功能纳米填料在橡胶中的作用及橡胶纳米复合材料的制备_高磊

改性石墨烯/粘土/天然橡胶纳米复合材料的结构与性能张涛，王文良,鲁璐璐，杨阳，张闻轩（太原工业学院材料工程系，山西太原030008）摘要:大量研究表明，纳米填料的表面效应、大的比表面积以及纳米粒子本身对基体的强界面效应对橡胶纳米复合材料性能的提升具有极大的帮助。

本研究以天然橡胶（NR）为基体材料，采用乳液法制备石墨烯/粘土/NR纳米复合材料’讨论了石墨烯、粘土的用量对复合材料的物理机械性能的影响’结果表明，当粘土用量为3.0pho时，随着石墨烯添加量的增加，石墨烯/粘土/NR纳米复合材料的力学性能和耐磨性先升高，然后略有下降’当石墨烯添加量为1-0pho时，复合材料的拉伸强度提高了33.3%,而阿克隆磨耗体积下降了225%。

关键词:石墨烯;天然胶乳;复合材料;力学性能;阿克隆磨耗中图分类号:TB33文献标识码：A文章编号：1008-021X（X0X1）05-0025-04Structrrr and Properties of ModiCed Graphene/Clay/NR NanocompositesZhang Tao,Wang Wenliang,Lu Lulu,Yang Yang,Zhang Wenxuan(Department of Material Engineering,Taiyuan Institute of Technology,Taiyuan030008,China)Abstract:A larye number of studies have shown that the surface effect of nano-fillers,larye specific surface area and strong interface effect of nano-particles themselves on the matrix have a great help te ioprove the performance of rubber nano-composites.In this paper,natural rubber(NR)was used as the matrix material and graphene/clay/NR nanocompos—es were prepared by emulsion method.The e/ects of the amount of graphene and clay on the physical and mechanical properties of the composites were discussed.The results showed that the mechanical properties and wear resistance of graphene/clay/NR nanocomposieesweoe ioseeyincoeased and ehen seigheeydecoeased wieh eheincoeaseoQgoapheneconeenewhen eheceayconeeneis 3.0phr.And the tensile strength of the composites was increased by335%,the wear volume of Akron was decreased by22.7% when the amount of graphene is1.0phr.Key words:graphene；natural latex；composites;mechanical properties;akron abrasion有关石墨烯的研究虽然进行了60多年，但是直到21世纪初期英国物理学家Giov和Novos/o才第一次通过机械剥离的方法得到了石墨烯（GE）［1-5］。

橡胶纳米复合材料的制备及其性能研究橡胶纳米复合材料近年来在工业应用和科学研究领域得到广泛关注。

橡胶是一种重要的材料，具有很高的弹性和延展性，广泛应用于汽车、电子、医疗等领域。

而纳米材料则具有高比表面积、纳米尺度效应等特性，常用于强化材料性能。

将橡胶和纳米材料组合在一起，可以产生协同效应，提高材料的力学性能、抗老化性能等，因此橡胶纳米复合材料的制备及其性能研究备受关注。

一、橡胶纳米复合材料的制备橡胶纳米复合材料的制备通常采用两种方法：机械法和化学法。

机械法是将纳米材料和橡胶通过加热、混合等方式制备成复合材料。

其中最常用的方法是热压法。

将纳米材料和橡胶混合后，通过加热和压力使其在一定时间内形成复合材料。

此外，还有球磨、超声波处理等方法可以用于制备橡胶纳米复合材料。

化学法是将纳米材料和橡胶通过化学反应制备成复合材料。

化学方法有热逆反应、溶液共混等方式。

其中最常用的方法是原位聚合法。

将纳米材料作为反应活性中心，与橡胶单体在反应条件下发生聚合，制备成橡胶纳米复合材料。

二、橡胶纳米复合材料的性能研究橡胶纳米复合材料的性能主要涉及力学性能、电性能、热性能等方面。

力学性能是橡胶纳米复合材料的主要性能之一。

纳米复合材料会通过增加抗拉强度、形变率等方式提高力学性能。

近年来，越来越多的研究表明，纳米复合材料中的纳米颗粒可以在高应力状态下形成临界感应区，增强材料的强度和刚性。

此外，纳米颗粒的增加还会降低复合材料的疲劳性能，增加材料的耐久性。

电性能是橡胶纳米复合材料的另一个重要性能。

通过添加纳米材料可以提高橡胶复合材料的导电性或绝缘性。

例如，银纳米颗粒被广泛研究用于制备导电橡胶材料。

其导电性能通常与银颗粒含量和粒径有关。

石墨烯、碳纳米管等碳基纳米材料也是制备导电橡胶材料的重要材料。

热性能是橡胶纳米复合材料的另一个重要性能。

通过添加纳米材料可以提高橡胶复合材料的耐高温性和热稳定性。

例如，氧化铝和二氧化硅的添加可以有效减少复合材料的震荡热失重，提高其热稳定性。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
纳米高岭土对天然橡胶气密性的提升作用
气体在压力的作用下可以缓慢地通过聚合物层而产生泄漏，这对橡胶材料来说是一大缺点。

