摘要
碳纳米管是由碳原子sp2杂化结构组成的单层或多层卷曲石墨片同心圆柱结构，直径在纳米尺度，长度在微米级，长径比很大，具有高模量、低密度、高柔性和高导热导电等优良性能，应用于橡胶复合材料不仅可以增强橡胶材料的定伸应力、拉伸强度、耐磨性，而且可以提高橡胶材料的导热性能、导电性能等，可以应用于导热轮胎，热界面材料等。因此研究碳纳米管橡胶复合材料在科研及生产都具有重大的意义。本论文的主要工作及结论如下: 1.使用简单有效的球磨方法，控制不同的球磨时间得到了不同程度短切的多壁碳纳米管，对短切碳纳米管进行了电镜观察、长度测量和统计、BET比表面积、Raman光谱等表征。结果表明，球磨能够有效地降低碳纳米管的长度，球磨时间为16h时，可以将碳纳米管的平均长度降到300nm以下，比表面积由207m2/g提高到了248m2/g，拉曼光谱所测试的振动峰变化微弱，我们认为，球磨在16h之内对碳纳米管的大部分石墨结构影响较小。 2.制备了不同程度短切碳纳米管天然橡胶复合材料，进行了力学性能、Payne效应、导热性能的表征。随着碳纳米管长度的降低，天然橡胶复合材料的定伸应力和硬度下降，扯断伸长率提高;填料网络结构强度降低;导热率在球磨时间小于5h时基本保持不变，球磨时间增加后导热率下降。选取原始碳纳米管与球磨16h碳纳米管，研究了不同填充份数对复合材料性能的影响，并与炭黑N234进行了对比。随着填料份数的增强，增强效果及导热率提高明显，但原始碳纳米管对于材料拉伸性能影响较大，填充份数为20phr时，严重降低了材料的扯断伸长率，损害了橡胶的弹性，短切碳纳米管复合材料的力学性能和导热性能均适中。炭黑填充天然橡胶的力学性能和导热性能均低于相同份数的碳纳米管填充天然橡胶。制备了填充份数为15phr、30phr、60phr的原始碳纳米管、短切碳纳米管、炭黑填充天然橡胶，使材料硬度相一致，但炭黑复合材料的耐磨性、抗切割性、压缩疲劳生热性能综合较好，分析认为碳纳米管在橡胶基体中自身形成刚性网络结构，随着长度的降低网络结构强度降低，而炭黑与橡胶分子链共同形成了有弹性的网络结构，三类填料的增强机理不同。 3.选取球磨时间为15min,60min,5h，填充份数为5phr、10phr、20phr，制备了不同程度短切碳纳米管丁苯橡胶复合材料，考察了力学性能、导热性能、导电性能以及压缩疲劳生热性能。丁苯橡胶为非自增强橡胶，碳纳米管对其力学性能提高明显，填充份数越高，增强效果越明显，在小应变下对拉伸应力的提高远远高于相同份数的炭黑，导热导电性能也有大幅提升，但压缩疲劳生热温升提高。在相同的份数下，随着球磨时间的增加，材料的定伸应力有所降低，扯断伸长率和拉伸强度有所提高;球磨时间在1h之内，短切碳纳米管复合材料导热率能够保持，但保持程度随着填充份数的提高而降低;体积电阻率随着球磨时间的提高逐渐升高，导电能力下降;压缩疲劳生热温升有降低的趋势。
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