碳材料填充甲基苯基硅橡膠的研究.pdf

1、甲基苯基硅橡膠(PMPS)是由甲基苯基環(huán)硅氧烷與八甲基環(huán)四硅氧烷，開(kāi)環(huán)共聚得到的一類(lèi)特種硅橡膠，苯基的引入提升了硅橡膠力學(xué)性能、寬溫域高阻尼、耐輻照性和耐高低溫性能，使其在高端制造領(lǐng)域有重要應(yīng)用，如航空、航天阻尼減震、密封等。碳材料如石墨烯、炭黑、碳納米管，具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，如石墨、石墨烯等，都具有大共軛π鍵，與常規(guī)的二甲基硅橡膠填充復(fù)合，可以賦予材料良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能，在長(zhǎng)壽命、耐高溫電磁屏蔽等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。由于甲基苯基硅橡

2、膠與二甲基硅橡膠有著不同的分子結(jié)構(gòu)，苯環(huán)與石墨、石墨烯及碳納米管之間可能存在著π-π相互作用，從而賦予材料更特殊的性能，基于此，本文分別研究了鱗片石墨、膨脹石墨(EG)、碳納米管以及石墨烯與不同苯基含量的苯基硅橡膠的復(fù)配，探索了碳材料的粒徑、微觀結(jié)構(gòu)、用量與苯基硅橡膠的力學(xué)性能、阻尼性能、導(dǎo)電性能之間的關(guān)系，并通過(guò)結(jié)構(gòu)表征技術(shù)和與二甲基硅橡膠的對(duì)比，揭示了苯基硅橡膠與不同碳材料之間的相互作用機(jī)制，并制備性能良好的導(dǎo)電硅橡膠。
　　

3、研究了膨脹石墨(EG)石墨填充的硅橡膠，發(fā)現(xiàn)EG在硅橡膠中也有良好的分散性，但EG的摻入會(huì)導(dǎo)致硫化硅橡膠機(jī)械性能下降;添加等量的EG，高苯基含量(PMPS-3)的硅橡膠混煉膠的機(jī)械性能較好。
　　將EG分別與PMPS-3、PDMS進(jìn)行混煉制備混煉膠，利用索氏提取器以甲苯為溶劑對(duì)混煉膠進(jìn)行索氏提取，分別得到EG-1與EG-2。通過(guò)FT-IR與拉曼光譜說(shuō)明PMPS-3與EG之間存在π-π相互作用
　　將四種粒徑不同的鱗片石墨分別

4、填充到二甲基硅橡膠(PDMS)、PMPS-1（5％苯基含量）、PMPS-2（15％苯基含量）、PMPS-3（30％苯基含量），制備得到不同配方的混煉膠。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)基膠和填充份數(shù)相同時(shí)，鱗片石墨粒徑越小硅橡膠的力學(xué)性能越好，苯基含量越高，與石墨的結(jié)合越好，力學(xué)性能也越高。
　　通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在硅橡膠中，MWNT的最佳摻量均為2phr。SEM顯示MWNT在2phr的摻量下分散良好。SSNMR與平衡溶脹法驗(yàn)證了PMPS-3與MWNT

5、之間存在π-π相互作用。MWNT的滲濾閾值為4phr，此時(shí)體積電阻率為9.32×106Ω·cm，比純的PMPS-3降低7個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　GNs的摻量在0-2phr時(shí)，不同基體復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨GNs的提高而上升，并且發(fā)現(xiàn)在PMPS-3中拉伸性能隨提升的幅度最大。GNs分散均勻且與PMPS-3界面結(jié)合緊密。除此之外，GNs的引入可以提高硅橡膠的阻尼性能，在PMPS-3中對(duì)于阻尼性能提升最大。GNs的滲濾閾值為2phr，此時(shí)體積電阻

6、率為8.3×105Ω·cm，比純的PMPS-3降低8個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　以MWNT、GNs、PMPS-3為原料制備MWNT/GNs/PMPS-3，導(dǎo)電性的最佳用量比為2phr/1phr/100phr，此時(shí)硅橡膠的體積電阻率比空白樣降低9個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)拉伸強(qiáng)度由9.57MPa提高至10.62，硅橡膠的硬度和交聯(lián)密度也有所提高。SEM顯示MWNT與GNs在橡膠基體中均勻分散，MWNT作為“導(dǎo)電橋”連接GNs片層之間的空隙，形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)