高聚物工程

離子液體改性氧化石墨烯對天然橡膠性能的影響Ⅰ.物理機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能

王經(jīng)逸，張旭敏，劉鵬章，等

摘要：導(dǎo)熱橡膠不僅可以提供有效的散熱途徑，而且起到減震的作用，是航空、航天和電子電器等領(lǐng)域的重要部件之一。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱填料在提高橡膠導(dǎo)熱性能的同時，往往會導(dǎo)致機(jī)械性能的下降，制約了橡膠制品的應(yīng)用。氧化石墨烯（GO）是二維片層材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、比表面積大和成本低等特點(diǎn)，可同時提高聚合物的機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能。離子液體（ILs）是一種室溫下呈液態(tài)的熔融鹽，可用作碳納米材料的改性劑。采用ILs（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽）改性GO（GO-ILs）填充天然橡膠（NR），研究 GO-ILs用量對NR硫化膠機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能的影響。將粉末狀的GO與ILs按質(zhì)量比為1∶2研磨40 min，烘干備用；將NR在開煉機(jī)上塑煉10 min，然后按照NR 100份，ZnO 4份，硬脂酸6份，促進(jìn)劑M 1.5份，防老劑RD 4份，硫磺3份，GO-ILs為變量，0～4份，加料順序?yàn)閆nO、硬脂酸、促進(jìn)劑M、防老劑RD、GO-ILs、硫黃進(jìn)行混煉，混煉均勻后薄通下片，停放24 h后，采用無轉(zhuǎn)子硫化儀在143℃下測定正硫化時間（t90），最后在平板硫化機(jī)上以 143℃×t90，制得硫化膠樣品。分別使用日本Shimadzu公司生產(chǎn)的FTIR-8400S型紅外光譜儀、德國Bruker公司生產(chǎn)的Advanced D8型 XRD、英國公司生產(chǎn)的inVia Raman光譜儀對GO-ILs進(jìn)行表征；拉伸和撕裂性能分別按照GB/T 528—2009和GB/T 529—1999進(jìn)行測試；硫化膠的動態(tài)力學(xué)性能采用美國 TA公司生產(chǎn)的Q800型DMA分析儀對試樣進(jìn)行測試，升溫速率 5℃/min，頻率 1 Hz，振幅 10 μm，溫度測試范圍為－80℃～50℃；導(dǎo)熱性能采用Anter Corporation公司生產(chǎn)的quickline-10按照ASTM E1530測量。通過FTIR、XRD和Raman分析發(fā)現(xiàn)ILs能插入GO，GO與ILs之間存在陽離子-π電子相互作用，ILs能有效剝離GO，得到具有剝離程度的GO。良好剝離的GO-ILs能很好地分散在NR橡膠中，外加應(yīng)力經(jīng)由橡膠分子鏈傳遞到高強(qiáng)度的GO片層上，避免了橡膠分子鏈的過早斷裂，從而實(shí)現(xiàn)GO-ILs對NR硫化膠的優(yōu)異補(bǔ)強(qiáng)效果。當(dāng)GO-ILs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，硫化膠的力學(xué)性能達(dá)到最佳，與未填充的NR硫化膠相比，其100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度分別提高了51%、86%、6%和35%；GO-ILs能限制橡膠分子鏈的運(yùn)動，NR硫化膠的儲能模量稍有下降，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也降低。同時提高橡膠的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能一直是橡膠工業(yè)中的研究熱點(diǎn)。采用ILs對GO進(jìn)行有效剝離，并填充到NR中，剝離的GO-ILs在NR中形成有效的導(dǎo)熱通路，顯著提高了NR的導(dǎo)熱性能，當(dāng)GO-ILs質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%，與未填充的NR相比，硫化膠的導(dǎo)熱系數(shù)可增加91.01%。通過ILs對GO的修飾，使得GO-ILs在橡膠中形成有效分散，構(gòu)建了良好的導(dǎo)熱通路，在提升橡膠導(dǎo)熱性能的同時，提高了橡膠的力學(xué)性能。

來源出版物：合成橡膠工業(yè), 2016, 39(1): 10-14

入選年份：2016