橡(xiang)膠(jiao)在(zai)(zai)生產生活中(zhong)應(ying)用(yong)廣泛(fan)，已滲入我們生活的(de)方(fang)方(fang)面(mian)面(mian)，例如拖(tuo)鞋、橡(xiang)膠(jiao)手套、汽車輪胎、膠(jiao)管以(yi)及密封件(jian)等，特(te)別是在(zai)(zai)輪胎方(fang)面(mian)，橡(xiang)膠(jiao)的(de)用(yong)量(liang)特(te)別大。未添加任何(he)補(bu)強劑(ji)的(de)橡(xiang)膠(jiao)由于導熱性和(he)力學(xue)性能(neng)差一般不能(neng)滿足使用(yong)的(de)要求，所以(yi)需要添加各(ge)種補(bu)強劑(ji)來提高其(qi)力學(xue)性能(neng)、導熱性能(neng)和(he)耐摩(mo)擦磨損性能(neng)。目前使用(yong)的(de)補(bu)強劑(ji)主要是炭黑，但炭黑是由石油和(he)天然氣(qi)等化(hua)石燃料不完全燃燒或(huo)裂解產生，在(zai)(zai)制備過程中(zhong)能(neng)耗(hao)大、污染嚴重、不環保(bao)。

MG的化學成分(fen)與炭黑相似(si)，并具有資源(yuan)豐富、成本低廉和符合國家“雙碳”要(yao)求等優(you)勢，近(jin)年來，人們試圖用MG取(qu)代炭黑作(zuo)(zuo)為橡(xiang)膠(jiao)補強(qiang)劑。研究表明，由于MG具有良好的導熱性和潤(run)滑性，在(zai)作(zuo)(zuo)為填料填充至橡(xiang)膠(jiao)材(cai)料時，不僅能(neng)提(ti)高橡(xiang)膠(jiao)材(cai)料的導熱性能(neng)，還可以降低內摩擦系數。

但是，MG粒(li)(li)徑(jing)較大，平均粒(li)(li)徑(jing)為(wei)5——10μm，相比于炭黑（10——500 nm）來(lai)說，要大得(de)多。MG直接(jie)加到橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)基體(ti)中，補(bu)強效(xiao)果(guo)并不理(li)想。粒(li)(li)徑(jing)過大不僅使(shi)MG在(zai)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)中的(de)(de)分散(san)性和(he)(he)界(jie)面(mian)相互(hu)作(zuo)用(yong)差，而且會因為(wei)應力(li)(li)(li)集(ji)中從橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)基體(ti)中脫出從而無法起到補(bu)強作(zuo)用(yong)。因此，降低MG粒(li)(li)徑(jing)是提高其橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)補(bu)強性能(neng)的(de)(de)方向。呂佳萍等使(shi)用(yong)粒(li)(li)徑(jing)約(yue)為(wei)5μm和(he)(he)45μm的(de)(de)MG部分替代炭黑N550研(yan)(yan)究對(dui)乙烯丙(bing)烯酸(suan)酯橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)（AEM）的(de)(de)影響，楊建使(shi)用(yong)粒(li)(li)徑(jing)約(yue)為(wei)2μm和(he)(he)5μm的(de)(de)MG研(yan)(yan)究了(le)粒(li)(li)徑(jing)對(dui)丁腈橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)影響，結果(guo)均表明粒(li)(li)徑(jing)小(xiao)的(de)(de)MG對(dui)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)補(bu)強性能(neng)最(zui)好(hao)。周文雅使(shi)用(yong)攪拌磨制備得(de)到了(le)中位粒(li)(li)徑(jing)為(wei)3.635μm的(de)(de)MG超細粉(fen)，發(fa)現(xian)隨著(zhu)MG粒(li)(li)徑(jing)的(de)(de)減(jian)小(xiao)，NR/MG復合材料(liao)的(de)(de)力(li)(li)(li)學性能(neng)越好(hao)。童曦(xi)等使(shi)用(yong)氣流(liu)粉(fen)碎機制備得(de)到了(le)平均粒(li)(li)徑(jing)為(wei)5.4μm的(de)(de)MG超細粉(fen)，并發(fa)現(xian)隨著(zhu)MG粒(li)(li)徑(jing)的(de)(de)減(jian)小(xiao)，乙烯丙(bing)烯酸(suan)酯橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)/MG復合材料(liao)的(de)(de)力(li)(li)(li)學性能(neng)有(you)所提高。但MG超細粉(fen)的(de)(de)粒(li)(li)徑(jing)仍(reng)與納(na)米級(ji)的(de)(de)炭黑有(you)著(zhu)不小(xiao)的(de)(de)差距，導致其作(zuo)為(wei)橡(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)膠(jiao)(jiao)補(bu)強劑(ji)的(de)(de)補(bu)強效(xiao)果(guo)仍(reng)不夠理(li)想。

