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橡胶/粘土纳米复合材料的研究意义

时间:2006-03-03
关键词:橡胶 粘土 纳米 复合 材料 研究 意义
    橡胶纳米复合材料,具有分散相尺寸达到纳米级、分散相的表面积与体积比急剧增大的结构特点,他已经向人们展示了这类材料所具有的一系列优异的物理机械性能。以纳米级分散的粘土无机片层,限制了橡胶的变形和阻碍了裂纹扩展,具有很好的补强效果,可代替传统的炭黑和白炭黑补强,节约能源,减少污染,可广泛应用于浅色制品,改变原来大部分橡胶制品的单一黑色性;同时由于粘土片层的比表面积较大,均匀分散的片层阻挡了气体分子在胶料中的扩散,使其运动路径大大延长了,同时,也降低了橡胶大分子的热运动,减少了气体在橡胶中的扩散和渗透系数;正因为这些结构特点,才使得橡胶/粘土纳米复合材料(简称,PCN)在补强性、热性能、阻隔性能、透气性以及浅色性及透明性等方面都有优异的表现[1],其产品可广泛应用于轮胎内胎、气密层、薄膜、胶管、胶辊、胶带、胶鞋等制品。
粘土是一类具有层状结构的含水铝硅酸盐,其层间具有某种活性,适宜作为化学反应场所。正因为粘土矿物这种特殊的层状结构,使其在橡胶纳米复合材料中表现出优异的物理机械性能。况且粘土矿物与其他填料矿物相比,资源更为丰富,价格更低廉,这使得在工业化生产中制备橡胶/粘土纳米复合材料方面具有很大的优势。研制改性粘土、纳米级粘土及其对橡胶的补强作用,制备高性能橡胶/粘土纳米复合材料,既有利于降低成本,又可以为橡胶制品的白色或浅色化拓宽道路,节约能源,保护环境[2,3],减少橡胶工业中的炭黑用量以缓解能源危机。因此,对橡胶/粘土纳米复合材料的研究意义相当重大。

    近年来,不论是微米级橡胶/粘土复合材料,还是纳米级橡胶/粘土复合材料的研究都有升温趋势,特别是橡胶/粘土纳米复合材料的研究已成为一个热点。为粘土在橡胶工业中的应用注入了新的活力[4]。但橡胶纳米复合材料作为一个崭新的研究领域,对其研究可以说仍处于初级阶段,理论上还不成熟,制备技术还不完善,对材料的复合机理、材料的结构及结构与性能的关系等方面还有待进一步探索。随着研究的不断深入、制备技术的进一步完善以及对结构与性能关系的更深层次的了解,橡胶粘土纳米复合材料将会有突破性进展,届时人们将能按照需要设计和生产出高性能和多功能的新型橡胶纳米复合材料,展现出更加诱人的应用前景。总之,橡胶/粘土纳米复合材料发展潜力很大,更细致、更深入的理论和应用实践研究十分必要。
  
二 国内外研究现状
    
    国外对于聚合物基纳米复合材料的研究较早,国内在1995年以前几乎没有报道,1995年以后这方面的研究比较多,在这一领域的科学研究比较集中的研究单位有丰田研究中心(Toyota Research Center)、美国康奈尔大学(Cornell University)、Michigan州立大学以及中国科学院化学研究所和北京化工大学,而在商业化产品开发方面有日本的丰田公司(Toyota)、宇部公司(Unitsika)、美国的南方粘土公司(Southern Clay)、Nanocor公司以及中国北京的联科(NewNano)纳米材料公司等。但是对于橡胶/粘土纳米复合材料(PCN)的研究很少[5]。橡胶/粘土纳米复合材料的制备方法和结构性能的表征在其应用研究中都致关重要,下面对国内外在橡胶/粘土纳米复合材料的制备和表征方面的研究进展作一简单的介绍。