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理论与研究 毛诗元 等·研磨碳纳米管 / 天然橡胶湿法混炼共沉胶的性能研究

研磨碳纳米管 / 天然橡胶湿法混炼共

沉胶的性能研究

毛诗元，张鑫韬，张晓光，何燕 *
( 青岛科技大学机电工程学院，山东 青岛 266061)

摘要 ： 本文通过制备不同研磨遍数的碳纳米管 (CNTs) 与天然橡胶 (NR) 湿法混炼共沉胶，分析共沉胶物理机械性能、硫化性
能和动态力学性能。结果表明 ：在湿法混炼共沉胶中，随着填料中碳纳米管研磨遍数的增大，胶料的焦烧时间以及正硫化时间逐
渐缩短，力学性能更佳。动态力学性能分析显示，研磨后的碳纳米管在湿法混炼天然胶中的分散更好。
关键词 ： 碳纳米管 ；研磨 ；湿法混炼 ；天然橡胶
中图分类号 ： TQ330.73 文章编号 ： 1009-797X(2020)15-0001-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2020.15.005

长久以来，填料 / 聚合物复合材料主要通过机械 表 2 实验主要仪器设备
混炼法制备，但是混炼过程中容易出现粉体飞扬的现 设备名称 规格及型号 生产厂家
平板硫化机 MZ-3012 江苏明珠试验机械有限公司
象，不仅污染环境、浪费物料且在混炼过程中会耗费 无转子硫化仪 MDR2000 美国阿尔法科技有限公司
大量能源 [1~2] 。此外机械混炼过程中出现的分散性差等 纳米砂磨机 LC-W-3L 东莞琅驰机械设备有限公司
橡胶加工分析仪 RPA2000 美国阿尔法科技有限公司
问题更会严重影响材料性能的发挥。经前期实验探索， 厚度计 HD-10 上海化工机械四厂
硬度计 XY-1 上海化工机械四厂
应用先进的湿法混炼工艺较为简易的成功制备出性能
电子拉力机 AI-7000-M 中国台湾高铁科技股份有限公司
较好的碳纳米管 / 天然橡胶复合材料。然而通过前期 DIN 磨耗试验机 GT-7012-D 中国台湾高铁科技股份有限公司
动态力学分析仪 DMAQ800 美国 TA 公司
探索我们发现，由于碳纳米管是典型的零维和一维填
料，即使相比于机械混炼来说湿法混炼有助于促进分 1.3 实验配方
散，但自身难分散的特性仍会使复合材料内部出现团 实验配方如表 3 所示。
聚所带来的微小缺陷，在拉伸过程中出现应力集中效 表 3 实验配方
编号 1# 2# 3# 4# 5# 6#
应，使材料过早失效。本文通过机械研磨法，分别采
研磨遍数 5 遍 10 遍 15 遍
用不同研磨遍数对碳纳米管进行物理改性，再与炭黑 天然胶乳 100 100 100 100 100 100
炭黑 35 30 35 30 35 30
进行分散后通过湿法混炼制备碳纳米管 / 天然橡胶复 碳纳米管 6 8 6 8 6 8
合材料，以期进一步提高性能，达到实际应用标准。
1.4 试样制备
首先将碳纳米管与纯化水充分混合后放入纳米砂
1 实验部分
磨机内研磨相应遍数，取出后与炭黑充分混合，将混
1.1 主要原料
合填料加入到纯化水中，高速搅拌一段时间得到分散
实验所用原料如表 1 所示。
均匀且稳定的炭黑 / 碳纳米管填料分散液。将 100 份
表 1 实验主要原料
天然胶乳缓慢加入到制备好的分散液中，均匀混合成
原料 牌号 生产厂家
天然胶乳 STR 20 泰国黄春发有限公司 胶乳混合液，絮凝、共沉后取出共沉胶。然后将湿法
碳纳米管 GT-300 山东大展纳米材料有限公司
炭黑 N220 江西黑猫炭黑股份有限公司 混炼共沉胶放入 90 ℃干燥箱中干燥 3 h，再将干燥后
配方小料均为市售。
作者简介 ：毛诗元（1995-），男，在读硕士研究生，主要
1.2 主要仪器与设备 从事橡胶加工方面的研究。

实验所用主要仪器设备如表 2 所示。 收稿日期 ：2020-03-16

年
2020 第 46 卷 ·1·