摘要
本研究对碳纳米管（CNT）难于在金属分散的问题，采用酸处理、橡胶乳液共混、高能球磨以及搅拌摩擦加工（FSP）分别进行了尝试。研究表明液相法（酸处理和橡胶乳液共混法）虽能制备CNT分散均匀的铝基复合材料，但CNT含量很难提高。相比之下，塑性变形法（高能球磨和FSP）能获得CNT含量较高且分散均匀的铝基复合材料，然而，塑性变形过程中CNT剪断较严重。少量添加CNT可以显著提高铝基复合材料强度，强化机制主要是细晶强化、载荷传递。橡胶复合材料方面， CNT成功应用于聚合物基复合材料所面临的两大挑战是碳纳米管表面惰性及缠结严重难于分散。为提高CNT表面活性同时避免其功能性及力学强度的减少，本课题工作发展了两种低结构损伤表面官能化方法：（1）利用多巴胺天然氧化聚合反应在CNT表面形成聚多巴胺纳米层；（2）利用冷等离子体活化聚合技术在CNT表面接枝聚丙烯酸。采用乳液复合法（LCM）制备了CNT增强天然橡胶（NR）复合材料。结果发现，聚多巴胺改性碳管（PDA-CNT）在用量不超过5phr情况下可在NR基体中实现均匀分散。通过机械共混法将CNT复合入橡胶中制备复合材料。这种方法应用橡胶工业通用加工装备，便于实现大规模化制备。首次发现：含硫交联助剂可促进CNT解缠结，使其在橡胶中均匀分散。具有一维定向排列结构的碳纳米管束较普通碳管更易在橡胶中均匀分散，且分散后的碳管长度较长，有利于充分发挥碳管的力学及功能特性。通过采用硅烷原位改性技术可实现碳管与橡胶间的界面强化。全面对比研究了采用不同技术制备的碳管增强天然橡胶复合材料的力学、电学及热学性能；研究碳纳米管的纯度、管径、管长度等特性对其增强天然橡胶复合材料力学性能的影响。与风神轮胎集团合作，初步探索研究了将碳管橡胶复合材料应用于高耐久性载重轮胎胎肩胶。
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