碳纳米管对氟橡胶性能的影响

万明顺，王定东，李 蘶，信晓庆

（南京七四二五橡塑有限责任公司，江苏 南京 210028）

碳纳米管为六元环网状石墨片层构成的管状结构，具有优异的物理性能、电性能和磁性能，广泛应用于电子材料、储氢材料和吸附材料等领域[1-3]。据文献[4]报道，碳纳米管可显著提高硅橡胶和氢化丁腈橡胶的拉伸强度。

氟橡胶是一种在主链或侧链碳原子上含有氟原子的弹性体[5]，具有优异的耐高温性能、耐油性能、耐化学介质性能、耐天候老化性能、电绝缘性能、抗辐射性能和物理性能，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、石油、机械、冶金和化工等领域[6-8]。

氟橡胶的加工工艺与物理性能难以协调，导致其应用具有局限性。本工作主要研究碳纳米管对氟橡胶性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

氟橡胶，牌号2602，昊华晨光杜邦氟材料（上海）有限公司产品；氧化镁，日本协和化学工业株式会社产品；氢氧化钙，日本井上石灰工业株式会社产品；喷雾炭黑，抚顺黑又亮炭黑有限公司产品；炭黑N990，中联橡胶股份有限公司提供；加工助剂WS280，美国Struktol公司产品；碳纳米管、巴西棕榈蜡、双酚AF和促进剂BPP，市售品。

1.2 配方

氟橡胶 100，喷雾炭黑 15，炭黑N990 5，氧化镁 6，氢氧化钙 6，巴西棕榈蜡 1，双酚AF 1.5，加工助剂WS280 0.5，促进剂BPP 0.5，碳纳米管 变量。

1.3 主要设备与仪器

XK-160型开炼机，大连华韩橡塑机械有限公司产品；XLB-D500×500型平板硫化机，浙江湖州东方机械有限公司产品；GT-M2000-A型硫化仪和AI-3000型电子拉力机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；邵尔A型硬度计，德国博锐仪器公司产品。

1.4 试样制备

生胶在开炼机上塑炼包辊，加入氧化镁、氢氧化钙、喷雾炭黑、炭黑N990和碳纳米管混炼均匀，薄通6次，继续加入双酚AF和促进剂BPP，薄通数次，下片，停放24 h。胶料硫化分两段。一段硫化在平板硫化机上进行，硫化条件为170℃×t90。二段硫化在热空气中进行，硫化条件为230 ℃×16 h。

1.5 性能测试

邵尔A型硬度测试采用邵尔A型硬度计按GB/T 531.1—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》进行测试；拉伸强度和拉断伸长率按GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》进行测试；压缩永久变形按GB/T 7759.1—2015《硫化橡胶或热塑性橡胶 压缩永久变形的测定 第1部分：在常温及高温条件下》进行测试，压缩率为25%。耐油性能按GB/T 1690—2010《硫化橡胶或热塑性橡胶 耐液体试验方法》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

碳纳米管用量对混炼胶硫化特性的影响如表1所示。从表1可以看出，随着碳纳米管用量增大，硫化胶的焦烧时间和正硫化时间延长。这是因为碳纳米管为中空管状结构，具有较大的比表面积，对液体和气体的吸附性较强，其用量越大，混炼胶的含水量可能越多，硫化速率越小。

表1 碳纳米管用量对混炼胶硫化特性的影响（170 °C）

2.2 物理性能

碳纳米管用量对硫化胶物理性能的影响如表2所示。从表2可以看出：随着碳纳米管用量增大，硫化胶的邵尔A型硬度和撕裂强度增大，这是因为碳纳米管的刚度较大，可有效改善硫化胶的撕裂性能；拉伸强度和拉断伸长率先增大后减小；压缩永久变形呈增大趋势，这可能是因为碳纳米管的比表面积较大，易发生自身团聚，影响其与橡胶基体的结合；当碳纳米管用量为3份时，硫化胶的综合物理性能较好。

表2 碳纳米管用量对硫化胶物理性能的影响

与老化前相比，热空气老化后添加碳纳米管胶料的拉伸强度变化不大，拉断伸长率变化率有一定减小，说明其耐热空气老化性能较好。这可能与碳纳米管优异的热学性能有关。

2.3 耐油性能

碳纳米管用量对胶料耐油性能的影响如表3所示。从表3可以看出，在采用ASTM 1#标准油的试验中，与未添加碳纳米管的胶料相比，添加碳纳米管的胶料邵尔A型硬度变化、拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率较小，体积变化率变化不大，耐油性能较好。在采用ASTM 3#标准油的试验中，与未添加碳纳米管的胶料相比，添加碳纳米的胶料拉伸强度下降，邵尔A型硬度变化和体积变化率变化不大，耐油性能一般。

表3 碳纳米管用量对胶料耐油性能的影响

3 结论

（1）随着碳纳米管用量增大，混炼胶的焦烧时间和正硫化时间延长，硫化速率减小；硫化胶的邵尔A型硬度和撕裂强度增大，拉伸强度和拉断伸长率先增大后减小，压缩永久变形呈增大趋势；添加碳纳米管的胶料耐热空气老化性能和耐油性能较好。

（2）当碳纳米管用量为3份时，胶料的综合性能较好。