项工作研究了碳纳米管/炭黑/天然橡胶(NR)复合材料的性能。

1个实验

1.1主要原料

碳纳米管,等级Flotube7000和9011,基本参数见表1,北京天奈科技有限公司产品; NR,云南天然橡胶工业有限公司产品;炭黑N660,天津海豚炭黑有限公司产品。

1.2试验配方

NR100,炭黑N66022.5,氧化锌5,硬脂酸2,抗老化剂RD1.5,抗老化剂40201.5,硫0.7,不溶性硫IS70200.88,促进剂CZ1.2,碳纳米管(品种)10 。

1.3样品制备

通过机械混合制备碳纳米管/炭黑/ NR复合材料。将轧机的轧辊间隙调整到最小,并将NR薄道咀嚼4次,并依次加入氧化锌。、硬脂酸、抗老化剂、碳纳米管和炭黑、促进剂和硫磺,均匀混合,下片。混合时间严格控制在12分钟内,混合温度低于50℃,以防止橡胶过度精炼。混合完成后,将橡胶停放16小时。用北京环风化工机械实验厂生产的P3555B2型盘式硫化机测量t90。

使用湖州东方机械有限公司制造的XLBD350350扁平硫化机硫化橡胶混合物,硫化条件为143℃90℃。

1.4试验分析

1.4.1透射电子显微镜(TEM)分析

将硫化橡胶在低温下进行冷冻切片,并使用微网收集橡胶片。使用由Hitachi,Ltd。生产的H-800型TEM和由JEOL制造的JEM-3010型高分辨率TEM(HRTEM,加速电压300kV)观察填料在橡胶基质中的分散。

1.4.2物理性质

深圳市新三思材料检测有限公司生产的CMT4104电子拉伸机按国家相应标准进行了物理性能测试。将厚度为2mm的硫化橡胶样品切成中等宽度为6mm的哑铃形状,拉伸速率为500mmmin -1。 。

1.4.3动态力学性能

使用Alpha Technology Co.,Ltd。制造的RPA2000橡胶加工分析仪进行橡胶化合物和硫化橡胶的应变()扫描,测试条件为:应变0.28%至100%,频率1Hz,测试温度60 C。橡胶应变应变扫描研究了不同橡胶复合体系的Payne效应和内部填料网络的变化。采用硫化橡胶应变扫描研究了不同橡胶复合体系中损耗因子(tan)随应变的变化。首先在空腔中硫化橡胶,硫化时间是在相应温度下的正硫化时间。1.4.4动态压缩性能

采用北京万辉科技发展有限公司生产的YS-III压缩疲劳试验机,按照国家相应标准测试动态压缩性能。试验条件为:行程4.45mm,载荷1MPa,温度55℃。

1.4.5导热系数

使用美国LaserComp公司制造的HC-110热导率计,根据ASTM D54702006《薄型热导性固体电工绝缘材料传热性的试验方法》进行热导率试验,热板温度和冷板温度分别设定为20℃和40℃。接触压力为414kPa。

2结果与讨论

2.1 TEM分析

碳纳米管炭黑天然橡胶复合材料的性能分析

Flotube7000 / NR复合材料中的大多数碳纳米管都以单一形式出现,没有或只有少数

(b)Flotube9011 / NR附聚物,碳纳米管分散更均匀,管长; Flotubeb?9011在复合材料中仍然表现为较大的附聚物,并且分散效果差。炭黑在橡胶基质中具有一定的分散效果,并且分散相对均匀,但在大放大倍数(50,000倍)下,仍然可以发现一些聚集体。

碳纳米管/炭黑/ NR复合材料的HRTEM照片如图3所示。从图3中可以看出,炭黑很好地分散在Flotube 7000 /炭黑/ NR复合材料和炭黑中。聚合物小于198橡胶工业,第62号,第4期,2015年,并且Flotube 7000均匀地分散在橡胶基质中,并且碳黑色颗粒夹在碳纳米管之间;在Flotube9011 /炭黑/ NR复合材料中炭黑具有大量聚集体,并且由于Flotube 9011在橡胶基质中分散性差,因此缠结现象是明显的,并且碳质材料也是相同的。炭黑倾向于接近碳纳米管,导致填料的显着积累。结合Flotube 7000和Flotube 9011在橡胶基质中的分散,可以得出结论,在碳纳米管/炭黑/ NR复合材料中,碳纳米管在橡胶基质中的良好分散可促进炭黑的分散在复合材料中。

(b)Flotube9011 /炭黑/ NR

2.2物理性质

与炭黑/ NR复合材料相比,碳纳米管/炭黑/ NR复合材料的拉伸应力显着增加,Flotube7000 /炭黑/ NR和Flotube9011 /炭黑/ NR复合材料的300%屈服应力分别增加了137 %和85%,这也表明碳纳米管可以增强复合材料。

