[发明专利]含纳米碳管的橡胶组合物

说明书

技术领域

本发明涉及包含一种特定的氢化丁腈橡胶、一种交联剂、以及 纳米碳管的可固化的组合物，用于制备此类组合物的一种方法，固 化处理及其用途。

背景技术

原则上，已经发现弹性体在大量应用中的广泛应用。更进一步 讲，可以获得许多特种橡胶，它们具有可供支配的广泛的机械的、 化学的以及物理的性质。丁腈橡胶(NBR)以及它的氢化产物，即 氢化丁腈橡胶，也缩写为“HNBR”，代表此类特种橡胶。具体地是 HNBR具有非常良好的耐热性、优异的臭氧以及化学品耐受性、以 及还有优异的耐油性。HNBR用于(例如)汽车领域中的密封件、 软管、皮带以及夹紧元件，还用于油提取领域中的定子、油井密封 件和阀门密封件，并且还用于航空工业、电子工业、机械工程和造 船业中的许多部件。

然而，随着技术的发展，现代工业对功能性橡胶的附件 (functional rubbery accessory)的要求变得更加严格。必要的是寻 找使特种橡胶与添加剂结合的新的可固化的化合物以改进弹性体 材料的性能。自从发现了纳米碳管(CNT)，由于其优异的机械、 电以及热性质，它们就吸引了许多研究者的注意。作为掺入至弹性 体的增强填充剂的CNT可以有效地改进基质的机械性能。

纳米碳管可以认为是伸长的富勒烯(Nature，1985，Vol.318， 162)。类似于富勒烯，纳米碳管是由六边形、仅在末端用五边形制 成的。结构上，一个CNT的形状可以想像成一个单层石墨片卷成 具有末端的无缝盖、同时具有1000或更高的非常高的长径比的形 式的细管。尽管这些CNT的密度低，它们作为单个的分子仍被认 为是导致了高强度的一种无缺陷结构。

对纳米碳管来说有两种基本形式，从一种单一石墨片层生产的 那些，称作单壁纳米管(SWNT)，以及由一些同心片层制成的那些 纳米管叫做多壁纳米管(MWNT)。SWNT已经由关于该主题的一 些相关综述而在学术界产生了相当大的兴趣，这些综述包括以下各 位所做的那些，如：Bahr & Tour(J.Mater.Chem.，2002，12，1952)、 Hirsch(Angewandte Chemie-International Edition，2002，41，1853)、 Colbert(Plastics Additives & Compounding，January/February 2003，18)、以及Baughman & Heer(Science，2002，297，787)。

自从二十多年前发现纳米碳管以来，已经出现了多种开发了的 用于生产它们的技术。Iijima(Nature，1991，354，56)首先观察到多壁 纳米管。几年后，Iijima等人以及Bethune等人(Nature，1993，363， 605)独立地报道了单壁纳米管的合成。用于单以及多壁纳米碳管的 主要合成方法包括电弧放电(Nature，1997，388，756)、激光消融 (Applied Physics A：Materials Science & Processing，1998，67， 29)、从一氧化碳开始的气相催化生长(Chemical Physics Letters， 1999，313，91)、以及从烃类开始的化学气相沉积(CVD)(Applied Physics Letters，1999，75，1086；Science，1998，282，1105)。随后需要 纯化步骤以分离这些管。这些气相方法趋于产生具有更少杂质的纳 米管并且是更易于大规模处理的。迄今为止，虽然没有低成本、大 规模的生产方法，但传统方法正在被进一步发展并且新方法例如流 化床反应器正在被研究以产生一种稳定的、适度价格的CNT供应。 低的CNT可得性以及它的高价格已经限制了聚合物-CNT复合材料 用于许多实际应用的实现。