在橡胶中添加炭黑、碳酸钙、高岭土、石墨粉和云母粉等功能性填料可有效改善橡胶的气密性。

纳米高岭土是高岭土粉体经提纯、剥片、表面改性以及超细粉碎等工艺制备成的纳米级功能性填料，晶片平均厚度20-50nm，平均直径300nm，具有白度高、粒度细、分散性好以及与高分子化合物相容性好等特点，生产成本低、易于操作，可代替补强剂白炭黑，应用于丁苯橡胶、顺丁橡胶和天然橡胶中。

目前，机械化学剥片法制备纳米高岭土已用于工业化，是现代纳米插层技术和传统机械破碎方法的有效结合。

该方法工艺参数易于控制，插层剂可回收，无环境污染，产品一次性产出无需分级。

所得纳米高岭土中0.5μm 以下粒级含量可达90%以上，其堆积密度约为0.07g/cm3，分散性良好。

纳米高岭土可用于各种橡胶制品，显著提高其气密性和机械物理性能，特别是在弹性、抗屈挠、阻隔性能和拉断伸长率方面具有优势，同时降低生产成本。

天然橡胶是球胆、高性能内胎的重要原料，其综合性能优异，但是气密性要远低于其他橡胶，气密性的不足大大限制了天然橡胶在高气密性产品领域的应用。

纳米高岭土的加入可使天然橡胶的气密性提高2 倍以上，且添加量不影响天然橡胶体系的力学性能。

实验证明：在天然橡胶中，纳米高岭土的力学性能全面超越白炭黑，而阻隔性能则是其他主流补强剂所不具备的。

单独添加：在球胆、内胎中单独使用纳米高岭土作为体系补强材料，可以提供超越白炭黑甚至接近炭黑的性能，促使体系的力学性能、加工性能、气密性。

《聚乳酸纳米复合材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着人类对环保意识的提高和可持续发展战略的推进，生物可降解塑料已成为研究热点。

聚乳酸（PLA）作为一种生物相容性好、可降解的环保材料，广泛应用于医疗、包装、农业等领域。

然而，为了进一步提高聚乳酸的性能，纳米复合材料的研究备受关注。

本文将详细探讨聚乳酸纳米复合材料的制备方法及其性能研究。

二、聚乳酸纳米复合材料的制备1. 材料选择制备聚乳酸纳米复合材料，首先需要选择合适的纳米填料。

常见的纳米填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米粘土等。

这些纳米填料具有优异的物理、化学性能，可有效提高聚乳酸的力学、热学等性能。

2. 制备方法聚乳酸纳米复合材料的制备方法主要包括熔融共混法、原位聚合法等。

其中，熔融共混法操作简便，适用于大规模生产；原位聚合法则可在纳米填料表面引入官能团，提高填料与聚乳酸的相容性。

本文采用熔融共混法，将聚乳酸与纳米填料在高温下熔融共混，制备出聚乳酸纳米复合材料。

三、性能研究1. 力学性能通过拉伸试验、冲击试验等方法，研究聚乳酸纳米复合材料的力学性能。

实验结果表明，纳米填料的加入可显著提高聚乳酸的拉伸强度、冲击强度等力学性能。

此外，纳米填料的种类和含量对力学性能的影响也进行了详细分析。

2. 热学性能采用热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）等方法，研究聚乳酸纳米复合材料的热学性能。

实验结果表明，纳米填料的加入可提高聚乳酸的热稳定性，降低其熔点和结晶温度。

此外，纳米填料的分散性对热学性能的影响也进行了探讨。

3. 生物相容性聚乳酸作为一种生物相容性好的材料，其生物相容性是评价其性能的重要指标。

通过细胞毒性试验、血液相容性试验等方法，研究聚乳酸纳米复合材料的生物相容性。

实验结果表明，纳米填料的加入对聚乳酸的生物相容性影响较小，仍具有良好的生物相容性。

四、结论本文通过熔融共混法制备了聚乳酸纳米复合材料，并对其性能进行了深入研究。

实验结果表明，纳米填料的加入可显著提高聚乳酸的力学性能和热学性能。

功能纳米粉体填料在橡胶中的作用（功能纳米颗粒）是指颗粒尺寸小于100nm的微粒，由于其可调控物质的结构，从而可制成具有特别性能的功能材料，表面效应和体积效应是纳米颗粒的基本特征。

