7大类纳米粉体材料在液体硅橡胶中的应用

 

　　由于纯液体硅橡胶的物理机械性能非常差，一般需要经过增强改性以满足实际应用需求，其中添加增强填料无疑是最为简洁便利的方法。常用的纳米填料主要有纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、有机蒙脱土、碳纳米管和石墨烯、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、碳化硅、氧化铝及纳米银线等。　　　　1、纳米二氧化硅（SiO2）　　纳米SiO2合成的方法主要以气相法和沉淀法为主，采用气相法制备的纳米SiO2表面羟基少，粒径均匀，分散性较好。祝智敏等以气相法SiO2作为增强填料，发现添加10份SiO2后，液体硅橡胶的物理机械性能有明显的提高，邵尔A硬度、拉伸强度和剪切强度可分别达到40、1.6MPa、1.4MPa；经过老化后剪切强度没有显著的变化。　　　　由于气相法SiO2的成本较高，因此成本较低的沉淀法SiO2备受关注。沉淀法SiO2含水量较高，表面羟基数也远远高于气相法SiO2，使得沉淀法SiO2的表面活性很高，极易发生团聚，不利于在橡胶基体中分散，因此为了解决这一问题通常采用物理或者化学方法对其进行表面改性，阻止团聚现象的产生，提高其分散性。　　　　Li等开发了一种液相原位表面修饰的改性方法，结果发现，经过修饰后的沉淀法SiO2与液体硅橡胶基体的相容性有了极大地提高，对于液体硅橡胶增强效果不亚于气相法SiO2，从而拓宽了沉淀法SiO2的应用前景。　　　　2、纳米碳酸钙　　　　纳米碳酸钙具有粒径小、比表面积高、表面活性高、填充量大及利于加工等优点，其作为橡胶增强填料不仅成本低廉，而且表现出很好的增强增韧、杀菌消毒等效果，因此纳米碳酸钙作为一种常见的增强填料被广泛应用于液体硅橡胶。　　　　Yin等以纳米碳酸钙作为液体硅橡胶的增强填料，结果发现，当纳米碳酸钙的添加量为100份时，硅橡胶的拉伸强度与未增强硅橡胶相比提高了4.4倍，扯断伸长率提高了3倍，同时耐热氧老化性、耐油性也有显著的提高，表明纳米碳酸钙具有突出的增强效果。　　　　3、有机蒙脱土（OMMT）　　　　蒙脱土（MMT）是一种典型的层状硅酸盐，在橡胶工业中是一种较为常见的增强填料。为提高MMT与硅橡胶的相容性，通常对其进行有机改性以制得OMMT。研究发现，OMMT可以很好地分散在硅橡胶基体中，从而大幅提升硅橡胶的物理机械性能。　　　　Wang等通过溶液插层法制备了OMMT/液体硅橡胶复合材料，发现复合材料的物理机械性能远优于气相法SiO2/液体硅橡胶复合材料；结构分析表明，OMMT在橡胶基体中呈现剥离态结构。　　　　4、碳纳米管（CNT）　　　　由于CNT长径比大、模量高以及极高的韧性和较低的密度，使其一直以来备受关注，因而CNT在液体硅橡胶增强领域的研究也越来越广泛。　　　　Frogley等研究发现，用SWNT增强液体硅橡胶的初始模量随着SWNT添加量的增加而增大；SWNT的高长径比、低密度及其在橡胶基体中良好的分散性对复合材料具有突出的增强效果。此外，许多研究表明，用CNT对硅橡胶起到增强效果的同时还赋予了硅橡胶一定的导热性。　　　　5、石墨烯　　　　石墨烯是一种以sp2碳原子杂化而成的具有六边形点阵排列的一类二维纳米材料，其具有优异的电学、热学以及物理机械性能，且性能稳定，来源广泛，制备简单，是一种非常理想的功能性填料。　　　　Zhao等采用乙烯基三乙氧基硅烷（TEVS）修饰氧化石墨烯（GO），通过原位法制备了TEVS－GO/液体硅橡胶，结果表明，当TEVS-GO质量分数为0.3%时，液体硅橡胶的拉伸强度、撕裂强度、剪切强度比纯液体硅橡胶分别提高了2.3倍、2.79倍及1.97倍；同时失重10%的热分解温度提高了16℃，TEVS-GO表现出良好的增强效果。　　　　6、纳米氧化锌（ZnO）　　　　ZnO是橡胶工业中常用的硫化活化剂，也可作为填料提高材料的物理机械性能及导热性。　　理论上，减小ZnO的粒径及增大比表面积对于提高反应活性是有利的，因此纳米ZnO可作为液体硅橡胶的功能型增强填料。另外，ZnO也是良好的紫外线屏蔽剂，具有防老化性，经过修饰后的ZnO还可赋予硅橡胶新的特性如自清洁性等。　　　　7、纳米二氧化钛（TiO2）　　　　纳米TiO2具有表面缺陷少、非配对原子多、比表面积大等特点，将其用于增强橡胶，易发生物理或化学结合，增加交联位点，有利于提高橡胶材料的物理机械性能；当在应力场中受到外力作用后，纳米TiO2在基体中产生微区形变而吸收能量，橡胶材料表现出良好的抗辐射能力。　　　　Yu等研究发现，高添加量纳米TiO2（质量分数35%）可以对液体硅橡胶的介电性和物理机械性能起到良好的改善效果，频率为0.1Hz时的介电常数为4.9，击穿强度为160kV/mm，撕裂强度达5.3MPa。　　　　其他功能性增强填料除上述几种功能性纳米增强填料之外，还有很多其他类型的增强填料，比如碳化硅、氧化铝、纳米银线等，这些增强填料不仅可有效改善液体硅橡胶的物理机械性能还可以赋予某些特殊性能。