中國(guó)粉體網(wǎng)訊 碳納米管，又名巴基管，是一種徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口的一維量子材料。
近年來，以碳納米管為代表的納米碳素材料、一維粘土、多面體低聚倍半硅氧烷、山梨酸鹽和各種無機(jī)非硅酸鹽層狀物等納米粒子相繼被被應(yīng)用于橡膠基納米復(fù)合材料，構(gòu)成了新型橡膠基納米復(fù)合體系，可以賦予傳統(tǒng)橡膠基納米復(fù)合材料所不具備的獨(dú)特電學(xué)、熱學(xué)、各向異性等性能，豐富發(fā)展了橡膠基納米復(fù)合材料的種類。
碳納米管在橡膠中的應(yīng)用
碳納米管中碳原子主要以sp2雜化為主，在其空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中又有著同時(shí)具有sp2和sp3混合雜化的化學(xué)鍵，而這些 ｐ 軌道彼此交疊在碳納米管表面時(shí)，形成高度離域化的大 π 鍵，是其與一些具有共軛功能的大分子復(fù)合的化學(xué)基礎(chǔ)。碳納米管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其具有許多優(yōu)良的性能，如比表面積大、強(qiáng)度高、韌性好、密度小、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性優(yōu)良等。
補(bǔ)強(qiáng)材料、防震材料
力學(xué)性能
1.硬度極高、柔韌性好
2.抗拉強(qiáng)度是鋼的100倍
3.熔點(diǎn)高達(dá)3652~3697℃
熱學(xué)性能
1.長(zhǎng)度方向?qū)嵝院?/p>
2.垂直方向?qū)嵝圆?/p>
3.具有較強(qiáng)的熱導(dǎo)率
碳-碳共價(jià)健密度較高的碳納米管 ,其理論強(qiáng)度是鋼的 100 倍, 而密度是鋼的 1/6.通常多層碳納米管結(jié)構(gòu)中缺陷很多, 較難達(dá)到理論強(qiáng)度, 但單層的缺陷很少 ,可接近理論強(qiáng)度。
由于碳納米管是中空的 ,圓周方向由幾個(gè)到幾 10 個(gè)石墨型六邊形碳 -碳共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)形成的籠形結(jié)構(gòu),軸向則由很多的石墨型六邊網(wǎng)絡(luò)組成 .這種結(jié)構(gòu)使它具有驚人的韌性和彈性形變能力。
利用碳納米管優(yōu)異的力學(xué)性能可為橡膠基體提供極好的補(bǔ)強(qiáng)性, 并提高其抗疲勞性能。碳納米管在橡膠基體中形成的填充網(wǎng)絡(luò)可將其中積聚的熱量迅速散失, 降低橡膠制品的熱疲勞損失 ,延長(zhǎng)使用壽命碳納米管大的長(zhǎng)徑比有利于提高橡膠的耐撕裂性和耐磨性。
導(dǎo)電材料、靜電屏蔽材料
電學(xué)性能
1.管徑大于6nm，導(dǎo)電性下降
2.管徑小于6nm，良好導(dǎo)電性
3.管徑約0.7nm，預(yù)估有超導(dǎo)性
碳納米管因具有大的長(zhǎng)徑比 ,加入到聚合物基體中可以在較低填充量時(shí)即可達(dá)到逾滲值, 不會(huì)因填充量過高而導(dǎo)致材料彈性降低。用單壁碳納米管填充氟橡膠與用炭黑填充氟橡膠相比,填充量小 ,硬度低, 在混合汽油中的滲透性低, 壓縮永久變形小,導(dǎo)電性好, 適合制備汽車油箱用 O型密封圈。此外碳納米管的優(yōu)良導(dǎo)電性能和半導(dǎo)體性質(zhì) ,使它與橡膠的復(fù)合材料具有比普通炭黑-橡膠更好的靜電屏蔽效果。
碳納米管在橡膠應(yīng)用中的難題
在橡膠工業(yè)中，將碳納米管填充各種橡膠材料以提高其導(dǎo)熱、導(dǎo)電及物理性能等成為發(fā)展趨勢(shì)。由于碳納米管自身有著很高的表面自由能，碳納米管間相互作用力強(qiáng)、與橡膠的粘結(jié)力差以及橡膠極高的粘度，碳納米管難以均一地在橡膠基體內(nèi)分散,易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，因此在填充使用時(shí)，需要提高其分散性和相容性。為了解決碳納米管難以分散的問題，可采用共價(jià)鍵改性和非共價(jià)鍵改性等方法。
碳納米管分散機(jī)理：
1.破壞長(zhǎng)纖維糾纏粘結(jié)狀態(tài)
2.克服團(tuán)聚體強(qiáng)吸附力
3.穩(wěn)定碳納米管分散狀態(tài)
碳納米管分散方法：
隨著“工業(yè)４.０ ”及“ 2025計(jì)劃”的實(shí)施，碳材料填充橡膠的多樣化、功能化以及實(shí)用化更加符合當(dāng)今材料科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，其特殊結(jié)構(gòu)、優(yōu)異性能在高分子材料及其他領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。碳材料填充橡膠，帶給橡膠工業(yè)很大的提升，而在今后的研究中，尤其應(yīng)關(guān)注能夠規(guī)�；a(chǎn)的碳納米管、石墨烯等低維碳納米材料。
2018年4月24-25日，中國(guó)粉體網(wǎng)聯(lián)合江蘇省納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心、中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，將于蘇州金陵觀園國(guó)際酒店舉辦 “2018低維碳納米材料制備及應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)”，會(huì)議旨在共同探討低維碳材料現(xiàn)階段的發(fā)展中所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，分享最新的研究成果，共同推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
