Page 98 - 《橡塑技术与装备》2024年5期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

长径比高、比表面积高的特点，结构稳定，能有效补 试样拉伸强度最高，原因可能为 GT-600 的碳纳米管
强材料的力学性能和导热性能，近几年已经成为受到 内径最大，这使得碳纳米管更易于在橡胶中均匀的分
行业极大管柱的配方补强碳材料之一 [5] 。而现市面上 散，而当内径缩小时，碳纳米管较细，更易形成结团，
常见的碳纳米管一般有 4 种规格（如表 1），不同的长 导致受力不均匀。
径比、比表面积与聚合物的界面结合程度不同，其补 在断裂伸长率方面，GT-300 与 GT-400 断裂伸
强效果也有较大差别，因此进行不同规格补强的混炼 长率较低，其原因是其较大的比表面积与长度限制了
胶试样试制，通过测试优选最优补强性能的碳纳米管 橡胶分子链，导致整体的柔顺性低。而 GT-200 的长
规格。 度较短，分子链伸长时受到的阻碍较小，断裂伸长率
较高。GT-600 断裂伸长率的升高则与其管径较大有
关。
硬度方面，GT-200 碳纳米管补强试样硬度最低，
GT-300 最高，可见管长的增加有利于界面结合力的
提升。
通过橡胶各类性能的对比，性能最佳点赋予 4 分，
最低赋予 1 分，通过得分相加（表 2），GT-300 规格
碳纳米管的综合性能为最好的，因此选择 GT-300 规
格碳纳米管最为填充补强材料。
表 2 各规格碳纳米管性能得分表
性能指标 得分
规格 GT-200 GT-300 GT-400 GT-600
图 2 碳纳米管微观结构 门尼黏度 3 4 2 1
拉伸强度 1 3 2 4
断裂伸长率 4 2 1 3
表 1 碳纳米管规格 [6] 硬度（邵 A） 1 4 3 2
2
碳纳米管型号 内径 /nm 长度 /μm 比表面积 /m ·g -1 纯度 /% 总计 9 13 8 10
GT-200 12~15 0.5~5 280 96
GT-300 12~15 3~12 230 96
GT-400 25~30 2~8 200 98 1.2 碳纳米管与炭黑配比对橡胶复合材料性
GT-600 50~60 2~8 100 95
能的影响
橡胶材料常用的填料是炭黑、白炭黑，而碳纳米
1.1 不同规格碳纳米管增强的性能对比 [7]
管是近年来新兴的补强性能杰出的一种 ，碳纳米管
对使用不同规格的碳纳米管形成的混炼胶使用门
的虽然性能优异，而高聚物中只填充碳纳米管时，各
尼黏度计、拉伸测试器、硬度计等进行物化性能测试，
方面性能并不理想，所以碳纳米管需要与其他填料混
对比性能进行优选，四种不同规格碳纳米管混炼胶的
合使用。本研究以 AFLAS 氟橡胶材料邵尔 A 硬度 70
性能如图 3 所示。
标准配方为基础，更改不同的碳纳米管与炭黑比例组
由图 3 分析可得，碳纳米管规格不同，对混炼胶
合，比例组合情况如表 3，门尼黏度测试结果如表 4。
的物化性能具有一定的影响，在门尼黏度上，碳纳米
表 3 碳纳米管与炭黑比例
管的比表面积减小后，门尼黏度呈先增大后减小的趋 比例 0 1:1 1:2 1:2.5 1:3 1:3.5 1:4 1:5 1:6
势，推测可能的原因是当比表面积增大时，碳纳米管 碳纳米管 / 份 0 5 5 5 5 5 5 5 5
炭黑 / 份 40 35 30 27.5 25 22.5 20 15 10
与四丙氟橡胶的接触面积逐渐增大，两者形成的界面
力也将增大，限制橡胶大分子链的运动，导致流动性 表 4 不同比例碳纳米管与炭黑混炼胶的门尼黏度检测结果
降低。门尼黏度在 GT-300 规格出现峰值，原因可能 比例 0 1:1 1:2 1:2.5 1:3 1:3.5 1:4 1:5 1:6
门尼
是 GT-300 比表面积虽然小于 GT-200，但是其长度 黏度 57.21 82.10 71.76 67.47 63.51 64.49 59.74 54.34 51.57
大于 GT-200，碳纳米管更容易与橡胶大分析链缠结，
其长度的影响导致该处出现较大的峰值。 通过表 4 结果可知，除去未添加碳纳米管的试样，
在拉伸强度方面，使用 GT-600 配方补强的橡胶 其他试样的门尼黏度随着碳纳米管的比例上升而降低，

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·42· 第 50 卷 第 期