[发明专利]高分散性碳纳米管基橡胶复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高分散性碳纳米管基橡胶复合材料的制备方法，首先将碳纳米管分散于水溶性高分子水溶液中制备碳纳米管分散液，然后将碳纳米管分散液加入到橡胶胶乳中，混合均匀后滴加的CaCl₂作为絮凝剂破乳，烘干后制备得到碳纳米管‑橡胶母胶。最后将橡胶、碳纳米管‑橡胶母胶、炭黑、橡胶助剂通过机械混合法制备得到高分散性碳纳米管基橡胶复合材料。本发明制备方法简单，步骤易于操作，先将碳纳米管分散于水溶性高分子水溶液中，再加入到橡胶胶乳中，制备碳纳米管‑橡胶母胶，避免了碳纳米管聚集成团，保证了碳纳米管在胶料中的均匀分散，胶料的综合性能显著提高。

技术领域

本发明涉及一种高分散性碳纳米管基橡胶复合材料的制备方法，属于橡胶复合材料制备技术领域。

背景技术

橡胶因其独特的高弹性，是一种重要的战略性物资，广泛应用于航空航天、建筑业、汽车工业等国民军工各个领域。橡胶作为一种弹性体材料，在实际使用过程中会产生变形，受热后会产生应力松弛、老化、热裂解等现象。因此，提高橡胶的综合性能，具有非常重要的实际意义。

随着纳米颗粒增强复合材料在高端制造领域的应用越来越深入，对其性能的研究引起了广大研究者的兴趣。复合材料的力学性能研究成为研究者们关注的焦点。碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲或嵌套组装成的无缝中空的纳米级同轴圆柱形管状材料。碳纳米管侧壁的碳原子主要以sp²杂化与相邻碳原子形成高度离域化得π电子，从而使得碳纳米管之间存在较强的范德华力，易聚集成束而不易分散。碳纳米管作为增强填料在橡胶中有着重要的应用。将碳纳米管引入橡胶中提高橡胶的综合性能一直是研究的热点。

碳纳米管不仅能够提高橡胶的机械性能，同时可赋予其特殊的功能性。提高碳纳米管在橡胶中的分散性是发挥碳纳米管性能，提升橡胶综合性能的关键。然而，提高碳纳米管的分散性一直是科研技术领域和工业领域的难点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高分散性碳纳米管基橡胶复合材料的制备方法。

按照本发明提供的技术方案，所述高分散性碳纳米管基橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：

a)将水溶性高分子溶于去离子水中，配置浓度为重量百分含量为1％～20％的水溶性高分子水溶液；

b)将碳纳米管加入到水溶性高分子水溶液中，在20～100kHz频率、100～800W功率下超声分散1～3h，得到碳纳米管分散液其中，碳纳米管与水溶性高分子的质量比为1:1～60；

c)将碳纳米管分散液加入到橡胶胶乳中，机械搅拌至混合均匀后滴加重量百分含量为10％～20％的CaCl₂作为絮凝剂破乳，凝聚后在90～110℃下烘干0.5～36h制备得到碳纳米管-橡胶胶乳母胶，在碳纳米管-橡胶胶乳母胶中，碳纳米管与橡胶胶乳的质量比为1:10～100；

d)将所需量的橡胶材料80～100重量份、碳纳米管-橡胶胶乳母胶10～50份、炭黑30～60重量份、氧化锌5～10重量份、硬脂酸0.5～4重量份、防老剂1～5重量份加入到密炼机中，排胶温度设置为150-165℃，密炼后得到母胶；

e)将密炼后的母胶在双辊开炼机上混炼，混炼后加入硫磺1～6重量份、促进剂NS为0.5～2重量份、防焦剂CTP为0.1～0.2重量份，经常规的机械混合法获得高分散性碳纳米管基橡胶复合材料。

所述水溶性高分子是纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺-b-聚苯乙烯中的一种或多种。

所述橡胶胶乳为天然胶乳、聚丁二烯胶乳、丁苯胶乳、异戊胶乳中的一种或多种。

所述橡胶材料为天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶中的一种或多种。

所述防老剂为防老剂RD、防老剂4020中的一种或者两种。