天然橡膠板因其優異的彈性、耐疲勞性和加工性能,在工業領域廣泛應用。然而,其強度、耐磨性、耐老化性和功能性等方面的不足限制了其在領域的應用。近年來,復合材料技術的發展顯著提升了天然橡膠板的綜合性能,主要體現在以下幾個方面:
1. 增強材料與界面改性:
* 纖維增強: 碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等高強度纖維的引入大幅提升了橡膠板的力學強度、模量和抗撕裂性能。關鍵技術在于優化纖維取向、分散性及纖維-橡膠界面結合。采用表面處理(如偶聯劑)或添加增粘劑,可顯著改善界面粘接,提高應力傳遞效率,減少界面滑移。
* 納米填料增強: 納米二氧化硅、碳納米管、石墨烯等納米材料因其巨大的比表面積和的性能,成為研究熱點。它們能顯著增強橡膠的力學性能(強度、模量、耐磨性)、導熱/導電性,并改善動態性能。難點在于納米粒子的均勻分散和避免團聚。的混煉技術(如母膠法)和表面改性技術(如原位改性)是關鍵突破點。
2. 功能化與化:
* 阻燃與耐高溫: 通過添加氫氧化鋁、膨脹型阻燃劑、磷氮系阻燃劑等,并與阻燃協效劑復配,顯著提升橡膠板的阻燃性能(氧指數、阻燃等級)。耐高溫方面,除了填料選擇,優化硫化體系(如采用有效硫化體系、添加劑)也至關重要。
* 導熱與導電: 通過高比例填充石墨烯、碳納米管、金屬粉末、氮化硼等導熱/導電填料,或構建的導熱/導電路徑,賦予天然橡膠板良好的熱管理能力或導電性能,適用于電子封裝、電磁屏蔽等領域。
* 自修復與智能響應: 引入具有動態可逆鍵(如Diels-Alder鍵、配位鍵、氫鍵)的修復劑或利用熱、光等外界刺激實現材料的自修復功能。同時,通過添加對溫度、電場、應力等敏感的填料或結構設計,賦予橡膠板智能響應特性。
3. 綠色與可持續技術:
* 生物基填料與增塑劑: 使用天然纖維(如劍麻、黃麻、竹纖維)、木質素、淀粉等生物基材料作為增強相或填料,以及植物油基增塑劑替代傳統石油基產品,降低環境足跡。
* 回收再利用: 開發的廢舊橡膠復合材料回收技術(如機械粉碎、低溫粉碎、脫硫再生),并研究將再生膠粉或回收纖維重新摻入新復合材料中,實現資源循環利用。
總結:
天然橡膠板復合材料技術的在于通過多尺度(微觀、介觀、宏觀)結構設計與調控,實現性能的協同提升與功能化拓展。納米技術、界面工程、多功能復配及綠色化是當前主要發展方向。這些進展不僅拓寬了天然橡膠板的應用領域(如輪胎、減震部件、功能密封件、防護材料等),也為開發更智能、更環保的下一代橡膠復合材料奠定了基礎。未來研究需進一步關注與低成本、多功能集成、長壽命及大規模制備工藝的平衡。
