科创中国

一、背景技术：

橡胶材料的力学性能对橡胶材料制品使用性能至关重要。改进橡胶材料的力学性能一直是所属领域的科技工作者关注的课题。普遍做法是在橡胶材料基体中填加无机填料，通过填料来改进橡胶材料的力学性能。石墨烯与碳纳米管具有大比表面积、优异的力学性能、导电性能和阻隔性能，是一种理想的橡胶材料改性填料，已成功地用于增强橡胶材料的力学性能。目前主要是以石墨烯或碳纳米管分别作为填料对橡胶材料力学性能进行改性。吴锦荣等采用乳液共混法制备了石墨烯/天然橡胶纳米复合材料，在最佳石墨烯添加量下，石墨烯/天然橡胶纳米复合材料的拉伸强度可达24.5MPa，与纯天然橡胶相比，提高了 48 % (ff.Xing, J.R.ffu, G.S.Huang, H.Li, Μ.Z.Tang, X.Fu.PolymerInternat1nal 2014, 63, 1674-1681)。Bhattacharyya 等米用表面活性剂分散碳纳米管，再与天然橡胶复合，当碳纳米管含量为8.3%时，碳纳米管/天然橡胶的拉伸强度为7.3MPa(S.Bhattacharyya, C.Sinturel, 0.Bahloul, M.Saboungi, S.Thomas, J.Salvetat.Carbon, 2008, 46，1037-1045)。石墨烯和碳纳米管作为单一填料填充橡胶材料基体中，均在一定程度上提高了橡胶材料的拉伸力学性能，但是其增强效果有限，而且单一填料增强橡胶的韧性、耐疲劳和抵抗裂纹生长等性能不够理想。因此，亟需探索新的填料增强橡胶方法。

申请号为201110203850.8的专利文件公开了一种石墨烯碳纳米管杂化的聚合物复合材料以及其制造方法，该方法采取将石墨烯、碳纳米管与聚合物基体材料以溶液共混或者是机械共混的方法制备石墨烯碳纳米管杂化的聚合物复合材料。所制得的聚合物复合材料具有较高的导电性能和高力学性能，可以作为抗静电材料，电磁屏蔽材料，用以制作成导电地毯、电子产品的包装、手机的部件、抗静电胎面胶，以及航空航天器材的电磁屏蔽涂料等。该方法如果采用其溶液共混法制取聚合物复合材料，需要大量使用有机溶剂，其存在的问题是成本高，对环境会带来污染；该方法如果采用其机械共混法制取聚合物复合材料，石墨烯和碳纳米管在聚合物基体材料中分散不好，团聚明显，聚合物复合材料性能不均匀。此外，不论是溶液共混法还是机械共混法，都不利于填料网络形成，不能获得显著的增强效果。因此，如何实现在橡胶基体中简单有效的分散石墨烯/碳纳米管杂化填料，并且使填料在橡胶基体中形成填料网络，是制备石墨烯/碳纳米管/橡胶纳米复合材料的一个难题。

二、技术优势：

本发明提供的石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料，采用以氧化石墨烯为表面活性剂分散碳纳米管制备氧化石墨烯/碳纳米管杂化水悬浮液，通过改进的乳液共混法实现石墨烯和碳纳米管在橡胶基体中杂化均匀分散，使石墨烯和碳纳米管通过电子相互作用形成杂化填料网络，该杂化填料网络在应力作用下优先断裂，耗散能量，使橡胶材料具有良好的力学性能、耐疲劳性能、抵抗裂纹生长性能和导电性能。完全避免了现有技术采用有机溶剂共混法、表面改性法、分散助剂法等方法制取石墨烯、碳纳米管填料增强橡胶材料，使用大量有机溶剂不但增加生产成本，易造成环境污染，同时也破坏了最终产品的性能，限制了产品潜在的应用范围。本发明提供的石墨烯/碳纳米管杂化填料网络增强橡胶材料，具有良好的力学性能、耐疲劳性能、抵抗裂纹生长性能和导电性能。且生产成本低，制备工艺简单，无环境污染，易于实现大规模的工业化生产。