氟橡胶/碳纳米管复合材料的拉伸应力-应变行为

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)青岛科技大学高性能聚合物研究院 作者:李超芹

  以氟橡胶/炭黑复合材料作对比研究了氟橡胶/碳纳米管复合材料的拉伸应力-应变、拉伸应力弛豫和拉伸应力软化行为。结果表明,碳纳米管对氟橡胶有良好的增强效果,相同用量碳纳米管的增强效果要高于炭黑,低应变时碳纳米管的增强效果更明显;与氟橡胶/炭黑复合材料相比,氟橡胶/碳纳米管复合材料的应力弛豫现象更为明显,应力弛豫速率更快;随着碳纳米管和炭黑用量的增加,复合材料的应力软化效应增大,氟橡胶/碳纳米管复合材料的应力软化效应明显高于氟橡胶/炭黑复合材料。

  碳纳米管作为典型的一维纳米材料,所具有的一系列优良特性使其在理论上属于复合材料理想的功能和增强材料。藉此碳纳米管/聚合物纳米复合材料的研究己成为碳纳米管研究中的一个热点,其中对橡胶/碳纳米管复合材料的研究日趋活跃,研究主要集中在碳纳米管表面处理以及橡胶/碳纳米管复合材料的制备等方面,以期改善碳纳米管在橡胶中的分散状态、增强界面相互作用和提高碳纳米管对复合材料的力学性能、电性能及热性能的积极作用碳纳米管径向上为纳米级尺寸,表面能高,导致其在聚合物中容易团聚,分散性较差,从而降低了碳纳米管的有效长径比,而且更容易造成碳纳米管之间的滑移,使其增强效果变差。Salvetat等研究了碳纳米管/聚合物纳米复合材料的分散性问题,认为碳纳米管之间的团聚和滑移不能使碳纳米管起到有效的增强作用。另一个影响碳纳米管/聚合物纳米复合材料力学性能的重要因素是聚合物与碳纳米管之间的界面作用力。若界面相互作用强,载荷就可以有效地转移给碳纳米管,使复合材料的力学性能得以提高,相反,若界面相互作用弱,碳纳米管就可能在剪切力的作用下被从聚合物中拔出,载荷不能有效转移,复合材料的力学性能就降低。Ajayan等研究了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料在拉伸和压缩载荷作用下的形变行为以及管束中单壁碳纳米管的滑移行为。而Cooper等则通过拉曼光谱研究了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料中应力的转移情况,结果表明2619cm-1处储能模量的拉曼峰向低波

  长方向移动,说明应力产生了有效的转移。鉴于复合材料中碳纳米管的滑移或者有效的应力传递都将对材料的拉伸应力-应变行为产生影响,本工作即以氟橡胶为基础材料,通过机械共混的方法制备氟橡胶/碳纳米管复合材料,并与氟橡胶/炭黑复合材料进行对比,来研究碳纳米管对于复合材料拉伸应力-应变行为的影响。

  结论

  a)随着填料量的增加,氟橡胶/碳纳米管与氟橡胶/炭黑复合材料的50%和100%定伸应力以及拉伸强度均呈增大趋势。同等填料用量下,碳纳米管的增强效果明显高于炭黑。

  b)随着填料用量的增加,碳纳米管和炭黑复合材料的弛豫系数降低,应力弛豫现象明显。同等填料用量下,氟橡胶/碳纳米管复合材料的应力弛豫现象更为明显。

  c)同等填料用量下,氟橡胶/碳纳米管复合材料的Ri要低于氟橡胶/炭黑复合材料,氟橡胶/碳纳米管复合材料具有更明显的应力软化效应。

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