CN110606965B - 碳纳米管-天然橡胶复合母胶及其制备方法、制备装置 - Google Patents

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Abstract

一种碳纳米管‑天然橡胶复合母胶及其制备方法、制备装置，属于复合材料制造技术领域。该碳纳米管‑天然橡胶复合母胶的制备方法包括以下步骤：S1，将碳纳米管分散液与天然胶乳混合，搅拌均匀得到碳纳米管‑橡胶乳液；S2，将碳纳米管‑橡胶乳液涂在连续运动的板带材上，形成碳纳米管‑橡胶乳液层，碳纳米管‑橡胶乳液层随板带材浸没于破乳液中后破乳，形成碳纳米管‑橡胶膜；S3，制得的碳纳米管‑橡胶膜随板带材运动，先后经过挤压、烘干干燥，最终固化成型得到碳纳米管‑天然橡胶复合母胶。本发明不仅解决了碳纳米管在天然橡胶中的均匀分散问题，而且缩短了碳纳米管‑橡胶复合乳液的脱水、干燥、固化成型时间，适合工业化生产。

Description

碳纳米管-天然橡胶复合母胶及其制备方法、制备装置
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料制造领域的技术，具体是一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶及其制备方法、制备装置。
背景技术
天然胶乳粘结性好，是优良的弹性体，工艺成膜性能好，所得橡胶制品具有弹性大、强度高，伸长率大、蠕变小等特点。但是，在橡胶制品中，经常需要补强来提高机械强度和使用寿命。
目前研究人员将CNTs(Carbon nanotube，碳纳米管)添入橡胶材料中以期待进一步提高橡胶的力学、导电、导热等性能。但是，碳纳米管表面效应较强，容易发生团聚，在橡胶制品中分散困难，因此无法达到理想的力学、导电、导热等性能。欲使CNTs的性能在橡胶材料中得到尽可能多的表现，必须要解决好CNTs在橡胶制品基体中的混合问题。已有的机械共混法、胶乳共混法、溶液共混法、熔融共混法以及喷雾干燥法虽然能在一定程度上解决混合CNTs在橡胶制品基体中的混合问题，但是通常工艺复杂，工业化生产难度大。
另外，传统橡胶制品的固化方法为：在制备过程中，按比例添加固化剂，在低温或一定压力下，使橡胶制品固化。这种固化方法耗时长，制作成本较高，生产效率低。
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶及其制备方法、制备装置，不仅解决了碳纳米管在天然橡胶中的均匀分散问题，而且缩短了碳纳米管-橡胶复合乳液的脱水、干燥、固化成型时间，适合工业化生产。
本发明涉及一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备方法，包括以下步骤：
S1，将碳纳米管分散液与天然胶乳混合，搅拌均匀得到碳纳米管-橡胶乳液；
S2，将碳纳米管-橡胶乳液涂在连续运动的板带材上，形成碳纳米管-橡胶乳液层，碳纳米管-橡胶乳液层随板带材浸没于破乳液中后破乳，形成碳纳米管-橡胶膜；
S3，制得的碳纳米管-橡胶膜随板带材运动，先后经过挤压、烘干干燥，最终固化成型得到碳纳米管-天然橡胶复合母胶。
所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶经收卷得到卷材，收卷过程中与板带材分离。
优选的，所述碳纳米管分散液通过将碳纳米管、PVP与去离子水混合，经超声处理后搅拌均匀得到。
优选的，所述碳纳米管-橡胶乳液中碳纳米管与天然胶乳干胶的混合比例为1:5-20；优选地，混合比例为1:8-15；进一步优选地，混合比例为1:10。
优选地，所述碳纳米管-橡胶乳液层的厚度为100-1000μm。
优选的，所述破乳液采用有机溶剂，包括但不限于乙醇、异丙醇、丙三醇。
优选的，所述干燥的手段包括但不限于红外干燥、微波干燥等，干燥温度为40-60℃。
优选地，所述挤压过程中对挤压出的水、破乳液等液体进行回收，蒸馏提纯后重复利用。
本发明涉及一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶，采用上述方法制备得到，其厚度为碳纳米管-橡胶乳液层厚度的2/5～3/5，优选地，为碳纳米管-橡胶乳液层厚度的1/2。
本发明还涉及一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备装置，包括板带材循环走带系统以及依次沿板带材走带方向依次设置的碳纳米管-橡胶乳液料仓、破乳池、挤压池和干燥箱；
料仓和破乳池之间设有刮板，用于控制碳纳米管-橡胶乳液在板带材上的厚度；
挤压池采用挤压机构进行挤压作业，优选地，挤压机构采用滚轴组件。
优选地，所述板带材循环走带系统中板带材采用不锈钢导带，不与物料、水、气反应引入杂质，价格低廉，使用寿命有保障。
优选地，所述干燥箱在出口处设有收料机构；进一步优选地采用收料辊轴，用于碳纳米管-天然橡胶复合母胶的收卷。
优选地，对应破乳池还设有密封罩，避免未成形产品被污染以及破乳液挥发污染空气，挥发后破乳效果不良。
优选地，对应挤压池还设有密封罩，避免未成形产品被污染以及回收得到的破乳液、水挥发污染空气。
进一步优选地，所述刮板、破乳池和挤压池均设置在密封罩中。
优选地，所述干燥箱连接有回收罐，用于收集碳纳米管-橡胶膜固化成型过程中的水蒸气和/或破乳液在干燥加热中产生的气体。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1)碳纳米管分散液与胶乳混合均匀，提高了碳纳米管与橡胶的相亲性，保证了成品中碳纳米管的均匀分散，从而保证了成品的导电、导热、增韧的效果；
