一种MWCNTs@SiO2-C改性的氟橡胶复合材料

本发明涉及氟橡胶，具体涉及一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料。

背景技术：

1、在过去几年中，mwcnts（多壁碳纳米管）增强fkm（氟碳橡胶）由于其出色的耐腐蚀、耐油、耐臭氧和耐高温性能，在航空航天、汽车和能源领域得到了广泛应用。众所周知，界面结合是影响复合材料力学性能的最关键因素。然而，由于mwcnts固有的光滑性和化学惰性，复合材料内部mwcnts与基体界面的粘附性有所降低，从而影响了复合材料的力学性能，限制了复合材料在高压或极端应力条件下的应用范围。

2、为了解决界面粘接问题，研究人员提出了多种改性方法，包括化学接枝、涂层和等离子体处理等。yang等人通过在硅橡胶基体中加入cnt（碳纳米管）和氮化硼，设计了一种混合三维填充网络，具有优异的拉伸强度、热绝缘和电绝缘增强功能。chen等人将胺化和酸处理的碳纳米管整合到fkm复合材料中，以促进fkm基体与处理后的碳纳米管之间化学键和氟-氢极性相互作用的发展，从而增强界面键合。bai等人合成了“核-壳”结构的sio2@tio2，然后将其纳入fkm基体中，使tio2在fkm内具有高度分散和较强的界面键合，从而显著增强了机械性能。tan等简单地将改性sio2/mwcnt填料加入到fsr（氟硅橡胶）基体中，通过增强sio2/mwcnt与fsr材料之间的界面相互作用，减少填料在fsr材料中的团聚，使fsr材料具有优异的力学、介电和热性能。上述方法虽然能在一定程度上改善界面结合，但仍存在工艺复杂、副产品多、破坏cnt强度等缺陷。传统的改性技术不能充分解决fkm基体中mwcnts的分散和界面键合问题。因此，迫切需要设计和实施一种有效的mwcnts界面改性策略，以满足fkm复合材料的强度和韧性标准。

3、原位聚合纳米二氧化硅方法是一种简单、有效、无污染的mwcnts功能化策略。而碳化则是制备碳纳米补强填料的一种绿色高效的方法。然而，目前利用原位聚合纳米二氧化硅结合碳化法设计合成三元复合结构mwcnts@sio2-c的报道很少。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料。

2、本发明所采取的技术方案如下：一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，所述mwcnts@sio2-c为以mwcnts为核心，以碳纳米颗粒填充的纳米sio2为外壳的三元复合填料。

3、优选的，所述碳纳米颗粒为碳源经碳化后得到的无定形碳。

4、优选的，所述mwcnts为羧化后的cooh-mwcnts。

5、优选的，其制备方法包括如下步骤：

6、s1.将mwcnts、硅源混合均匀并调节ph 至1~2；

7、s2.加入碳源，调节ph 至7~8，并沉淀反应得到凝胶；

8、s3.将凝胶干燥得到mwcnts@sio2-c；

9、s4.将氟橡胶和mwcnts@sio2-c机械共混后硫化得到氟橡胶复合材料。

10、优选的，步骤s4中，氟橡胶与mwcnts@sio2-c的质量份数比为100:1~7。

11、优选的，步骤s1中，硅源为硅酮、硅酸盐中的一种或多种。其中，硅酮具体可选择正硅酮（teos）和甲基三硅酮（mtes）等，它们易于溶于有机溶剂，并且能形成透明和均匀的溶胶；硅酸盐具体可选择硅酸钠、硅酸镁、硅酸钙等。

12、优选的，骤s2中，碳源为含碳的有机化合物。具体可选择葡萄糖、乳果糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉中的一种或多种。

13、优选的，步骤s3中，干燥条件为在氩气气氛下干燥2~4 h。

14、优选的，步骤s4中，将氟橡胶和mwcnts@sio2-c在50℃的机械共混后，加入taic和101xl-45均匀混合，并在150~250℃下后硫化得到氟橡胶复合材料。

