六方氮化硼/丙烯酸酯橡胶复合材料的制备、性能及γ射线辐射效应

耐高温、耐辐射橡胶复合材料的开发是未来先进橡胶材料的研发方向之一。本工作将乳液聚合制备的丙烯酸酯类橡胶(ACM)生胶和三种(平均粒径为0.25μm、1.00μm和10.00μm)六方氮化硼粒子(BN-0.25、BN-1和BN-10)分别进行熔融共混,再原位硫化,成功制备了一系列BN/ACM复合材料。研究了BN含量、粒子尺寸以及γ射线辐射对BN/ACM复合材料的热稳定性、导热系数、电阻率和力学性能的影响。结果表明:在BN质量分数不高于40%时,复合材料的热稳定性、导热系数和电阻率随BN质量分数和粒径而增加。当BN-10质量分数为40%时,BN-10/ACM复合材料的导热系数高达1.438 W/(m·K),超过高导热高分子材料所要求的导热系数(>1 W/(m·K))。而力学性能方面,如拉伸强度和断裂伸长率,虽然随BN含量而增加,但却随BN粒径减小而增大。BN质量分数达40%时,由于粒子间的团聚导致分散性变差,复合材料整体力学性能变差。进一步对ACM和BN/ACM复合材料的γ射线辐射效应研究表明,当吸收剂量达200 kGy时,ACM和BN/ACM复合材料的热稳定性和导热系数提高,电阻率则有所下降,但仍与辐照前保持在同一数量级上。γ射线辐照使纯ACM基体有交联硬化的趋势;而BN/ACM复合材料经辐照后,力学性能变差。但由于BN粒子的增强作用,在BN质量分数低于20%的情况下,复合材料辐照后的拉伸强度和断裂伸长率仍然比辐照后的纯ACM要高。这说明要制备耐辐射稳定性好的高导热的ACM橡胶复合材料,可以通过填充粒径10μm的BN粒子,质量分数控制在30%左右。本工作为用于高温油封、电子元件热界面材料和高能辐射环境领域的高导热、耐辐射ACM橡胶复合材料的开发具有理论和实际意义。