[发明专利]超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料制备方法及装置

说明书

本发明公开了超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料制备方法及装置，将质量为天然胶乳固含量的0.5wt％‑2wt％的CTAB与天然胶乳搅拌混合，形成粘稠状物后与多壁碳纳米管在开炼机上进行开炼混合，然后薄通5分钟后出片，并在155℃±5℃，10MPa下硫化10分钟，最后脱模得到超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料，CTAB的加入提升多壁碳纳米管在天然橡胶基体中的剥离与分散混合效果，保证了复合材料力‑电响应灵敏性和稳定性，避免了肩峰现象的出现，并提高了天然橡胶的开炼效果，制备过程无需有机溶剂，无毒无害，表明本发明有益于多壁碳纳米管在天然橡胶基体中导电网络的形成，提高天然橡胶纳米复合传感材料的综合性能。

技术领域

本发明涉及高分子传感材料制备技术领域，尤其涉及超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料制备方法及装置。

背景技术

天然橡胶具有高弹性、大变形、抗破坏、高阻尼等优点，在结构减隔震领域应用广泛。为了扩展减隔震材料的性能，使其具备力-电传感与结构变形监测功能，需通过加入改性剂对其改性。其中因碳纳米管具有优异的力、电性能，成为天然橡胶改性剂的首选。然而碳纳米管较强的分子间作用力影响其在橡胶基体中的分散，限制了碳纳米管的改性效果。为了得到性能优异的天然橡胶纳米复合传感材料，天然橡胶纳米复合传感材料制备工艺至关重要。

天然橡胶纳米复合传感材料作为功能性材料，在保证具有良好性能的同时，需考虑制备工艺的工业化。在常用的溶液法、水乳法和开炼法制备方法中，溶液法能够较好的分散碳纳米管，但需消耗大量的有机溶剂，污染环境，危害操作人员身体健康；水乳法对碳纳米管的分散是有益的，然而忽略了碳纳米管溶液与胶乳混合时，产生微粒团聚，且破乳时出现分散不均匀现象，这些对复合材料性能具有较大的影响；开炼法虽能够实现天然橡胶纳米复合传感材料的工业化生产，但由于碳纳米管质量较轻，分子间作用强，在混合过程中发生填料的飞扬和团聚。实现碳纳米管在基体中的形成良好的导电网络和天然橡胶纳米复合传感材料的工业化生产成为了该领域的重点和研究目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料制备方法及装置，实现了天然橡胶纳米复合传感材料的功能性，提高天然橡胶纳米复合传感材料的综合性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将质量为天然胶乳固含量的0.5wt％-2wt％的CTAB与天然胶乳搅拌混合，形成粘稠状物；

步骤2：将步骤1中得到的粘稠状物与多壁碳纳米管进行开炼混合；

步骤3：步骤2混合完成后加入硫化剂，并将温度保持在35℃±5℃持续开炼，直至所含液体全部挥发；

步骤4：将步骤3中得到的混合物薄通5分钟后出片；

步骤5：将步骤4中得到的未硫化混合物在155℃±5℃，10MPa下硫化10分钟；

步骤6：脱模得到超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料。

其中，在步骤2之前，所述超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料制备方法还包括：将所需多壁碳纳米管在适量去离子水中超声润湿10分钟。

其中，所述硫化剂为硫磺类硫化剂、过氧化物类硫化剂中的一种或多种。

其中，在步骤2中，所述开炼混合的时间为3-5分钟。

其中，在步骤6之前，所述超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料制备方法还包括：对步骤5中得到的混合物进行加压冷却。

其中，所述加压冷却的时间为2分钟。

本发明还提供一种用于制备超高灵敏度天然橡胶纳米复合传感材料的装置，包括箱体和开炼机，所述箱体设有离子水箱，所述开炼机固定安装在所述箱体上。