一種定向碳納米管天然橡膠基復合材料的制備方法
【專利說明】
所屬技術領域
[0001]本發明涉及天然橡膠的加工方法，特別是制備定向碳納米管天然橡膠基復合材料的方法，屬于功能橡膠材料及橡膠基復合材料加工領域。
【背景技術】
[0002]碳納米管(carbon nanotube，CNT)，是由一層或多層石墨片按照一定螺旋角卷曲而成的、直徑為納米級的管狀物質。碳納米管的熱導率，在理論計算中最高可達6600W/(!!!?1()，在實驗測試中大多也都在20001/(111*1()以上。研宄發現，在聚合物中加入碳納米管后，復合材料的熱導率普遍有較大提高，增加程度從100%至300%不等。但研宄表明碳納米管作為熱的優良導體，熱量的傳遞有很強的方向性，主要是沿著碳納米管的軸向進行傳導的。在通常的橡膠加工中，碳納米管是通過開煉或密煉工序加入到固體的橡膠基體中的。使用這種加工方法，強大的剪切作用會使碳納米管發生斷裂，減小碳納米管的長徑比，減小了碳納米管本身的導熱及導電性能，同時碳納米管在橡膠中呈雜亂無序的狀態，容易發生團聚，這并不能使碳納米管優良的導熱性能得到充分的發揮，橡膠復合材料的導熱性沒能得到較大的改善。
【發明內容】
[0003]為了充分利用碳納米管在軸向方向上的優異性能，更大限度的提高橡膠復合材料在碳納米管取向方向上的性能，特別是導熱性和導電性，本發明提供一種制備方法，使碳納米管在橡膠基體中能夠定向有序的排列，并且使其能夠在橡膠基體中更好的分散。
[0004]為了實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]首先將一定量的天然橡膠溶解在一定體積的甲苯中，配制成膠乳，再將其與分散有碳納米管及橡膠助劑的甲苯懸浮液進行混合，通過機械攪拌得到分散均勻的混合膠乳。然后使用附圖2中自行設計的設備，使該乳膠在壓力作用下通過多孔網的微孔時形成較強流場，從而使碳納米管在流場中進行定向。最后將碳納米管定向后的膠乳進行干燥硫化，得到所需要性能的復合材料。
[0006]本發明的有益效果是，采用溶液共混的方法無需較大剪切作用即可將碳納米管和橡膠助劑共混均勻，最大限度的保持了天然橡膠及碳納米管的優異性能，重要的是能使碳納米管在一定程度上進行定向有序地排列。本發明所述的方法設備簡單，同時采用低溫常壓硫化，容易操作。
【附圖說明】
[0007]附圖1:工藝流程圖
[0008]附圖2:設備設計圖
[0009]圖中各部件分別為:1 一加壓盤；2—活塞桿；3—導滑套；4一加料腔；5—定位螺釘；6—活塞；7—活塞密封圈；8—多孔網；9一密封圈；10—端套；11 一支架；12—底座
[0010]備注:零件8為多孔網，微孔直徑為0.6—1.2mm,孔深為15 — 30mm。
【具體實施方式】
[0011]下面結合實施案例具體說明實施方式。
[0012]實施案例:
[0013]如附圖1所示，本發明的特征在于為了使碳納米管及橡膠助劑在天然橡膠中分散均勻，特別是使碳納米管能夠在流場中定向，我們將天然橡膠溶解成膠乳后再加入碳納米管及橡膠助劑的懸浮液進行攪拌混合，然后通過自己設計的設備對橡膠基體中的碳納米管進行定向。
[0014]其制備工藝包括以下步驟:
[0015](I)將50g的天然橡膠與200mL甲苯在三口燒瓶中混合，溶脹12h，再加入50mL的甲苯，以攪拌速率攪拌2h，使其形成均勾的膠乳；將碳納米管與50mL甲苯在燒杯中混合，超聲0.5h使其分散均勻；
[0016](2)將碳納米管一甲苯分散液加入到三口燒瓶中，繼續攪拌2h，使其與天然橡膠甲苯溶液混合均勻；
[0017](3)按照配方量將氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD、硫黃、促進劑ZDC、促進劑黃原酸鉀等橡膠助劑加入到50mL甲苯中，超聲分散lh，將該橡膠助劑溶液一同加入到三口燒瓶中，繼續攪拌3h得到分散均勻的混合膠乳；
[0018](4)將配好的混膠乳倒入到附圖2中設計的加工設備中，在壓力作用下，使膠乳通過底部微孔，將擠壓出的乳膠收集于培養皿中，并用真空干燥箱真空除泡30min ；
[0019](5)在室溫25°C ±2°C下干燥I天后，在80°C，常壓下硫化15min。
[0020]使用上述方法，可制備定向碳納米管填充的天然橡膠基復合材料，這種復合材料在碳納米管定向方向上的導熱性能有很大的提高。
【主權項】
1.一種定向碳納米管天然橡膠基復合材料的制備方法，其特征在于:首先要將一定量的天然橡膠溶解在一定體積的甲苯中，配制成膠乳，再加入分散有碳納米管及橡膠助劑的懸浮液，通過機械攪拌得到分散均勻的混合膠乳，然后通過自行設計的設備，在壓力作用下，使混合乳膠通過微孔形成較強流場，使碳納米管在流場中進行定向。最后將含有定向碳納米管的膠乳進行干燥硫化，得到所需的具有優異導熱性能的復合材料。
2.根據權利要求1所述的一種定向碳納米管天然橡膠基復合材料的制備方法，其特征在于:使碳納米管在橡膠基體中定向的主要作用力是流場剪切力。
3.根據權利要求1所述的一種定向碳納米管天然橡膠基復合材料的制備方法，其特征在于:用于定向的流場是混合膠乳在壓力作用下通過多孔網的微孔形成的。
4.根據權利要求1所述的一種定向碳納米管天然橡膠基復合材料的制備方法，其特征在于所用的定向設備是如說明書配圖2中呈現的自行設計的設備，多孔網的微孔直徑為`0.6—1.2mm,孔深為 15—30mm。
【專利摘要】本發明公開了一種定向碳納米管天然橡膠基復合材料的制備方法，屬于功能橡膠材料制備及橡膠基復合材料加工領域。首先將一定量的天然橡膠溶解在一定體積的甲苯中，配制成膠乳，再與分散有碳納米管及橡膠助劑的懸浮液進行混合，通過機械攪拌得到分散均勻的混合膠乳。然后使用附圖2中自行設計的設備，使該乳膠在壓力作用下通過多孔網的微孔時形成較強流場，從而使碳納米管在流場中進行定向。最后將碳納米管定向后的膠乳進行干燥硫化，得到所需要性能的復合材料。
【IPC分類】C08J3-215
【公開號】CN104877149
【申請號】CN201510133871
【發明人】何燕, 曹志芳, 趙九洲
【申請人】青島科技大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年3月25日