石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 ４８卷第 ６期 ２０１９年 ６月
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１９
石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能
闫思梦１，王鑫１，郄旭东２，张晓斌２，赵雄燕１，３
（１．河北科技大学 材料科学与工程学院，河北 石家庄 ０５００１８；２．石家庄贝克密封科技股份有限公司， 河北 石家庄 ０５００００；３．河北省航空轻质复合材料工程实验室，河北 石家庄 ０５００１８）
１ 石墨烯基橡胶复合材料制备与性能
１．１ 石墨烯 ／天然橡胶复合材料 天然橡胶 （ＮＲ）因其优异的柔韧性、强度和电
绝缘性而广泛应用于各种领域中。然而，由于不饱 和双键和活性烯丙基氢的存在，在储存和使用过程 中 ＮＲ不可避免地会经历聚合物链断裂、含氧基团 的形成等反应，严重地破坏 ＮＲ的物理和机械性能， 甚至使 ＮＲ失去使用价值［４５］。因此，对于 ＮＲ及其 产品来说，抑制或减缓老化过程，延长使用寿命是非 常重要的。通常，最有效的方法是将商业抗氧化剂 包括芳香胺和受阻酚添加到橡胶材料中［６７］。但是
石墨烯作为一种性能优异的新型材料，从发现、 科学研究 到 产 业 化 应 用 发 展 极 为 迅 速［１２］，特 别 是 其作为填料在制备高性能橡胶复合材料领域的应用 更是日新月异。与传统的橡胶填料如炭黑、白炭黑 和滑石粉等相比，石墨烯可以在较低添加量的条件 下，使橡胶的抗静电性、导电性、气体阻隔性、抗冲击 性和承载 性 等 性 能 大 幅 提 升［３］。 本 文 较 系 统 地 综 述了近年石墨烯基橡胶复合材料的研究进展，特别 重点介绍了来自百度文库墨烯基橡胶复合材料的结构与性能的 关系。并对复合材料制备过程中存在的问题进行了 分析与总结。
３．ＨｅｂｅｉＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＣｏｍｐｏｓｉｔｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ ｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅ／ｎａｔｕｒａｌｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ＮＢＲ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｓｔｙｒｅｎｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｂｕｔｙｌｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｉｓｏａｍｙｌｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒｅｅｎ ａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｇｒａｐｈｅｎｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｉｎｒｕｂｂｅｒｗｉｌｌｂｅｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍ ｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｕｂｂｅｒ；ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｇｒａｐｈｅｎｅｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
摘 要：综述了近年国内外石墨烯基橡胶复合材料的研究进展，主要包括石墨烯 ／天然橡胶复合材料、石墨烯 ／丁腈 橡胶复合材料、石墨烯 ／丁苯橡胶复合材料、石墨烯 ／硅橡胶复合材料、石墨烯 ／丁基橡胶复合材料和石墨烯 ／异戊橡 胶复合材料。同时对石墨烯基橡胶复合材料在制备和应用过程中遇到的难题进行了分析和总结。开发高质量石 墨烯的绿色环保低成本制备和提纯技术以及提高石墨烯在橡胶中的有效分散效果将是今后该领域亟待解决的关 键技术问题。 关键词：橡胶；石墨烯；石墨烯橡胶复合材料；复合材料 中图分类号：ＴＱ３３０．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－３２０６（２０１９）０６－１４７４－０５
收稿日期：２０１８０８０６ 修改稿日期：２０１８０８２１ 基金项目：河北省科技支撑计划项目（１８２１１２３２Ｄ） 作者简介：闫思梦（１９９３－），女，河北石家庄人，河北科技大学在读硕士，师从赵雄燕教授，研究方向为石墨烯基橡胶复合
材料的制备及性能研究。电话：１５５１２１７２２０３，Ｅ－ｍａｉｌ：２５６４０２７７７４＠ｑｑ．ｃｏｍ 通讯联 系 人：赵 雄 燕，男，河 北 丰 润 人，教 授，博 士，从 事 高 性 能 高 分 子 材 料 及 精 细 化 工 材 料 的 研 究。电 话：０３１１－
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＹＡＮＳｉｍｅｎｇ１，ＷＡＮＧＸｉｎ１，ＱＩＥＸｕｄｏｎｇ２，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｂｉｎ２，ＺＨＡＯＸｉｏｎｇｙａｎ１，３
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＢｅｉｋｅＳｅａｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００，Ｃｈｉｎａ；
８８６３２４２５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｘｙ６６＠１２６．ｃｏｍ
第 ６期
闫思梦等：石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能
１４７５
大多数传统的抗氧化剂分子量较低，并且容易迁移 到橡胶材料的表面，导致抗氧化效率出现明显的下 降［８］。为了克服这些缺点，可以通过将低分子量的 抗氧化剂接枝到有机聚合物链和无机填料上，制备 一种抗迁移性抗氧化剂。其中，以石墨烯为基体的 抗氧化剂具有良好的效果。
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１９
