本发明专利技术公开了一种石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料及其制备方法，橡胶材料以石墨烯和碳纳米管为填料，在橡胶材料基体中形成杂化填料网络，橡胶材料基体100质量份，石墨烯和碳纳米管共0.1～20质量份。橡胶材料的制备，将氧化石墨烯和碳纳米管加入水中制取杂化悬浮液；将制备的杂化悬浮液加入到橡胶材料基体乳液中，混合后加入破乳剂破乳，制得氧化石墨烯/碳纳米管/橡胶颗粒悬浮液，之后加入还原剂进行还原反应，充分反应后进行固液分离，所得固相经洗涤、干燥即为要制取的橡胶材料。石墨烯和碳纳米管在橡胶材料中形成杂化填料网络，起能量耗散作用，使橡胶材料具有良好的力学性能、耐疲劳性能、抵抗裂纹生长性能和导电性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及橡胶材料
，具体涉及以石墨烯、碳纳米管为填料改性增强的橡胶材料及其制备方法。
技术介绍
橡胶材料的力学性能对橡胶材料制品使用性能至关重要。改进橡胶材料的力学性能一直是所属领域的科技工作者关注的课题。普遍做法是在橡胶材料基体中填加无机填料，通过填料来改进橡胶材料的力学性能。石墨烯与碳纳米管具有大比表面积、优异的力学性能、导电性能和阻隔性能，是一种理想的橡胶材料改性填料，已成功地用于增强橡胶材料的力学性能。目前主要是以石墨烯或碳纳米管分别作为填料对橡胶材料力学性能进行改性。吴锦荣等采用乳液共混法制备了石墨烯/天然橡胶纳米复合材料，在最佳石墨烯添加量下，石墨烯/天然橡胶纳米复合材料的拉伸强度可达24.5MPa，与纯天然橡胶相比，提高了 48 % (ff.Xing, J.R.ffu, G.S.Huang, H.Li, Μ.Z.Tang, X.Fu.PolymerInternat1nal 2014, 63, 1674-1681)。Bhattacharyya 等米用表面活性剂分散碳纳米管，再与天然橡胶复合，当碳纳米管含量为8.3%时，碳纳米管/天然橡胶的拉伸强度为7.3MPa (S.Bhattacharyya, C.Sinturel, 0.Bahloul, M.Saboungi, S.Thomas, J.Salvetat.Carbon, 2008, 46，1037-1045)。石墨烯和碳纳米管作为单一填料填充橡胶材料基体中，均在一定程度上提高了橡胶材料的拉伸力学性能，但是其增强效果有限，而且单一填料增强橡胶的韧性、耐疲劳和抵抗裂纹生长等性能不够理想。因此，亟需探索新的填料增强橡胶方法。申请号为201110203850.8的专利文件公开了一种石墨烯碳纳米管杂化的聚合物复合材料以及其制造方法，该方法采取将石墨烯、碳纳米管与聚合物基体材料以溶液共混或者是机械共混的方法制备石墨烯碳纳米管杂化的聚合物复合材料。所制得的聚合物复合材料具有较高的导电性能和高力学性能，可以作为抗静电材料，电磁屏蔽材料，用以制作成导电地毯、电子产品的包装、手机的部件、抗静电胎面胶，以及航空航天器材的电磁屏蔽涂料等。该方法如果采用其溶液共混法制取聚合物复合材料，需要大量使用有机溶剂，其存在的问题是成本高，对环境会带来污染；该方法如果采用其机械共混法制取聚合物复合材料，石墨烯和碳纳米管在聚合物基体材料中分散不好，团聚明显，聚合物复合材料性能不均匀。此外，不论是溶液共混法还是机械共混法，都不利于填料网络形成，不能获得显著的增强效果。因此，如何实现在橡胶基体中简单有效的分散石墨烯/碳纳米管杂化填料，并且使填料在橡胶基体中形成填料网络，是制备石墨烯/碳纳米管/橡胶纳米复合材料的一个难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足与现状，本专利技术的第一个目的是提供一种力学性能得到明显增强的石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料；本专利技术的第二个目的是提供一种制备石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料的方法。本专利技术的基本思路是通过在橡胶材料基体中形成石墨烯/碳纳米管杂化填料网络以实现增强橡胶材料的力学性能。本专利技术制备石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料的基本思路，是利用氧化石墨烯的表面活性功能分散碳纳米管，获得氧化石墨烯/碳纳米管杂化悬浮液，然后再将氧化石墨烯/碳纳米管杂化悬浮液与胶乳共混，混合均匀后破乳，形成氧化石墨烯/碳纳米管/橡胶颗粒悬浮液，之后通过还原剂把氧化石墨烯还原成石墨烯，经固液分离、洗涤、干燥后制得石墨烯/碳纳米管/橡胶纳米复合橡胶材料。