橡胶工业的进展与纳米材料的使用有紧密的联系，橡胶工业最早利用纳米（炭黑）加强，而层状纳米填料（高岭土、滑石、云母、膨润土）和纤维状纳米填料（纳米级凹凸棒、（碳纳米管）、纳米氧化铝等）则是常用的橡胶纳米填料，木质素也可作为高分子聚合物的一种特别的有机橡胶填料。

量子效应、小尺寸效应及大比表面原子效应使得纳米材料具有一些特别的光、电、磁、热等性能。

很多纳米填料不仅可以加强橡胶，还能给与橡胶纳米复合材料一些新的功能，为功能橡胶制品的进展起了紧要作用。

纳米复合材料指通过适当的制备方法将纳米填料均匀地分散于基质（橡胶、树脂、金属等）中所形成的一种含有纳米尺寸填料的复合体系材料。

在现实应用中，纳米材料很少直接单独使用，大多数以纳米复合材料的形式被利用。

在橡胶材料中引入纳米功能的高分子结构，可提高材料的模量、尺寸稳定性、热变形温度等，起到加强、增韧的作用，同时还可给与橡胶纳米复合材料其他特定的功能，而使其可以作为功能橡胶使用。

一、功能纳米填料在橡胶中的作用功能纳米填料具有提高橡胶力学性能、改善橡胶加工性能以及给与橡胶某种特别功能（防震、导电、阻燃等）的特点。

1.1加强橡胶力学性能用纳米填充剂加强橡胶的性能时，加强剂的粒径是第一要素，同时其表面活性和结构也是特别紧要的因素。

较多的表面活性中心有利于纳米粒子与基质的结合，二者结合得越紧密，相容性越好，则橡胶性能的改善效果更佳。

纳米填料的结构对橡胶的加强效果有肯定的影响，纳米填料粒子加强橡胶有肯定的临界粒径，当粒径在肯定范围内时，具有较高细度的纳米粒子对橡胶有较好的加强效果，并不受化学成分影响。

讨论表明，当粉体粒径小至100nm时，粒子对橡胶的加强效果发生突变，有明显的加强作用，粉体材料的元素构成并不影响该性质，元素构成只是影响其加强橡胶的程度。

纳米级橡胶材料的制备和使用摘要：纳米粒子复合物制造技术以及天然高分子橡胶新工艺的诸多应用，赋予了高性能天然高分子橡胶纳米复合材料具有优异而独特的材料综合性能，发展成为当今世界的主要材料。

成为高性能材料科学的研究热点。

本文系统地介绍和分析了天然橡胶纳米复合材料的各种主要制造方法和使用。

研究包括最近对纳米粘土、纳米自含粘土炭黑、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、碳纳米管、纳米单晶纤维橡胶电缆、纳米二氧化钛纳米材料和纳米材料的研究。

研究报告中还提出了许多积极的前景。

关键词：天然橡胶；纳米改性；纳米复合材料；研究进展1 纳米粒子增强天然橡胶的制造方法1.1 溶胶-凝胶法在聚合物凝胶上以聚合物-无机纳米复合材料形成层状结构。

在该方法中，具有无机高分子材料合成特性的溶胶-凝胶法的主要原理是各种无机前驱材料可以自动、连续地水解、浓缩、结合，制成纳米溶胶效率更高。

它具有优异的尺寸和几何稳定性能，具有结构和机械强度以及优于天然或粘土矿物的无机聚合物原料的高温热膨胀稳定性，以及各种优良有机聚合物所需的基本结构和机械性能和加工性能产品。

根据单体的复合成型工艺，复合及其成型工艺可主要包括：可制备属于高分子复合材料类的单体插层聚合制备方法。

通过将单体聚合，然后在原位混合或形成单体来合成可均匀嵌入聚硅酸盐薄片中的聚合物的方法；直接插层到聚合物熔体层法，聚合物熔体插层原理当聚合物溶液分子在凝固层达到一定温度时，在强电场的作用下，它们可以通过插层间隙直接进入蒙脱石片材插层，溶剂直接插入聚合物溶液，聚合物溶液插层是在没有大量残留溶剂的情况下，在聚合物溶液体系中，第一次将聚合物链插入到蒙脱石中。

完全挥发溶液以除去大部分剩余溶剂。

对存在于聚合物溶液体系中的聚合物单体，直接或掩埋复合法的缺点之一是，使用含有大量单体的聚合溶剂，聚合后的单体难以完全分离和回收，并且存在一些污染。

1.2 混合方法混合法又称溶液直接混合分散法，是一般先制备无机样品溶液（纳米颗粒），然后加入有机纳米聚合物混合的方法。