作者： ‖ 時(shí)間：2020/11/20 ‖ 來(lái)源： ‖ 點(diǎn)擊：2295
橡膠在室溫下具有獨(dú)特的高彈性，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、高新技術(shù)和國(guó)防軍工等領(lǐng)域。然而，未補(bǔ)強(qiáng)的橡膠強(qiáng)度低、模量低、耐磨差、抗疲勞差，沒(méi)有實(shí)用性，因此對(duì)于絕大多數(shù)橡膠都需要填充補(bǔ)強(qiáng)。 石墨烯作為橡膠納米填料，與其他填料如CB、SiO2等相比，具有更高的比表面積、強(qiáng)度、彈性、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。 目前，多種石墨烯/橡膠復(fù)合材料被廣泛研究，包括天然橡膠 (NR)、丁腈橡膠 (NBR)、乙丙橡膠 (EPDM)、熱塑性彈性體苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物 (SBS)等。石墨烯不僅能明顯提高復(fù)合材料的物理機(jī)械性能，同時(shí)賦予其功能性。 >>>石墨烯的制備方法 目前, 石墨烯的制備方法主要包括機(jī)械剝離法、溶液液相剝離法、外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法和還原氧化石墨烯法。 其中，還原氧化石墨烯法是指先將石墨在強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑作用下進(jìn)行氧化, 制備氧化石墨烯 (GO) , 然后再還原除去含氧官能團(tuán)制備石墨烯。盡管此法制備的石墨烯不能完全消除含氧官能團(tuán), 制備的石墨烯存在缺陷和導(dǎo)電性差等缺點(diǎn), 但是其宏量和廉價(jià)制備為其在聚合物復(fù)合材料等宏量應(yīng)用研究中提供了機(jī)會(huì)，故被廣泛應(yīng)用。 >>>橡膠/石墨烯復(fù)合材料的制備方法 為了獲得優(yōu)異性能的石墨烯/橡膠復(fù)合材料, 首先要保證石墨烯在橡膠基體中均勻分散。通常有以下三種方法： （1）溶液共混法。是指將石墨烯和橡膠分散在溶劑中, 在攪拌或超聲作用下進(jìn)行共混, 然后揮發(fā)溶劑或加入非溶劑進(jìn)行共沉淀, 再硫化制備復(fù)合材料的方法。石墨烯能剝離并均勻分散在橡膠基體中, 但也有局限性, 如石墨烯及其衍生物一般不能分散在與橡膠的共同溶劑如三氯甲烷、甲苯等中，因此需要進(jìn)行改性處理;大量使用有機(jī)溶劑造成環(huán)境污染且成本大;橡膠硫化配合劑很難通過(guò)溶液共混加入。 （2）直接共混法。是指將石墨烯、橡膠配合劑在開(kāi)煉機(jī)或密煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行機(jī)械混煉，然后硫化制備石墨烯/橡膠復(fù)合材料的方法。該方法在機(jī)械剪切力作用下分散填料，工藝流程簡(jiǎn)單，成本低，是目前工業(yè)生產(chǎn)橡膠復(fù)合材料的主要方法。但在混煉過(guò)程時(shí), 由于橡膠黏度大，加工困難，且石墨烯片層間范德華力強(qiáng)，橡膠和石墨烯的極性相差大，所以石墨烯很難剝離并均勻分散在橡膠中。 （3）膠乳共混法。通常是先將石墨烯及其衍生物分散在水相中，再與橡膠膠乳混合，經(jīng)過(guò)絮凝、烘干、混煉配合制備復(fù)合材料。有利于石墨烯在橡膠中均勻分散，并避免有毒溶劑的使用。 >>>橡膠/石墨烯復(fù)合材料的性能 （1）機(jī)械性能。加入非常少量石墨烯就能明顯提橡膠復(fù)合材料性能。如上圖對(duì)比了幾種納米填料對(duì)橡膠增強(qiáng)效率（a為石墨烯，b為粘土，c為CNTs，d為硅，e為CBN33）, 可以看到石墨烯具有更顯著的增強(qiáng)效果。在石墨烯/橡膠復(fù)合材料中, 石墨烯的分散和石墨烯-橡膠界面作用是決定復(fù)合材料性能的兩個(gè)重要因素.由于GO表面含有很多含氧官能團(tuán), 有利于其對(duì)極性橡膠的增強(qiáng)。 （2）導(dǎo)電性。石墨烯/橡膠復(fù)合材料的高電導(dǎo)率主要依賴于石墨烯比表面積、石墨烯含量、石墨烯分散和分布以及石墨烯-橡膠界面結(jié)合。 （3）導(dǎo)熱性。橡膠復(fù)合材料中, 熱能主要通過(guò)聲子進(jìn)行傳遞，而強(qiáng)的填料-填料、填料-橡膠耦合有利于熱能的傳導(dǎo)。具有高熱導(dǎo)率的石墨烯/橡膠復(fù)合材料,即降低了界面聲子損耗, 增強(qiáng)了石墨烯-橡膠的界面作用。 （4）氣體阻隔性。石墨烯為二維片層材料, 具有很大的比表面積, 且對(duì)氣體分子具有優(yōu)異的阻隔性, 因此石墨烯在提高橡膠復(fù)合材料氣體阻隔性方面也具有潛在的應(yīng)用。 （5）其他性能。石墨烯還能改善復(fù)合材料其他性能，如改善其動(dòng)態(tài)使用性、增加其耐磨性。