纤维素补强天然橡胶的应用与研究进展

介绍了5种纤维素材料:微晶纤维素(MCC)、纤维素纳米晶(CNC)、纤维素纳米纤维(CNF)、纤维素纳米晶须(CNW)以及细菌纤维素(BC)补强天然橡胶的应用研究,总结了纤维素材料对天然橡胶性能的影响,并对其应用前景进行了展望。

ZnO晶须增强树脂基复合材料研究

对ZnO晶须/NR复合材料的实验研究表明,表面改性后的ZnO晶须对NR具有显著的增强和抗老化作用,其增强效果沿橡胶混炼剪切方向与垂直剪切方向几乎相同。对ZnO晶须/PPS复合体系的研究结果表明,偶联剂表面处理后的ZnO晶须对PPS有显著的增强作用。研究发现,经典的预测复合材料强度的理论公式可以较好地预测ZnO晶须/NR体系,但对ZnO晶须/PPS复合材料的预测则与实测值存在较大差异。分析认为其主要原因是该晶须特殊的空间四针状结构能有效地传递受力,尖端作用避免了端口应力集中引起的破坏。

纳米微晶纤维素替代炭黑补强天然橡胶

采用纳米微晶纤维素(NCC)部分替代炭黑,制备了天然橡胶/纳米微晶纤维素/炭黑复合材料(NR/NCC/CB),研究了NCC对NR/CB复合材料性能的影响.结果表明,NCC提高了CB补强NR的扯断伸长率,并保持在500%以上,永久变形下降至30%以下,且NR/NCC/CB的拉伸强度和撕裂强度基本保持或略优于NR/CB,硬度则基本保持不变;NCC替代炭黑的量为5phr～20phr时,材料仍能保持良好的耐磨耗性能;NCC替代炭黑的量低于15phr时,材料的抗曲挠龟裂性能得到改善;NCC的加入还改善了材料的热空气老化性能,降低了材料的压缩疲劳生热,当NCC取代CB的量为10 phr时,复合材料的生热达到最低值13.0℃.

纤维素晶须改性丁腈橡胶的研究

为了提升丁腈橡胶(NBR)的性能,采用了酸水解法制备的纤维素晶须(CW)对其进行补强,并利用傅里叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对CW的结构进行了表征和分析。研究结果表明,当CW的质量分数为5%、10%、15%时,丁腈橡胶的性能呈上升趋势,其耐热温度提高了4℃、质量损失减少4%、抗老化性能也得到提升。其中,当质量分数达到15%时,纤维素晶须的补强效果最佳,拉伸强度由原来的4 MPa提升至12 MPa,断裂伸长率由320%提升至580%,邵尔A硬度由47提升到52。

橡胶基体对橡胶/细菌纤维素晶须复合膜性能的影响

采用硫酸水解法制备细菌纤维素晶须(BCWs),并分别以丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)和羧基丁腈橡胶(XNBR)作为基体,用蒸发法制备了橡胶/BCWs复合膜,研究了橡胶基体对复合膜的水溶胀、水刺激-力响应及降解性能的影响。结果表明,SBR/BCWs复合膜的平衡溶胀率高达72%,远高于NR/BCWs和XNBR/BCWs复合膜。3种复合膜表现出强烈的水刺激-力响应性能,其中SBR/BCWs复合膜综合性能最佳,NR/BCWs复合膜的重复使用性较好。BCWs的加入促进了3种复合膜的降解,其中SBR/BCWs复合膜的质量损失率最大。

天然微晶纤维素晶须补强天然橡胶的研究

采用硫酸酸解天然微晶纤维素(microcrystalline cellulose,简称MCC)制备纳米微晶纤维素晶须(cellulosewhisker,简称CW),加入天然橡胶胶乳共沉后混炼硫化.结果表明,CW对天然橡胶具有明显的补强作用,经间苯二酚(R)与六亚甲基四胺(H)改性后,NR/RH-CW复合材料的模量、断裂伸长率和撕裂强度都进一步改善.热空气(100℃,72 h)老化后,NR/RH-CW复合材料的力学性能明显优于纯NR,其拉伸强度由28.54 MPa下降至21.78 MPa,变化率缩小至23.7%;断裂伸长率由594%下降至493%,变化率缩小至17.0%,而纯NR的拉伸强度由22.0 MPa下降至2.4 MPa,变化率为89.1%;断裂伸长率由579%下降至168%,变化率为71.0%.扫描电镜分析表明,RH-CW与NR基体的界面相容性较CW改善.热重分析表明,CW的加入使NR的5%失重温度降低,但残重增加,微分曲线在520℃处出现了一个小峰,RH-CW的加入,使该峰变大,残重进一步增加.

天然橡胶/纤维素纳米丝增韧增强聚乳酸研究

通过溶液共混-共沉淀法制备了天然橡胶/纤维素纳米丝(NR/CNF)复合物,并将该复合物与聚乳酸(PLA)熔融共混,制备得到PLA/NR/CNF共混物。采用扫描电镜对PLA/NR/CNF共混物的断面形貌进行了表征,发现该共混物在脆断过程中,由于CNF与PLA的界面结合力较弱,会随着橡胶分散相一起脱落,从而形成较多的孔洞。拉伸测试结果表明,PLA/NR/CNF共混物的拉伸模量和拉伸强度均高于PLA/NR共混物,但是断裂伸长率有所下降,说明CNF对共混体系具有增强的效果。热失重测试结果表明,NR和CNF的引入会使PLA的初始分解温度降低。