碳纳米管的添加降低了复合材料的拉伸强度。这主要是由于在碳纳米管和炭黑的橡胶基质中形成某些填料聚集体。这些聚集体往往会在压力下产生应力集中点。在拉伸过程中首先发生破坏,从而降低复合材料的拉伸强度。此外,随着碳纳米管的添加,复合材料的硬度显着增加。上午。 Shanmugharaj等人。相信具有高比表面积的纳米颗粒(例如碳纳米管)可以在橡胶基质中添加额外的物理交联缠结,从而显着增加材料的硬度。2.3动态力学性能

在初始应变下,炭黑/ NR、Flotube7000 /炭黑/ NR和Flotube9011 /炭黑/ NR复合材料的储能模量和储能模量之间的差值(G)分别为72.85,285.25和227.67kPa。随着碳纳米管的加入,复合材料的G生长明显,这表明在碳纳米管/炭黑/ NR复合材料中,Flotube7000在橡胶基体中的良好分散可以促进炭黑在复合材料中的分散。 。形成填充网络结构更容易。

炭黑/ NR和碳纳米管/炭黑/ NR复合材料的Tan-lg曲线。炭黑/ NR、Flotube7000 /炭黑/ NR和Flotube9011 /炭黑/ NR复合材料的压缩疲劳温度升高分别为5.3,28.4和22.2℃。可以看出,碳纳米管/碳与炭黑填充NR相比,黑/ NR复合材料的压缩疲劳温升急剧增加。复合材料的动态压缩发热主要与材料、填料的内填料与橡胶大分子链摩擦和橡胶大分子链摩擦之间的摩擦有关,另一方面与复合材料的粘弹性滞后有关。 。在一起使用碳纳米管和炭黑之后,、填料和橡胶大分子链的填料之间的摩擦显着增强,导致压缩热产生显着增加,并且碳纳米管Flotube7000 /炭黑/ NR复合网络结构更明显,棕褐色大,因此其压缩发热量高于碳纳米管Flotube9011 /炭黑/ NR复合材料。

2.4导热系数

炭黑/ NR和碳纳米管/炭黑/ NR复合材料的导热系数,炭黑导热系数/ NR、Flotube7000 / NR、Flotube9011 / NR、Flotube7000 /炭黑/ NR和Flotube9011 /炭黑/ NR复合材料NR的增加比例[导热率0.14W(mK)-1]分别为26.9%,53.5%,52.1%,55.7%和73.8%。可以看出,炭黑/ NR复合材料与碳纳米管/ NR复合材料的导热率的添加比率大于碳纳米管/炭黑/ NR复合材料的导热率改善率,并且没有叠加甚至是协同作用。这种关系,但清楚地显示出负的协同效应,即当两种填料一起使用时NR热导率增加的比率小于当单独使用两种填料时NR热导率增加比率的添加比率,通过负协同效应降低导热率。比率可以表示为

S = CNT / CB-(CNT + CB)(1)其中s是两种填料通过负协同效应降低的热导率比,CNT / CB是碳纳米管和炭黑的热导率增加的比率,CNT是碳纳米管的热导率的增加。比率CB是炭黑的导热率的增加率。 1炭黑/ NR; 2碳纳米管/ NR; 3碳纳米管/炭黑/ NR。图6.炭黑/ NR和碳纳米管/炭黑/ NR复合材料的导热系数。 Flotube 7000 /炭黑和Flotube 901 /炭黑的s分别计算为-24.7%和-5.2%。碳纳米管和炭黑的组合对复合材料的导热性具有一定的负协同效应。对于Flotube7000,负协同效应更为显着。该分析认为,复合材料中的热传递主要受声子振动传导的影响,并且强界面散射(、碳纳米管与橡胶基质之间的声子共振频率在、碳纳米管与碳纳米管之间的炭黑之间)将会削弱填料之间的传热,以及碳纳米管和炭黑也将很好地分散在橡胶基质中。在填料和填料之间,、填料和橡胶基质之间的界面散射更明显。炭黑的加入严重影响了Flotube 7000的导热网络,使其负协同效应更加显着。在Flotube9011 /炭黑/ NR复合材料中,碳纳米管和炭黑在橡胶基体中的团聚是明显的,填料和填料之间的填充物与填料和填料之间的橡胶基体之间的界面散射很弱,炭黑Flotube 9011热网络的加入干扰较小,因此Flotube 9011与炭黑结合的负协同效应并不明显。 H.Moustafa等人。发现在NR中加入大量碳纳米管后,碳纳米管分散性差的复合材料的导热系数甚至高于分散复合材料的导热系数,不考虑声子。连续振动传递是橡胶复合材料导热系数变化不大的主要原因。

上一篇:不完全类别信息下多属性决策的案例研究方法
下一篇:叉车制动系统改进技术研究