2)通过板带材循环走带系统将碳纳米管-天然橡胶复合母胶制成薄层状制品，缩短了碳纳米管-橡胶乳液的脱水、干燥、固化成型时间，提高了生产效率，节约能耗，且制备过程废液、废气回收便利，绿色环保。
附图说明
图1为实施例1碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备装置结构简图；
图2为实施例1中碳纳米管分散液的SEM照片；
图3为实施例1制备的碳纳米管-天然橡胶复合母胶的SEM照片；
图中：料仓1、刮板2、不锈钢导带走带系统3、破乳池4、挤压池5、干燥箱6、回收罐7、辊轴8、密封罩9、滚轴10。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例涉及一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备，包括三步：碳纳米管分散液的制备、碳纳米管-橡胶乳液的制备和碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备。
碳纳米管分散液的制备：
按质量比碳纳米管:PVP:去离子水＝55:1:400，将原材料混合均匀，经超声处理后搅拌均匀，得到碳纳米管分散液。
碳纳米管-橡胶乳液的制备：
称取3kg天然胶乳，向其中缓慢加入1.5kg碳纳米管分散液，抽真空搅拌1h，得到碳纳米管-橡胶乳液，其中，碳纳米管和天然胶乳干胶的比例为1:10。
采用如图1所示设备进行碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备：
将4.5kg碳纳米管-橡胶乳液装入料仓1，打开料仓出料口，碳纳米管-橡胶乳液滴落，刮板2将碳纳米管-橡胶乳液均匀刮涂覆盖在在不锈钢导带走带系统3上不锈钢导带表面，刮板2控制碳纳米管-橡胶乳液层在不锈钢导带表面的厚度为200μm；碳纳米管-橡胶乳液层在连续运动的不锈钢导带的带动下，浸没于破乳池4中，通过破乳液-乙醇后迅速破乳，形成碳纳米管-橡胶膜；碳纳米管-橡胶膜随不锈钢导带经过挤压池5，通过滚轴10挤压出膜中的液体；然后经过干燥箱6在40℃下红外干燥固化成型；最终通过辊轴8收卷得到碳纳米管-天然橡胶复合母胶卷材，卷材厚度为100μm左右。
破乳池4和挤压池5均设置在密封罩9，避免破乳液挥发，影响破乳效果。
干燥箱6连接有回收罐7，用于收集碳纳米管-橡胶膜固化成型过程中的水蒸气和/或破乳液在干燥加热中产生的气体。
利用扫描电子显微镜对碳纳米管分散液和碳纳米管-天然橡胶复合母胶进行分析，得到SEM照片，如图2和图3所示。由图2可以看出，碳纳米管分散液分散均匀，无团聚现象。由图3可以看出碳纳米管-天然橡胶复合母胶中碳纳米管均匀的分散在橡胶中，与橡胶的相亲性好。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将碳纳米管分散液与天然胶乳混合，搅拌均匀得到碳纳米管-橡胶乳液；
S2，将碳纳米管-橡胶乳液涂在连续运动的板带材上，形成碳纳米管-橡胶乳液层，碳纳米管-橡胶乳液层随板带材浸没于有机溶剂型破乳液中后破乳，形成碳纳米管-橡胶膜；
S3，制得的碳纳米管-橡胶膜随板带材运动，先后经过挤压、烘干干燥，最终固化成型得到碳纳米管-天然橡胶复合母胶。
2.根据权利要求1所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备方法，其特征是，所述有机溶剂型破乳液包括乙醇、异丙醇和丙三醇中至少一种。
3.根据权利要求1所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备方法，其特征是，所述碳纳米管-橡胶乳液中碳纳米管与天然胶乳干胶的混合比例为1:5-20。
4.根据权利要求1所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备方法，其特征是，所述碳纳米管-橡胶乳液层的厚度为100-1000μm。
5.根据权利要求1所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备方法，其特征是，所述干燥温度为40-60℃。
6.一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述方法制成，其厚度为碳纳米管-橡胶乳液层厚度的2/5～3/5。
7.一种碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备装置，其特征在于，包括板带材循环走带系统以及沿板带材走带方向依次设置的碳纳米管-橡胶乳液料仓、破乳池、挤压池和干燥箱；
料仓和破乳池之间设有刮板，用于控制碳纳米管-橡胶乳液在板带材上的厚度；
挤压池中设有挤压机构，用于进行挤压作业。
8.根据权利要求7所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备装置，其特征是，所述干燥箱在出口处设有收料机构。
9.根据权利要求7所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备装置，其特征是，对应破乳池和挤压池还设有密封罩。
10.根据权利要求7所述碳纳米管-天然橡胶复合母胶的制备装置，其特征是，所述干燥箱连接有回收罐，用于收集碳纳米管-橡胶膜固化成型过程中的气体。
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