[发明专利]一种改性螺旋纳米碳纤维及其制备方法与应用、一种橡胶复合材料

说明书

本发明提供了一种螺旋纳米碳纤维改性方法，涉及无机非金属材料制备技术领域。本发明提供的改性方法，包括以下步骤：(1)将螺旋纳米碳纤维热处理，得到石墨化螺旋纳米碳纤维；(2)将步骤(1)得到的石墨化螺旋纳米碳纤维与乙醇混合后球磨，得到球磨螺旋纳米碳纤维；(3)将步骤(2)得到的球磨螺旋纳米碳纤维经酸化处理，得到改性螺旋纳米碳纤维。本发明的热处理能够使螺旋纳米碳纤维形成以准石墨为主的碳纤维；球磨使纤维的长径比达到10～100：1；酸处理能够增加螺旋纳米碳纤维的表面含氧基团，从而使得表面活性点增多。本发明提供的改性螺旋纳米碳纤维相比于未改性的螺旋纳米碳纤维可使得橡胶复合材料的断裂伸长率提高13.4％。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料制备技术领域，尤其涉及一种改性螺旋纳米碳纤维及其制备方法与应用、一种橡胶复合材料。

背景技术

自20世纪初起，S.C.莫特发现炭黑对橡胶的补强作用之后，炭黑对橡胶的补强性便成为轮胎应用领域的研究热点，至今炭黑还居填充材料的主导地位。现阶段广泛使用的补强炭黑内在的“球形原生粒子”形态结构特征，其提高补强橡胶性能的幅度上是有限的，为满足绿色轮胎所提要求必须寻找一种新结构的补强填料。

螺旋纳米碳纤维(HCNFs)作为一种新型碳材料，除了具有一般纳米碳纤维密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电性好等优异性能外，还因其特殊的螺旋结构而具有典型的手性特征和良好的弹性。因此，螺旋纳米碳纤维广泛应用于橡胶补强。但是，因螺旋纳米碳纤维在橡胶基体中容易团聚，使其与橡胶分子不易结合，导致补强效果有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性螺旋纳米碳纤维及其制备方法与应用、一种橡胶复合材料。本发明提供的改性螺旋纳米碳纤维相比于未改性的螺旋纳米碳纤维可使得橡胶复合材料的断裂伸长率提高13.4％。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种螺旋纳米碳纤维的改性方法，包括以下步骤：

(1)将螺旋纳米碳纤维热处理，得到石墨化螺旋纳米碳纤维；

(2)将所述步骤(1)得到的石墨化螺旋纳米碳纤维与乙醇混合后球磨，得到球磨螺旋纳米碳纤维；

(3)将所述步骤(2)得到的球磨螺旋纳米碳纤维经酸化处理，得到改性螺旋纳米碳纤维。

优选地，所述热处理的温度为800～1200℃，热处理的时间为2～4h。

优选地，所述球磨的球料比为30～50：1。

优选地，所述球磨的转速为100～400r/min。

优选地，所述球磨的时间为2～8h。

优选地，所述酸化处理的温度为70～90℃。

优选地，所述酸化处理的药剂包括硫酸、硝酸或过硫酸铵。

本发明还提供了上述技术方案所述改性方法得到的改性螺旋纳米碳纤维，所述改性螺旋碳纤维的长度为200～1500nm，含有羰基和羟基官能团。

本发明还提供了上述技术方案所述改性螺旋纳米碳纤维作为橡胶补强剂的应用。

本发明还提供了一种橡胶复合材料，包括以下重量份的组分：天然橡胶50份，硬脂酸1.5份，氧化锌2.5份，促进剂DM0.3份，硫磺1.25份，炭黑N33015份，所述改性螺旋纳米碳纤维1份。