本专利技术提供的石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料，其构成是以石墨烯和碳纳米管为填料，分散在橡胶材料基体中形成杂化填料网络，以增强橡胶材料的力学性能，橡胶材料组分构成:橡胶材料基体100质量份，作为填料的石墨稀和碳纳米管共0.1?20质量份，且石墨烯与碳纳米管的质量比为(1:10)?(10:1)。在本专利技术的上述技术方案中，作为填料的石墨烯和碳纳米管，它们的共用量最好为0.5?20质量份。在本专利技术的上述技术方案中，所述橡胶材料基体选自天然胶、丁苯胶、ABS胶、丁腈胶、氯丁胶、聚氨酯、丙烯酸酯均聚物或共聚物和甲基丙烯酸酯均聚物或共聚物等，即可为它们中的一种，也可以为它们中的两种或两种以上。本专利技术的上述石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料，可通过包括以下工艺步骤的方法进行制备:(I)氧化石墨烯/碳纳米管杂化悬浮液的制备:将根据配方量的石墨烯确定量的氧化石墨烯和配方量的碳纳米管加入100质量份的水中，充分混合制得氧化石墨烯/碳纳米管杂化悬浮液；(2)氧化石墨烯/碳纳米管/橡胶颗粒悬浮液的制备:将步骤⑴制备的氧化石墨烯/碳纳米管杂化悬浮液加入到固含量为5?70%配方量的橡胶材料基体乳液中，充分混合后加入质量浓度为5?80%的破乳剂0.1?100质量份进行破乳，制得氧化石墨烯/碳纳米管/橡胶颗粒悬浮液；(3)杂化填料网络增强橡胶材料的制备:在步骤(2)制得的氧化石墨烯/碳纳米管/橡胶颗粒悬浮液中加入0.1?50重量份还原剂，于20?100°C下进行还原反应，充分还原反应后进行固液分离，所得固相洗涤除去破乳剂、还原剂和未反应的组分之后经干燥，即获得石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强的橡胶材料。在本专利技术的上述制备方法中，所述破乳剂优先选自氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液、氯化镁溶液、氯化铝溶液、聚合氯化铝溶液、氯化铁溶液、氯化亚铁溶液、氯化铜溶液、硫酸钙溶液、硫酸钠溶液、硫酸铜溶液、硫酸铁溶液、硫酸亚铁溶液、甲酸、醋酸、盐酸和硫酸等，即可为它们中的一种，也可以为它们中的两种或两种以上。在本专利技术的上述制备方法中，所述还原剂优先选自肼、水合肼、二甲肼、硼氢化钠、对苯二酚、正丁胺、乙二胺、维生素C、柠檬酸氢钠、铁粉、氢化铝锂、亚硝酸氢钠、硫化氢、碳化钾和铝粉，即可为它们中的一种，也可以为它们中的两种或两种以上。在本专利技术的上述制备方法中，所述碳纳米管可为长径比为10?1000的多壁碳纳米管或单壁碳纳米管；氧化石墨烯可为一层或多层，直径为50纳米?500微米。在本专利技术的上述制备方法中，氧化石墨烯/碳纳米管/橡胶颗粒悬浮液中加入0.1?50重量份还原剂优先于50°C?100°C下进行还原反应。在本专利技术的上述制备方法中，分离所得固相经洗涤后优先采用置入真空烘箱中于20°C?180°C进行干燥，最好于50°C?90°C进行干燥.在本专利技术的上述制备方法中，将确定量的氧化石墨烯和配方量的碳纳米管填料加入100质量份的水中，对于机械搅拌混合，一般搅拌混合I?72小时，对于超声分散混合，一般分散混合30分钟?5小时；氧化石墨烯/碳纳米管杂化悬浮液加入到固含量为5?70%配方量的橡胶材料基体乳液中，对于机械搅拌混合，一般搅拌混合5分钟?10小时，对于超声分散混合，一般分散混合I分钟?2小时。本专利技术提供的石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料为颗粒状，为了检验其力学性能，需将其加工成型，以便进行力学性能测试。成型通常采用传统的橡胶硫化方法加工成型。即将石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料100质量份，填料O?100质量份，硫化剂O?20质量份，硫化助剂O?20质量份，抗氧剂O?10质量份，增塑剂O?50质量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料，其特征在于，以石墨烯和碳纳米管为填料，分散在橡胶材料基质中形成杂化填料网络，以增强橡胶材料的力学性能，橡胶材料组分构成：橡胶材料基质100质量份，作为填料的石墨烯和碳纳米管共0.1～20质量份，且石墨烯与碳纳米管的质量比为(1：10)～(10：1)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴锦荣，黄光速，李恒毅，郑静，谢正田，符玄，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。