改性氧化石墨烯和石墨烯填充橡胶复合材料的制备及性能研究

氧化石墨烯(GO)和石墨烯(GE)作为二维纳米填料,具有优异的力学性能和导热性能,是橡胶补强填料的极佳选择。但是GO和GE在橡胶中易于团聚,影响其对橡胶的补强效果。本文选用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为改性剂,对GO进行改性,研究了改性GO(PGO)对天然橡胶(NR)、羧基丁腈橡胶(XNBR)、丁苯橡胶(SBR)的物理机械性能、热稳定性及导热性能等的影响。研究结果表明:PVP的加入显著改善了 GO在不同橡胶基体中的分散性能。对于NR基体,填充4份的PGO可使NR的拉伸强度达到26.65MPa,比NR空白胶提升了 55%。5份的PGO使NR的撕裂强度增加到51.36 kN/m,比NR空白胶提升了 159%,交联密度提升了 170%,导热系数提升了 26%。对于XNBR基体,3份PGO使XNBR的撕裂强度和导热系数相比GO/XNBR分别提升了 54%和25%,而拉伸强度变化不大。在SBR基体中,填充3份PGO可使SBR的拉伸强度达到10.92 MPa,比SBR空白胶和GO/SBR分别提升493%和72%,导热系数分别提高了 29%和14%。对PGO的进一步还原制备了能够在水中均匀分散的PVP改性GE(PGE)溶液,然后与NR胶乳进行混合制备了 PGE/NR复合材料。随着PGE填充量的增加,力学性能、热稳定性和导热性能等不断增加。当PGE填充量为3份时,PGE/NR的拉伸强度和撕裂强度分别比NR空白胶提升了 23%和146%,Tmax最大可提升9.8℃。此外,PGE/NR在-70℃和25℃时的储能模量和导热系数分别提升了 59%,313%和31%。