石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能
闫思梦１，王鑫１，郄旭东２，张晓斌２，赵雄燕１，３
（１．河北科技大学 材料科学与工程学院，河北 石家庄 ０５００１８；２．石家庄贝克密封科技股份有限公司， 河北 石家庄 ０５００００；３．河北省航空轻质复合材料工程实验室，河北 石家庄 ０５００１８）
１ 石墨烯基橡胶复合材料制备与性能
１．１ 石墨烯 ／天然橡胶复合材料 天然橡胶 （ＮＲ）因其优异的柔韧性、强度和电
绝缘性而广泛应用于各种领域中。然而，由于不饱 和双键和活性烯丙基氢的存在，在储存和使用过程 中 ＮＲ不可避免地会经历聚合物链断裂、含氧基团 的形成等反应，严重地破坏 ＮＲ的物理和机械性能， 甚至使 ＮＲ失去使用价值［４５］。因此，对于 ＮＲ及其 产品来说，抑制或减缓老化过程，延长使用寿命是非 常重要的。通常，最有效的方法是将商业抗氧化剂 包括芳香胺和受阻酚添加到橡胶材料中［６７］。但是
石墨烯作为一种性能优异的新型材料，从发现、 科学研究 到 产 业 化 应 用 发 展 极 为 迅 速［１２］，特 别 是 其作为填料在制备高性能橡胶复合材料领域的应用 更是日新月异。与传统的橡胶填料如炭黑、白炭黑 和滑石粉等相比，石墨烯可以在较低添加量的条件 下，使橡胶的抗静电性、导电性、气体阻隔性、抗冲击 性和承载 性 等 性 能 大 幅 提 升［３］。 本 文 较 系 统 地 综 述了近年石墨烯基橡胶复合材料的研究进展，特别 重点介绍了来自百度文库墨烯基橡胶复合材料的结构与性能的 关系。并对复合材料制备过程中存在的问题进行了 分析与总结。
３．ＨｅｂｅｉＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＣｏｍｐｏｓｉｔｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ ｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｇｒａｐｈｅｎｅ／ｎａｔｕｒａｌｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ＮＢＲ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｓｔｙｒｅｎｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｂｕｔｙｌｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄ ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｉｓｏａｍｙｌｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｒｅｅｎ ａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｇｒａｐｈｅｎｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｉｎｒｕｂｂｅｒｗｉｌｌｂｅｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍ ｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｕｂｂｅｒ；ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｇｒａｐｈｅｎｅｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
摘 要：综述了近年国内外石墨烯基橡胶复合材料的研究进展，主要包括石墨烯 ／天然橡胶复合材料、石墨烯 ／丁腈 橡胶复合材料、石墨烯 ／丁苯橡胶复合材料、石墨烯 ／硅橡胶复合材料、石墨烯 ／丁基橡胶复合材料和石墨烯 ／异戊橡 胶复合材料。同时对石墨烯基橡胶复合材料在制备和应用过程中遇到的难题进行了分析和总结。开发高质量石 墨烯的绿色环保低成本制备和提纯技术以及提高石墨烯在橡胶中的有效分散效果将是今后该领域亟待解决的关 键技术问题。 关键词：橡胶；石墨烯；石墨烯橡胶复合材料；复合材料 中图分类号：ＴＱ３３０．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－３２０６（２０１９）０６－１４７４－０５
收稿日期：２０１８０８０６ 修改稿日期：２０１８０８２１ 基金项目：河北省科技支撑计划项目（１８２１１２３２Ｄ） 作者简介：闫思梦（１９９３－），女，河北石家庄人，河北科技大学在读硕士，师从赵雄燕教授，研究方向为石墨烯基橡胶复合
材料的制备及性能研究。电话：１５５１２１７２２０３，Ｅ－ｍａｉｌ：２５６４０２７７７４＠ｑｑ．ｃｏｍ 通讯联 系 人：赵 雄 燕，男，河 北 丰 润 人，教 授，博 士，从 事 高 性 能 高 分 子 材 料 及 精 细 化 工 材 料 的 研 究。电 话：０３１１－
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｒｕｂｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＹＡＮＳｉｍｅｎｇ１，ＷＡＮＧＸｉｎ１，ＱＩＥＸｕｄｏｎｇ２，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｂｉｎ２，ＺＨＡＯＸｉｏｎｇｙａｎ１，３
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００１８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＢｅｉｋｅＳｅａｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００００，Ｃｈｉｎａ；
８８６３２４２５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｘｙ６６＠１２６．ｃｏｍ
第 ６期
闫思梦等：石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能
１４７５
大多数传统的抗氧化剂分子量较低，并且容易迁移 到橡胶材料的表面，导致抗氧化效率出现明显的下 降［８］。为了克服这些缺点，可以通过将低分子量的 抗氧化剂接枝到有机聚合物链和无机填料上，制备 一种抗迁移性抗氧化剂。其中，以石墨烯为基体的 抗氧化剂具有良好的效果。