改性碳纳米管在甲基乙烯基硅橡胶中的应用

刘吉超，邓 涛

（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042）

甲基乙烯基硅橡胶（MVQ）的耐热性能、耐寒性能、耐臭氧性能和耐气候性能较好，且具有优良的电绝缘性能[1]。

改性碳纳米管（CNTs）由于碳原子上P电子形成大范围离域π键，共轭效应显著[2]，具有优异的电学性能。采用改性CNTs补强的硅橡胶物理性能和导电性能较好[3]，适用于生产需要导静电而又可在较宽温度范围内使用的橡胶制品。

本工作研究改性CNTs和复配CNTs（炭黑与改性CNTs按用量比3/1共混）用量对MVQ性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

MVQ，美国道康宁公司产品；改性CNTs，山东大展纳米材料有限公司产品。

1.2 配方

MVQ 100，白炭黑 30，硫化剂双25 0.8，改性CNTs（复配CNTs） 变量。

1.3 主要设备和仪器

X（S）160A型两辊开炼机，青岛化工机械厂产品；LCM-3C2-G03-LM型平板硫化机，佳鑫电子设备科技（深圳）有限公司产品；TD6001型称量天平，余姚市金诺天平仪器有限公司产品；GTM2000-A型密闭模无转子硫化仪、GT-7010-AR型气压自动切片机、AI-7000M型电子拉力试验机和GT-XB 320M型电子比重天平，中国台湾高铁科技股份有限公司产品；HD-10型测厚仪，上海化工机械四厂产品；LX-A型硬度计，上海化六中量仪厂产品；MZ-4060型DIN磨耗机，江苏明珠试验机械有限公司产品；高阻计，上海精科天美公司产品；导热仪，美国TA公司产品。

1.4 试样制备

胶料混炼工艺为：生胶→白炭黑→硫化剂双25→下片。混炼胶停放16 h后返炼，采用无转子硫化仪测试硫化特性。采用平板硫化机进行硫化，硫化条件为170 ℃/10 MPa×t90。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

改性CNTs用量对混炼胶硫化特性的影响如表1所示。从表1可看出：随着改性CNTs用量增大，混炼胶的MH-ML增大，表明其硫化程度提高；t90延长，说明改性CNTs可能具有延迟硫化作用。

表1 改性CNTs用量对混炼胶硫化特性的影响（170 °C）

复配CNTs用量对混炼胶硫化特性的影响如表2所示。由表2可知，复配CNTs用量对混炼胶硫化特性的影响与改性CNTs基本相同。

表2 复配CNTs用量对混炼胶硫化特性的影响（170 °C）

2.2 物理性能

2.2.1 邵尔A型硬度和撕裂强度

改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶邵尔A型硬度和撕裂强度的影响如图1和2所示。从图1和2可以看出：随着改性CNTs增大，改性CNTs补强硫化胶和复配CNTs补强硫化胶的邵尔A型硬度呈增大趋势，且后者大于前者；改性CNTs补强硫化胶的撕裂强度先减小后增大，这可能与CNTs的分散以及混炼时的杂质和气泡有关；复配CNTs补强硫化胶的撕裂强度变化不大。

图1 改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶邵尔A型硬度的影响

图2 改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶撕裂强度的影响

2.2.2 100%定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率

改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶100%定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率的影响如图3—5所示。从图3—5可以看出：随着改性CNTs用量增大，改性CNTs补强硫化胶和复配CNTs补强硫化胶的100%定伸应力增大，拉伸强度变化不大，拉断伸长率呈减小趋势，且基本上后者大于前者。

图3 改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶100%定伸应力的影响

图4 改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶拉伸强度的影响

图5 改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶拉断伸长率的影响

2.2.3 DIN磨耗量

改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶DIN磨耗量的影响如图6所示。从图6可以看出，随着改性CNTs用量增大，改性CNTs补强硫化胶和复配CNTs补强硫化胶的DIN磨耗量基本不变且相等。

图6 改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶DIN磨耗量的影响

2.3 导电性能

改性CNTs用量对硫化胶电阻率的影响如图7所示。从图7可以看出，随着改性CNTs用量增大，硫化胶的表面电阻率和体积电阻率均减小，但整体变化不大。

图7 改性CNTs用量对硫化胶电阻率的影响

复配CNTs用量对硫化胶电阻率的影响如表3所示。从表3可以看出，随着改性CNTs用量增大，硫化胶的表面电阻率和体积电阻率均显著减小，这可能是因为复配CNTs中的炭黑形成了导电通路。

表3 复配CNTs用量对硫化胶电阻率的影响

2.4 导热性能

改性CNTs和复配CNTs用量对硫化胶热扩散率和热导率的影响如表4和5所示。从表4和5可以看出：随着改性CNTs用量增大，改性CNTs补强硫化胶和复配CNTs补强硫化胶的热扩散率和热导率均增大，导热性能提高；改性CNTs用量一定时，复配CNTs补强硫化胶的热扩散率和热导率大于改性CNTs补强硫化胶。

表4 改性CNTs用量对硫化胶导热性能的影响

表5 复配CNTs用量对硫化胶导热性能的影响

3 结论

（1）随着改性CNTs用量增大，改性CNTs补强混炼胶的硫化程度提高，t90延长；硫化胶的邵尔A型硬度、100%定伸应力、撕裂强度、热扩散率和热导率增大，拉伸强度和DIN磨耗量变化不大，拉断伸长率减小，表面电阻率和体积电阻率减小但整体变化不大。

（2）随着改性CNTs用量增大，复配CNTs补强胶料的性能变化规律与改性CNTs补强胶料相同。

（3）与改性CNTs补强硫化胶相比，复配CNTs补强硫化胶的物理性能、导电性能和导热性能较好。