碳納米管對氟橡膠性能的影響

萬明順，王定東，李 蘶，信曉慶

（南京七四二五橡塑有限責任公司，江蘇 南京 210028）

碳納米管為六元環網狀石墨片層構成的管狀結構，具有優異的物理性能、電性能和磁性能，廣泛應用于電子材料、儲氫材料和吸附材料等領域[1-3]。據文獻[4]報道，碳納米管可顯著提高硅橡膠和氫化丁腈橡膠的拉伸強度。

氟橡膠是一種在主鏈或側鏈碳原子上含有氟原子的彈性體[5]，具有優異的耐高溫性能、耐油性能、耐化學介質性能、耐天候老化性能、電絕緣性能、抗輻射性能和物理性能，廣泛應用于航空、航天、船舶、汽車、石油、機械、冶金和化工等領域[6-8]。

氟橡膠的加工工藝與物理性能難以協調，導致其應用具有局限性。本工作主要研究碳納米管對氟橡膠性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

氟橡膠，牌號2602，昊華晨光杜邦氟材料（上海）有限公司產品；氧化鎂，日本協和化學工業株式會社產品；氫氧化鈣，日本井上石灰工業株式會社產品；噴霧炭黑，撫順黑又亮炭黑有限公司產品；炭黑N990，中聯橡膠股份有限公司提供；加工助劑WS280，美國Struktol公司產品；碳納米管、巴西棕櫚蠟、雙酚AF和促進劑BPP，市售品。

1.2 配方

氟橡膠 100，噴霧炭黑 15，炭黑N990 5，氧化鎂 6，氫氧化鈣 6，巴西棕櫚蠟 1，雙酚AF 1.5，加工助劑WS280 0.5，促進劑BPP 0.5，碳納米管 變量。

1.3 主要設備與儀器

XK-160型開煉機，大連華韓橡塑機械有限公司產品；XLB-D500×500型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；GT-M2000-A型硫化儀和AI-3000型電子拉力機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；邵爾A型硬度計，德國博銳儀器公司產品。

1.4 試樣制備

生膠在開煉機上塑煉包輥，加入氧化鎂、氫氧化鈣、噴霧炭黑、炭黑N990和碳納米管混煉均勻，薄通6次，繼續加入雙酚AF和促進劑BPP，薄通數次，下片，停放24 h。膠料硫化分兩段。一段硫化在平板硫化機上進行，硫化條件為170℃×t90。二段硫化在熱空氣中進行，硫化條件為230 ℃×16 h。

1.5 性能測試

邵爾A型硬度測試采用邵爾A型硬度計按GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗方法 第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》進行測試；拉伸強度和拉斷伸長率按GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應力應變性能的測定》進行測試；壓縮永久變形按GB/T 7759.1—2015《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓縮永久變形的測定 第1部分：在常溫及高溫條件下》進行測試，壓縮率為25%。耐油性能按GB/T 1690—2010《硫化橡膠或熱塑性橡膠 耐液體試驗方法》進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

碳納米管用量對混煉膠硫化特性的影響如表1所示。從表1可以看出，隨著碳納米管用量增大，硫化膠的焦燒時間和正硫化時間延長。這是因為碳納米管為中空管狀結構，具有較大的比表面積，對液體和氣體的吸附性較強，其用量越大，混煉膠的含水量可能越多，硫化速率越小。

表1 碳納米管用量對混煉膠硫化特性的影響（170 °C）

2.2 物理性能

碳納米管用量對硫化膠物理性能的影響如表2所示。從表2可以看出：隨著碳納米管用量增大，硫化膠的邵爾A型硬度和撕裂強度增大，這是因為碳納米管的剛度較大，可有效改善硫化膠的撕裂性能；拉伸強度和拉斷伸長率先增大后減小；壓縮永久變形呈增大趨勢，這可能是因為碳納米管的比表面積較大，易發生自身團聚，影響其與橡膠基體的結合；當碳納米管用量為3份時，硫化膠的綜合物理性能較好。

表2 碳納米管用量對硫化膠物理性能的影響

與老化前相比，熱空氣老化后添加碳納米管膠料的拉伸強度變化不大，拉斷伸長率變化率有一定減小，說明其耐熱空氣老化性能較好。這可能與碳納米管優異的熱學性能有關。

2.3 耐油性能

碳納米管用量對膠料耐油性能的影響如表3所示。從表3可以看出，在采用ASTM 1#標準油的試驗中，與未添加碳納米管的膠料相比，添加碳納米管的膠料邵爾A型硬度變化、拉伸強度變化率和拉斷伸長率變化率較小，體積變化率變化不大，耐油性能較好。在采用ASTM 3#標準油的試驗中，與未添加碳納米管的膠料相比，添加碳納米的膠料拉伸強度下降，邵爾A型硬度變化和體積變化率變化不大，耐油性能一般。

表3 碳納米管用量對膠料耐油性能的影響

3 結論

（1）隨著碳納米管用量增大，混煉膠的焦燒時間和正硫化時間延長，硫化速率減小；硫化膠的邵爾A型硬度和撕裂強度增大，拉伸強度和拉斷伸長率先增大后減小，壓縮永久變形呈增大趨勢；添加碳納米管的膠料耐熱空氣老化性能和耐油性能較好。

（2）當碳納米管用量為3份時，膠料的綜合性能較好。