15、优选的，还包括步骤s5：将氟橡胶复合材料在氧气气氛中进行等离子体处理。

16、本发明的有益效果如下：

17、首先，本发明采用原位聚合与碳化相结合的方法合成了一种新型三元复合填料mwcnts@sio2-c。在原位聚合过程中，mwcnts和葡萄糖被掺入硅源环境中，在原位聚合二氧化硅之后，硅涂层被有效地接枝到mwcnts的外部，而在碳化过程中，硅层内的葡萄糖在氩气气氛中被碳化成碳纳米颗粒，最终以mwcnts为核心，以碳纳米颗粒填充的纳米二氧化硅为外壳，合成了三元填料mwcnts@sio2-c。不规则的二氧化硅层可以提高填料的粗糙度和表面积，并有助于与橡胶材料实现良好的机械铆接。将fkm与mwcnts@sio2-c机械共混制备fkm/mwcnts@sio2-c复合材料。

18、其次，本发明系统研究了mwcnts@sio2-c含量对fkm力学性能、热学性能和电磁屏蔽性能的影响。结果表明，mwcnts@sio2-c表面不规则的硅涂层可以通过与氟橡胶基体良好的机械铆接来改善fkm的力学性能。添加7 phr mwcnts@sio2-c的fkm复合材料的抗拉强度比原fkm提高了206%，压缩强度下降了17%。此外，mwcnts@sio2-c的加入可以提高fkm的初始分解温度和x波段的电磁干扰屏蔽效率(emi se)。

19、同时，还研究了等离子体处理对复合材料力学性能的影响。等离子体处理能显著提高fkm的抗拉强度(0-3 phr)。

20、综上所述，三元复合填料mwcnts@sio2-c在航空航天、军事、半导体制造等领域具有巨大的应用潜力。

技术特征：

1.一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：所述mwcnts@sio2-c为以mwcnts为核心，以碳纳米颗粒填充的纳米sio2为外壳的三元复合填料。

2.根据权利要求1所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：所述碳纳米颗粒为碳源经碳化后得到的无定形碳。

3.根据权利要求1所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：所述mwcnts为羧化后的cooh-mwcnts。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：步骤s4中，氟橡胶与mwcnts@sio2-c的质量份数比为100:1~7。

6.根据权利要求4所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：步骤s1中，硅源为硅酮、硅酸盐中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：步骤s2中，碳源为含碳的有机化合物。

8.根据权利要求4所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：步骤s3中，干燥条件为在氩气气氛下干燥2~4 h。

9.根据权利要求4所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于：步骤s4中，将氟橡胶和mwcnts@sio2-c在50℃的机械共混后，加入taic和101xl-45均匀混合，并在150~250℃下后硫化得到氟橡胶复合材料。

10.根据权利要求4所述的一种mwcnts@sio2-c改性的氟橡胶复合材料，其特征在于，还包括步骤s5：将氟橡胶复合材料在氧气气氛中进行等离子体处理。

技术总结
本发明提供一种MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C改性的氟橡胶复合材料，所述MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C为以MWCNTs为核心，以碳纳米颗粒填充的纳米SiO<subgt;2</subgt;为外壳的三元复合填料。本发明采用原位聚合与碳化相结合的方法，合成以MWCNTs为核心，以碳纳米颗粒填充的纳米二氧化硅为外壳的三元填料MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C。不规则的二氧化硅层可以提高填料的粗糙度和表面积，并有助于与橡胶材料实现良好的机械铆接。将FKM与MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C机械共混制备FKM/MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C复合材料。MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C表面不规则的硅涂层可以通过与氟橡胶基体良好的机械铆接来改善FKM的力学性能。添加7 phr MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C的FKM复合材料的抗拉强度比原FKM提高了206%，压缩强度下降了17%。此外，MWCNTs@SiO<subgt;2</subgt;‑C的加入可以提高FKM的初始分解温度和X波段的电磁干扰屏蔽效率。

技术研发人员：金辉乐,张译文,高军昌,吴亚东,李俊,王舜,汪洋
受保护的技术使用者：温州大学新材料与产业技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23