[發明專利]一種氧化鐵修飾碳納米管—硅橡膠復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310636376.7
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103709761A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 鄭俊萍;張祥;張強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L83/07
• 分類號: C08L83/07;C08K13/06;C08K9/02;C08K7/00;C08K3/04;C08K3/36;C08K5/5445;B29C35/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于橡膠材料領域，更加具體地說，涉及到一種氧化鐵修飾碳納米管/硅橡膠復合材料及其制備方法。

背景技術

硅橡膠(SiliconeRubber，SR)作為高性能合成橡膠中的重要一員，在現代高新技術、航空航天等高科技領域有著不可替代的地位。硅橡膠是以Si-O鍵單元為主鏈，以有機基為側鏈的聚合物。它與以C-C鍵單元為主鏈的聚合物在結構和性能上明顯不同，是典型的半無機半有機聚合物，既具有無機高分子的耐熱性，又具有有機高分子的柔順性。硅橡膠與其他高分子橡膠相比最為顯著的特征在于其優異的熱穩定性，被廣泛用作高溫環境下的彈性材料，在航空航天、輕工、化工、紡織、機械、農業、交通運輸、醫療衛生等領域得到大量的應用。但是隨著我國航空航天以及國防軍事事業的不斷發展，對于材料的要求越來越高，特別是對于一些能夠應用于更高溫度的彈性材料的需求日益增長，因此進一步提升硅橡膠的熱氧穩定性是有必要的。

硅橡膠的降解主要包括側基的氧化、斷裂以及主鏈的成環降解，提高硅橡膠熱氧穩定性的途徑主要有改變硅橡膠主鏈和側鏈的結構、改變硅橡膠的交聯方式以及加入耐熱添加劑等，其中又以添加耐熱添加劑為最簡便有效的方法。氧化鐵(Fe₂O₃)作為硅橡膠最常用的耐熱添加劑之一，其提升硅橡膠熱穩定性的機理被歸因于氧化鐵可以捕捉硅橡膠熱老化過程中產生的自由基；碳納米管(CNTs)作為一維碳納米材料，具有優異的力學、導熱和導電性能，使其成為高分子基復合材料研究的熱點，其對高分子材料熱氧穩定性的提高主要歸結于導熱網絡的形成以及捕捉自由基的能力。

氧化鐵修飾碳納米管(γ-Fe₂O₃-CNTs)作為無機納米粒子改性CNTs表面形式的一種，美國的Kim等初步描述了用近似單分散γ-Fe₂O₃磁性納米粒子去修飾多壁CNTs的方法，并考察了它們在磁場中的行為。基本原理是利用Fe3+與酸化處理后CNTs表面-COOH的相互作用，使Fe³⁺吸附于CNTs表面上，然后經由溶膠與凝膠狀態相互轉換的過程合成γ-Fe₂O₃納米粒子。截至目前，關于γ-Fe₂O₃-CNTs的相關研究主要集中在粒子磁性能、電性能等方面，少有將其與聚合物基體復合探究熱性能的。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，為了進一步提高硅橡膠復合材料的熱氧穩定性，本發明首先制備一系列具有不同粒徑和修飾量的γ-Fe₂O₃修飾的γ-Fe₂O₃-CNTs，然后將其作為添加劑與硅橡膠基體復合，提高硅橡膠復合材料的熱氧穩定性，主要考察硅橡膠復合材料在一定溫度下老化一定時間后力學性能的變化來衡量其熱氧穩定性。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

一種氧化鐵修飾碳納米管—硅橡膠復合材料及其制備方法，按照下述步驟進行：

步驟1，將100重量份硅橡膠生膠在溫度40—50℃的雙輥上，混煉1～10min，使生膠均勻粘輥；

步驟2，按順序加入38—40重量份白炭黑、10—12重量份六甲基二硅氮烷和2—3重量份多乙烯基硅油，混煉10～15min，將膠料混煉均勻；

步驟3，加入3—5重量份氧化鐵修飾碳納米管，混煉5～10min，混煉均勻后加入0.5—1重量份2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷，混煉10—15min后打卷下片；

步驟4，將步驟3所得的混煉膠裝入模具，溫度160—180℃，壓力10—12MPa的條件下熱壓10—15min硫化成型，冷卻后得到硫化膠片；將硫化膠片置于200℃環境下2—4h；然后自然降溫到室溫20—25℃。

其中所述步驟1中，所述硅橡膠生膠為甲基乙烯基硅橡膠；

所述步驟2中，優選40重量份白炭黑、10重量份六甲基二硅氮烷和2重量份多乙烯基硅油；

所述步驟3中，優選3重量份氧化鐵修飾碳納米管和0.7重量份2，5-二甲基-2，5-二叔丁基過氧化己烷；