[发明专利]纳米碳管均匀分散及弱剪切加工方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料制备领域，尤其涉及纳米碳管均匀分散及弱剪切加工方法。

背景技术

纳米碳管(或碳纳米管)由于其特殊结构可以为高分子材料提供良好的物理机械性能、优秀的电性能及抗冲击性，但是纳米碳管表面呈化学惰性，与橡胶大分子的结合力较差，因此在橡胶中较难分散均匀，而分散不均匀会导致材料的物理性能变差；另外为了提高分散需要较长的分散时间，传统的混炼工艺由于炼胶机强大的剪切力会破坏纳米碳管的长径比，从而导致碳管在基体材料中形成完整网络结构较为困难，需要加大纳米碳管的用量，从而造成成本大大增加并且严重影响纳米碳管的补强性能。目前采用纳米碳管表面酸化刻蚀并提供表面羧基化的方法来解决分散性的问题，但此方法不能改变剪切破坏的问题，另外酸化对分散的帮助不大，仍难以取得理想效果。

发明内容

本发明的目的旨在解决纳米碳管在橡胶复合材料中的分散均匀性差及混炼中长径比受到较大破坏的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：纳米碳管均匀分散及弱剪切加工方法，所述方法步骤如下：1)投料：将经过酸化处理的纳米碳管置于天然胶乳中，同时加入胶乳凝固剂及水；

2)搅拌处理：在室温下持续搅拌，约2～3小时后胶乳出现凝固结块；

3)压片：初步凝固后的胶块用压片机压制成薄片；

4)烘干：将压成薄片的胶片于60℃条件下烘干去除水分；

5)混炼：按常规方式进行橡胶复合材料的混炼过程，在第一段混炼段剩余30秒的时候加入规定量的上述胶片。

其中，所述步骤1)中各原料的质量比例为纳米碳管1∶天然胶乳10～15∶凝固剂0.1～0.6∶水10～85。

其中，所述步骤3)的压片机辊筒速比设置为1∶1。

其中，所述步骤3)压制成的薄片厚度为2～4mm。

其中，所述步骤4)烘干时间为48小时。

其中，酸化处理过的纳米碳管先经过超声处理后再置入到天然胶乳中。

其中，经过酸化处理的纳米碳管以1g/100ml的比例加入到去离子水中超声20～30min。

搅拌处理步骤中，在室温情况下持续搅拌，约2～3小时后胶乳出现凝固结块，由于纳米碳管表面预先经过了酸化处理，表面发生刻蚀并形成了一定数量的羧基基团，能够与天然胶乳中的橡胶烃产生较好的结合力，在搅拌的条件下能够保持均匀、稳定的状态分散在凝固后的胶块中；本发明将纳米碳管加入到天然胶乳中，并在混炼后期加入，而不是直接在混炼中添加碳纳米管，能够在不发生剪切作用的情况下使胶料获得好的预分散，从而使纳米碳管的长径比不发生变化。

按常规方式进行橡胶复合材料的混炼过程，在A炼段(第一混炼段)剩余30秒的时候加入规定量的胶片，由于胶片本身与混炼用生胶材质相同，所以其分散效果很好，另外由于其已经经过初步预分散所以在混炼后期投入，混炼很少时间即可分散均匀，混炼中所受到剪切时间较短，所以纳米碳管的长径比受到的破坏较小，因此其对橡胶材料的补强效能得以较好的发挥。

本发明能够解决纳米碳管在橡胶复合材料中的分散均匀性差及混炼中长径比受到较大破坏的问题，使纳米碳管均匀分散，混炼时受到剪切作用时间短，其长径比受到的破坏较小，对橡胶材料的补强效能得以较好的发挥，并能极大地缩短天然胶乳/纳米碳管与大分子的复合周期，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

按照以下步骤进行：

1)超声处理：将经过酸化处理的纳米碳管以1g/100ml的比例加入到去离子水中超声20～30min；

2)投料：将经过酸化处理且超声处理后的纳米碳管置于天然胶乳中，同时加入胶乳凝固剂及水，质量份数比为纳米碳管1∶天然胶乳10～15∶凝固剂0.1～0.6∶水80～90；

3)搅拌处理：在室温下持续搅拌，约2～3小时后胶乳出现凝固结块；

4)压片：初步凝固后的胶块用压片机压制成2～4mm厚的薄片；

5)烘干：将压成薄片的胶片于50℃条件下烘干去除水分；

6)混炼：按常规方式进行橡胶复合材料的混炼过程，在第一混炼段剩余30秒的时候加入规定量的上述胶片。

本发明步骤用如图1的流程图表示。