碳納米管對(duì)氟橡膠性能的影響

萬明順，王定東，李 蘶，信曉慶

（南京七四二五橡塑有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210028）

碳納米管為六元環(huán)網(wǎng)狀石墨片層構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的物理性能、電性能和磁性能，廣泛應(yīng)用于電子材料、儲(chǔ)氫材料和吸附材料等領(lǐng)域[1-3]。據(jù)文獻(xiàn)[4]報(bào)道，碳納米管可顯著提高硅橡膠和氫化丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度。

氟橡膠是一種在主鏈或側(cè)鏈碳原子上含有氟原子的彈性體[5]，具有優(yōu)異的耐高溫性能、耐油性能、耐化學(xué)介質(zhì)性能、耐天候老化性能、電絕緣性能、抗輻射性能和物理性能，廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車、石油、機(jī)械、冶金和化工等領(lǐng)域[6-8]。

氟橡膠的加工工藝與物理性能難以協(xié)調(diào)，導(dǎo)致其應(yīng)用具有局限性。本工作主要研究碳納米管對(duì)氟橡膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

氟橡膠，牌號(hào)2602，昊華晨光杜邦氟材料（上海）有限公司產(chǎn)品；氧化鎂，日本協(xié)和化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社產(chǎn)品；氫氧化鈣，日本井上石灰工業(yè)株式會(huì)社產(chǎn)品；噴霧炭黑，撫順黑又亮炭黑有限公司產(chǎn)品；炭黑N990，中聯(lián)橡膠股份有限公司提供；加工助劑WS280，美國(guó)Struktol公司產(chǎn)品；碳納米管、巴西棕櫚蠟、雙酚AF和促進(jìn)劑BPP，市售品。

1.2 配方

氟橡膠 100，噴霧炭黑 15，炭黑N990 5，氧化鎂 6，氫氧化鈣 6，巴西棕櫚蠟 1，雙酚AF 1.5，加工助劑WS280 0.5，促進(jìn)劑BPP 0.5，碳納米管 變量。

1.3 主要設(shè)備與儀器

XK-160型開煉機(jī)，大連華韓橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XLB-D500×500型平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-M2000-A型硫化儀和AI-3000型電子拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；邵爾A型硬度計(jì)，德國(guó)博銳儀器公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

生膠在開煉機(jī)上塑煉包輥，加入氧化鎂、氫氧化鈣、噴霧炭黑、炭黑N990和碳納米管混煉均勻，薄通6次，繼續(xù)加入雙酚AF和促進(jìn)劑BPP，薄通數(shù)次，下片，停放24 h。膠料硫化分兩段。一段硫化在平板硫化機(jī)上進(jìn)行，硫化條件為170℃×t90。二段硫化在熱空氣中進(jìn)行，硫化條件為230 ℃×16 h。

1.5 性能測(cè)試

邵爾A型硬度測(cè)試采用邵爾A型硬度計(jì)按GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗(yàn)方法 第1部分：邵氏硬度計(jì)法（邵爾硬度）》進(jìn)行測(cè)試；拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率按GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試；壓縮永久變形按GB/T 7759.1—2015《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓縮永久變形的測(cè)定 第1部分：在常溫及高溫條件下》進(jìn)行測(cè)試，壓縮率為25%。耐油性能按GB/T 1690—2010《硫化橡膠或熱塑性橡膠 耐液體試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

碳納米管用量對(duì)混煉膠硫化特性的影響如表1所示。從表1可以看出，隨著碳納米管用量增大，硫化膠的焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間延長(zhǎng)。這是因?yàn)樘技{米管為中空管狀結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，對(duì)液體和氣體的吸附性較強(qiáng)，其用量越大，混煉膠的含水量可能越多，硫化速率越小。

表1 碳納米管用量對(duì)混煉膠硫化特性的影響（170 °C）

2.2 物理性能

碳納米管用量對(duì)硫化膠物理性能的影響如表2所示。從表2可以看出：隨著碳納米管用量增大，硫化膠的邵爾A型硬度和撕裂強(qiáng)度增大，這是因?yàn)樘技{米管的剛度較大，可有效改善硫化膠的撕裂性能；拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率先增大后減??；壓縮永久變形呈增大趨勢(shì)，這可能是因?yàn)樘技{米管的比表面積較大，易發(fā)生自身團(tuán)聚，影響其與橡膠基體的結(jié)合；當(dāng)碳納米管用量為3份時(shí)，硫化膠的綜合物理性能較好。

表2 碳納米管用量對(duì)硫化膠物理性能的影響

與老化前相比，熱空氣老化后添加碳納米管膠料的拉伸強(qiáng)度變化不大，拉斷伸長(zhǎng)率變化率有一定減小，說明其耐熱空氣老化性能較好。這可能與碳納米管優(yōu)異的熱學(xué)性能有關(guān)。

2.3 耐油性能

碳納米管用量對(duì)膠料耐油性能的影響如表3所示。從表3可以看出，在采用ASTM 1#標(biāo)準(zhǔn)油的試驗(yàn)中，與未添加碳納米管的膠料相比，添加碳納米管的膠料邵爾A型硬度變化、拉伸強(qiáng)度變化率和拉斷伸長(zhǎng)率變化率較小，體積變化率變化不大，耐油性能較好。在采用ASTM 3#標(biāo)準(zhǔn)油的試驗(yàn)中，與未添加碳納米管的膠料相比，添加碳納米的膠料拉伸強(qiáng)度下降，邵爾A型硬度變化和體積變化率變化不大，耐油性能一般。

表3 碳納米管用量對(duì)膠料耐油性能的影響

3 結(jié)論

（1）隨著碳納米管用量增大，混煉膠的焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間延長(zhǎng)，硫化速率減?。涣蚧z的邵爾A型硬度和撕裂強(qiáng)度增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率先增大后減小，壓縮永久變形呈增大趨勢(shì)；添加碳納米管的膠料耐熱空氣老化性能和耐油性能較好。

（2）當(dāng)碳納米管用量為3份時(shí)，膠料的綜合性能較好。