高聚物工程

离子液体改性氧化石墨烯对天然橡胶性能的影响Ⅰ.物理机械性能和导热性能

王经逸，张旭敏，刘鹏章，等

摘要：导热橡胶不仅可以提供有效的散热途径，而且起到减震的作用，是航空、航天和电子电器等领域的重要部件之一。传统的导热填料在提高橡胶导热性能的同时，往往会导致机械性能的下降，制约了橡胶制品的应用。氧化石墨烯（GO）是二维片层材料，具有机械强度高、导热性好、比表面积大和成本低等特点，可同时提高聚合物的机械性能和导热性能。离子液体（ILs）是一种室温下呈液态的熔融盐，可用作碳纳米材料的改性剂。采用ILs（1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐）改性GO（GO-ILs）填充天然橡胶（NR），研究 GO-ILs用量对NR硫化胶机械性能和导热性能的影响。将粉末状的GO与ILs按质量比为1∶2研磨40 min，烘干备用；将NR在开炼机上塑炼10 min，然后按照NR 100份，ZnO 4份，硬脂酸6份，促进剂M 1.5份，防老剂RD 4份，硫磺3份，GO-ILs为变量，0～4份，加料顺序为ZnO、硬脂酸、促进剂M、防老剂RD、GO-ILs、硫黄进行混炼，混炼均匀后薄通下片，停放24 h后，采用无转子硫化仪在143℃下测定正硫化时间（t90），最后在平板硫化机上以 143℃×t90，制得硫化胶样品。分别使用日本Shimadzu公司生产的FTIR-8400S型红外光谱仪、德国Bruker公司生产的Advanced D8型 XRD、英国公司生产的inVia Raman光谱仪对GO-ILs进行表征；拉伸和撕裂性能分别按照GB/T 528—2009和GB/T 529—1999进行测试；硫化胶的动态力学性能采用美国 TA公司生产的Q800型DMA分析仪对试样进行测试，升温速率 5℃/min，频率 1 Hz，振幅 10 μm，温度测试范围为－80℃～50℃；导热性能采用Anter Corporation公司生产的quickline-10按照ASTM E1530测量。通过FTIR、XRD和Raman分析发现ILs能插入GO，GO与ILs之间存在阳离子-π电子相互作用，ILs能有效剥离GO，得到具有剥离程度的GO。良好剥离的GO-ILs能很好地分散在NR橡胶中，外加应力经由橡胶分子链传递到高强度的GO片层上，避免了橡胶分子链的过早断裂，从而实现GO-ILs对NR硫化胶的优异补强效果。当GO-ILs质量分数为0.5%时，硫化胶的力学性能达到最佳，与未填充的NR硫化胶相比，其100%定伸应力、300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度分别提高了51%、86%、6%和35%；GO-ILs能限制橡胶分子链的运动，NR硫化胶的储能模量稍有下降，玻璃化转变温度也降低。同时提高橡胶的导热性能和力学性能一直是橡胶工业中的研究热点。采用ILs对GO进行有效剥离，并填充到NR中，剥离的GO-ILs在NR中形成有效的导热通路，显著提高了NR的导热性能，当GO-ILs质量分数达到4%，与未填充的NR相比，硫化胶的导热系数可增加91.01%。通过ILs对GO的修饰，使得GO-ILs在橡胶中形成有效分散，构建了良好的导热通路，在提升橡胶导热性能的同时，提高了橡胶的力学性能。

来源出版物：合成橡胶工业, 2016, 39(1): 10-14

入选年份：2016