7大類納米粉體材料在液體硅橡膠中的應(yīng)用

 

　　由于純液體硅橡膠的物理機(jī)械性能非常差，一般需要經(jīng)過增強(qiáng)改性以滿足實(shí)際應(yīng)用需求，其中添加增強(qiáng)填料無(wú)疑是最為簡(jiǎn)潔便利的方法。常用的納米填料主要有納米二氧化硅、納米碳酸鈣、有機(jī)蒙脫土、碳納米管和石墨烯、納米氧化鋅、納米二氧化鈦、碳化硅、氧化鋁及納米銀線等?！　　　?、納米二氧化硅（SiO2）　　納米SiO2合成的方法主要以氣相法和沉淀法為主，采用氣相法制備的納米SiO2表面羥基少，粒徑均勻，分散性較好。祝智敏等以氣相法SiO2作為增強(qiáng)填料，發(fā)現(xiàn)添加10份SiO2后，液體硅橡膠的物理機(jī)械性能有明顯的提高，邵爾A硬度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度可分別達(dá)到40、1.6MPa、1.4MPa；經(jīng)過老化后剪切強(qiáng)度沒有顯著的變化。　　　　由于氣相法SiO2的成本較高，因此成本較低的沉淀法SiO2備受關(guān)注。沉淀法SiO2含水量較高，表面羥基數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣相法SiO2，使得沉淀法SiO2的表面活性很高，極易發(fā)生團(tuán)聚，不利于在橡膠基體中分散，因此為了解決這一問題通常采用物理或者化學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行表面改性，阻止團(tuán)聚現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高其分散性?！　　　i等開發(fā)了一種液相原位表面修飾的改性方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過修飾后的沉淀法SiO2與液體硅橡膠基體的相容性有了極大地提高，對(duì)于液體硅橡膠增強(qiáng)效果不亞于氣相法SiO2，從而拓寬了沉淀法SiO2的應(yīng)用前景?！　　　?、納米碳酸鈣　　　　納米碳酸鈣具有粒徑小、比表面積高、表面活性高、填充量大及利于加工等優(yōu)點(diǎn)，其作為橡膠增強(qiáng)填料不僅成本低廉，而且表現(xiàn)出很好的增強(qiáng)增韌、殺菌消毒等效果，因此納米碳酸鈣作為一種常見的增強(qiáng)填料被廣泛應(yīng)用于液體硅橡膠?！　　　in等以納米碳酸鈣作為液體硅橡膠的增強(qiáng)填料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米碳酸鈣的添加量為100份時(shí)，硅橡膠的拉伸強(qiáng)度與未增強(qiáng)硅橡膠相比提高了4.4倍，扯斷伸長(zhǎng)率提高了3倍，同時(shí)耐熱氧老化性、耐油性也有顯著的提高，表明納米碳酸鈣具有突出的增強(qiáng)效果。　　　　3、有機(jī)蒙脫土（OMMT）　　　　蒙脫土（MMT）是一種典型的層狀硅酸鹽，在橡膠工業(yè)中是一種較為常見的增強(qiáng)填料。為提高M(jìn)MT與硅橡膠的相容性，通常對(duì)其進(jìn)行有機(jī)改性以制得OMMT。研究發(fā)現(xiàn)，OMMT可以很好地分散在硅橡膠基體中，從而大幅提升硅橡膠的物理機(jī)械性能?！　　　ang等通過溶液插層法制備了OMMT/液體硅橡膠復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的物理機(jī)械性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣相法SiO2/液體硅橡膠復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)分析表明，OMMT在橡膠基體中呈現(xiàn)剝離態(tài)結(jié)構(gòu)。　　　　4、碳納米管（CNT）　　　　由于CNT長(zhǎng)徑比大、模量高以及極高的韌性和較低的密度，使其一直以來(lái)備受關(guān)注，因而CNT在液體硅橡膠增強(qiáng)領(lǐng)域的研究也越來(lái)越廣泛?！　　　rogley等研究發(fā)現(xiàn)，用SWNT增強(qiáng)液體硅橡膠的初始模量隨著SWNT添加量的增加而增大；SWNT的高長(zhǎng)徑比、低密度及其在橡膠基體中良好的分散性對(duì)復(fù)合材料具有突出的增強(qiáng)效果。此外，許多研究表明，用CNT對(duì)硅橡膠起到增強(qiáng)效果的同時(shí)還賦予了硅橡膠一定的導(dǎo)熱性?！　　　?、石墨烯　　　　石墨烯是一種以sp2碳原子雜化而成的具有六邊形點(diǎn)陣排列的一類二維納米材料，其具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)以及物理機(jī)械性能，且性能穩(wěn)定，來(lái)源廣泛，制備簡(jiǎn)單，是一種非常理想的功能性填料?！　　　hao等采用乙烯基三乙氧基硅烷（TEVS）修飾氧化石墨烯（GO），通過原位法制備了TEVS－GO/液體硅橡膠，結(jié)果表明，當(dāng)TEVS-GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，液體硅橡膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度比純液體硅橡膠分別提高了2.3倍、2.79倍及1.97倍；同時(shí)失重10%的熱分解溫度提高了16℃，TEVS-GO表現(xiàn)出良好的增強(qiáng)效果?！　　　?、納米氧化鋅（ZnO）　　　　ZnO是橡膠工業(yè)中常用的硫化活化劑，也可作為填料提高材料的物理機(jī)械性能及導(dǎo)熱性。　　理論上，減小ZnO的粒徑及增大比表面積對(duì)于提高反應(yīng)活性是有利的，因此納米ZnO可作為液體硅橡膠的功能型增強(qiáng)填料。另外，ZnO也是良好的紫外線屏蔽劑，具有防老化性，經(jīng)過修飾后的ZnO還可賦予硅橡膠新的特性如自清潔性等?！　　　?、納米二氧化鈦（TiO2）　　　　納米TiO2具有表面缺陷少、非配對(duì)原子多、比表面積大等特點(diǎn)，將其用于增強(qiáng)橡膠，易發(fā)生物理或化學(xué)結(jié)合，增加交聯(lián)位點(diǎn)，有利于提高橡膠材料的物理機(jī)械性能；當(dāng)在應(yīng)力場(chǎng)中受到外力作用后，納米TiO2在基體中產(chǎn)生微區(qū)形變而吸收能量，橡膠材料表現(xiàn)出良好的抗輻射能力。　　　　Yu等研究發(fā)現(xiàn)，高添加量納米TiO2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%）可以對(duì)液體硅橡膠的介電性和物理機(jī)械性能起到良好的改善效果，頻率為0.1Hz時(shí)的介電常數(shù)為4.9，擊穿強(qiáng)度為160kV/mm，撕裂強(qiáng)度達(dá)5.3MPa?！　　　∑渌δ苄栽鰪?qiáng)填料除上述幾種功能性納米增強(qiáng)填料之外，還有很多其他類型的增強(qiáng)填料，比如碳化硅、氧化鋁、納米銀線等，這些增強(qiáng)填料不僅可有效改善液體硅橡膠的物理機(jī)械性能還可以賦予某些特殊性能。