Page 46 - 《橡塑智造与节能环保》2019年3期

技术与装备
T echnology & equipment

的纳米复合材料的TEM显微照片。图1a中的纳米复合 利用一个加合模型对混合填充体系的模量进行了
材料是参考文献介绍的方法制备的，系采用硫磺体系 预测，该模型是由Sternstein最先提出了的。而获得的
进行交联，含有60份CB及1份CNT。图1b中的纳米复 混合填料复合材料的预测模量E(ΦCB,ΦCNT），为不
合材料按参考文献的方法制备，采用过氧化物进行交 同成分的总和：基质模量（EIR），以及当填料含量
联，CB和CNT各含有15份。 一定时，由每一种填料单独引起的模量提高（相对于
尽管两者的成分有所不同，硫化体系各异，但在 纯基质）。因此，E(ΦCB,ΦCNT）通过公式（1）来计
显微镜照片中可以明显看出，这两种碳同素异形体之 算：
间存在亲和力：CNT附着在CB聚集体上面，甚至将其 E(ΦCB,ΦCNT)=EIR+[E (ΦCB)-EIR]+[E(ΦCNT)-
中一些封包起来。CB和CNT似乎形成了一种连续的混 EIR] （1）
合填料网络，而CNT 在CB聚集体之间则形成了搭桥。 式中，E(ΦCB)和E(ΦCNT)分别是含有CB或CNT
CNT的高长径比似乎有利于与CB形成连续网络。 的单一填料复合材料的模量，填料含量表示为体积分
数Φ。
很明显，往往含有60份CB的复合材料中添加
CNT，导致初始模量远远大于把含CB和只含CNT的复
合材料的初始模量值简单相加的一个实验性证据。特
别值得一提的是，在更大程度上来讲，随着CNT含量
的增大，含混合填料体系的纳米复合材料的初始模量
会偏离基于该加合模型计算出的值。
2.2 基于白炭黑和OC的混合填料体系
图1 含CB-CNT混合填料体系的纳米复合材料的TEM显微
镜照片（碳同素异形体份数：a.CB60份，CNT I份；b.CB15 2.2.1 纳米复合材料结构
份，CNT15份）
2.1.2 力学行为 表3列出了含70份白炭黑和不同量OC的 IR纳米复
合材料的配方。它们按参考文献介绍的方法制备，采
首先通过拉伸测试考察了基于IR的复合材料的力
用过氧化物体系进行交联。通过TEM分析研究了这些
学性能，这些材料含有60份CB(N326)和不同含量的
纳米复合材料的结构。重点分析了白炭黑和OC的相对
CNT(1~9份），采用硫化体系进行交联。为了便于对
分布。图3表示出两种不同OC含量［8份)(a))和15份
比，则对含相同量CNT，但不含CB的复合材料进行
(b)]的纳米复合材料的高放大倍数TEM显微照片。
了表征。复合材料的初始模量是按应力-应变曲线起始
部分的斜率推算。CNT的含量越高，则在各种不同伸
长下的应力就越大。对于不含CNT(含CB或不含CB）
的相应复合材料，估计模量提高是由于添加了CNT所
致。图2表示出初始模量对CNT含量的依存关系。

图3 基于白炭黑和有机陶土的纳米复合材料的TEM显微镜照
片（a,含8份有机陶土；b,含15份有机陶土）

这两幅显微镜照片表明白炭黑与陶土之间有高亲
和力。而陶土一层层地堆积在白炭黑聚集体上，在其
中起着“桥梁”作用，形成了一种几乎连续的混合填料
网络。如同上面对含CNT的纳米复合材料的评述，陶
土的高长宽比有利于混合填料网络的形成。
图2 基于硫磺硫化IR的纳米复合材料的初始模量值E 与CNT 2.2.2 力学行为
体积分数的关系

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