改性碳納米管在甲基乙烯基硅橡膠中的應用

劉吉超，鄧 濤

（青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042）

甲基乙烯基硅橡膠（MVQ）的耐熱性能、耐寒性能、耐臭氧性能和耐氣候性能較好，且具有優良的電絕緣性能[1]。

改性碳納米管（CNTs）由于碳原子上P電子形成大范圍離域π鍵，共軛效應顯著[2]，具有優異的電學性能。采用改性CNTs補強的硅橡膠物理性能和導電性能較好[3]，適用于生產需要導靜電而又可在較寬溫度范圍內使用的橡膠制品。

本工作研究改性CNTs和復配CNTs（炭黑與改性CNTs按用量比3/1共混）用量對MVQ性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

MVQ，美國道康寧公司產品；改性CNTs，山東大展納米材料有限公司產品。

1.2 配方

MVQ 100，白炭黑 30，硫化劑雙25 0.8，改性CNTs（復配CNTs） 變量。

1.3 主要設備和儀器

X（S）160A型兩輥開煉機，青島化工機械廠產品；LCM-3C2-G03-LM型平板硫化機，佳鑫電子設備科技（深圳）有限公司產品；TD6001型稱量天平，余姚市金諾天平儀器有限公司產品；GTM2000-A型密閉模無轉子硫化儀、GT-7010-AR型氣壓自動切片機、AI-7000M型電子拉力試驗機和GT-XB 320M型電子比重天平，中國臺灣高鐵科技股份有限公司產品；HD-10型測厚儀，上海化工機械四廠產品；LX-A型硬度計，上海化六中量儀廠產品；MZ-4060型DIN磨耗機，江蘇明珠試驗機械有限公司產品；高阻計，上海精科天美公司產品；導熱儀，美國TA公司產品。

1.4 試樣制備

膠料混煉工藝為：生膠→白炭黑→硫化劑雙25→下片。混煉膠停放16 h后返煉，采用無轉子硫化儀測試硫化特性。采用平板硫化機進行硫化，硫化條件為170 ℃/10 MPa×t90。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

改性CNTs用量對混煉膠硫化特性的影響如表1所示。從表1可看出：隨著改性CNTs用量增大，混煉膠的MH-ML增大，表明其硫化程度提高；t90延長，說明改性CNTs可能具有延遲硫化作用。

表1 改性CNTs用量對混煉膠硫化特性的影響（170 °C）

復配CNTs用量對混煉膠硫化特性的影響如表2所示。由表2可知，復配CNTs用量對混煉膠硫化特性的影響與改性CNTs基本相同。

表2 復配CNTs用量對混煉膠硫化特性的影響（170 °C）

2.2 物理性能

2.2.1 邵爾A型硬度和撕裂強度

改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠邵爾A型硬度和撕裂強度的影響如圖1和2所示。從圖1和2可以看出：隨著改性CNTs增大，改性CNTs補強硫化膠和復配CNTs補強硫化膠的邵爾A型硬度呈增大趨勢，且后者大于前者；改性CNTs補強硫化膠的撕裂強度先減小后增大，這可能與CNTs的分散以及混煉時的雜質和氣泡有關；復配CNTs補強硫化膠的撕裂強度變化不大。

圖1 改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠邵爾A型硬度的影響

圖2 改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠撕裂強度的影響

2.2.2 100%定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率

改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠100%定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率的影響如圖3—5所示。從圖3—5可以看出：隨著改性CNTs用量增大，改性CNTs補強硫化膠和復配CNTs補強硫化膠的100%定伸應力增大，拉伸強度變化不大，拉斷伸長率呈減小趨勢，且基本上后者大于前者。

圖3 改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠100%定伸應力的影響

圖4 改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠拉伸強度的影響

圖5 改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠拉斷伸長率的影響

2.2.3 DIN磨耗量

改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠DIN磨耗量的影響如圖6所示。從圖6可以看出，隨著改性CNTs用量增大，改性CNTs補強硫化膠和復配CNTs補強硫化膠的DIN磨耗量基本不變且相等。

圖6 改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠DIN磨耗量的影響

2.3 導電性能

改性CNTs用量對硫化膠電阻率的影響如圖7所示。從圖7可以看出，隨著改性CNTs用量增大，硫化膠的表面電阻率和體積電阻率均減小，但整體變化不大。

圖7 改性CNTs用量對硫化膠電阻率的影響

復配CNTs用量對硫化膠電阻率的影響如表3所示。從表3可以看出，隨著改性CNTs用量增大，硫化膠的表面電阻率和體積電阻率均顯著減小，這可能是因為復配CNTs中的炭黑形成了導電通路。

表3 復配CNTs用量對硫化膠電阻率的影響

2.4 導熱性能

改性CNTs和復配CNTs用量對硫化膠熱擴散率和熱導率的影響如表4和5所示。從表4和5可以看出：隨著改性CNTs用量增大，改性CNTs補強硫化膠和復配CNTs補強硫化膠的熱擴散率和熱導率均增大，導熱性能提高；改性CNTs用量一定時，復配CNTs補強硫化膠的熱擴散率和熱導率大于改性CNTs補強硫化膠。

表4 改性CNTs用量對硫化膠導熱性能的影響

表5 復配CNTs用量對硫化膠導熱性能的影響

3 結論

（1）隨著改性CNTs用量增大，改性CNTs補強混煉膠的硫化程度提高，t90延長；硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應力、撕裂強度、熱擴散率和熱導率增大，拉伸強度和DIN磨耗量變化不大，拉斷伸長率減小，表面電阻率和體積電阻率減小但整體變化不大。

（2）隨著改性CNTs用量增大，復配CNTs補強膠料的性能變化規律與改性CNTs補強膠料相同。

（3）與改性CNTs補強硫化膠相比，復配CNTs補強硫化膠的物理性能、導電性能和導熱性能較好。