本文針對(dui)微晶石(shi)墨（MG）作為橡膠(jiao)補強(qiang)劑分散性(xing)差(cha)的(de)(de)(de)問(wen)題，選用與石(shi)墨烯有相(xiang)近表面張力(li)(li)的(de)(de)(de)25%乙醇溶液作為球磨(mo)溶劑，通過(guo)球磨(mo)法制備出了中(zhong)位粒徑為1.209μm的(de)(de)(de)MG超細粉，以其(qi)部分取代(dai)(dai)炭(tan)黑（CB）作為天然橡膠(jiao)（NR）補強(qiang)劑，得到了力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)更(geng)優的(de)(de)(de)NR/CB/MG復(fu)合(he)材(cai)料(liao)。利用場發射掃(sao)描電鏡（SEM）表征(zheng)了MG和(he)CB在NR基體中(zhong)的(de)(de)(de)分散情況，研究了MG粒徑和(he)取代(dai)(dai)量對(dui)NR/CB/MG復(fu)合(he)材(cai)料(liao)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影響規律。結(jie)果表明，適(shi)量的(de)(de)(de)MG可促(cu)進(jin)CB在NR基體中(zhong)的(de)(de)(de)分散、縮短NR/CB/MG復(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)正硫化時(shi)間；MG的(de)(de)(de)粒徑越細，NR/CB/MG復(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)越好，與NR/CB復(fu)合(he)材(cai)料(liao)相(xiang)比(bi)，其(qi)拉伸(shen)強(qiang)度、撕裂強(qiang)度、100%定伸(shen)應力(li)(li)和(he)300%定伸(shen)應力(li)(li)分別提(ti)高6.3%、7.5%、8.4%和(he)6.4%，疲勞溫升和(he)永久(jiu)變形率分別降低2.5%和(he)44.7%.

球磨溶劑對微晶石墨粒徑的影響

從熱(re)力(li)(li)學角度(du)考慮，固液兩(liang)相相近的表(biao)面(mian)能(neng)可降低二者之間的混合(he)焓，所(suo)以采用(yong)石墨表(biao)面(mian)能(neng)相似的球(qiu)磨(mo)溶劑(ji)可以提高(gao)其(qi)剝離效(xiao)率。Teng等和Deng等以石墨為(wei)原料(liao)(liao)，用(yong)球(qiu)磨(mo)法制備石墨烯時(shi)發現，采用(yong)表(biao)面(mian)能(neng)與石墨相近的1-甲(jia)基(ji)~2-吡咯烷(wan)酮（NMP）（40.8 mN·m-1）作為(wei)球(qiu)磨(mo)溶劑(ji)具有較好(hao)的剝離效(xiao)果。基(ji)于(yu)此，本(ben)工作采用(yong)不同表(biao)面(mian)張力(li)(li)的溶劑(ji)作為(wei)球(qiu)磨(mo)介質，在(zai)球(qiu)磨(mo)時(shi)間為(wei)24 h，球(qiu)料(liao)(liao)比為(wei)12∶1，漿料(liao)(liao)濃度(du)為(wei)25%，球(qiu)磨(mo)速度(du)為(wei)350 r/min的條件(jian)下進行(xing)球(qiu)磨(mo)，結果如表(biao)1所(suo)示。從表(biao)中可看出NMP作為(wei)球(qiu)磨(mo)溶劑(ji)時(shi)，微晶石墨中位粒(li)徑最小。由此說明(ming)，NMP與微晶石墨的表(biao)面(mian)能(neng)相近，對微晶石墨的剝離效(xiao)率高(gao)。

表1采用不(bu)同溶劑時微晶石墨的粒徑大小(xiao)

但是NMP存在價格(ge)昂貴(gui)、環境(jing)(jing)污(wu)染大的(de)(de)(de)(de)(de)缺點，因此尋求一種環境(jing)(jing)友(you)好(hao)、成本(ben)低的(de)(de)(de)(de)(de)球磨(mo)(mo)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)對微(wei)晶石(shi)墨(mo)細(xi)化產(chan)業化具有重要的(de)(de)(de)(de)(de)意義。水和(he)乙醇(chun)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)張力分別為(wei)70.95 mN·m-1和(he)22.17 mN·m-1，我們采(cai)用一定體(ti)積(ji)比的(de)(de)(de)(de)(de)乙醇(chun)和(he)水調配出與(yu)微(wei)晶石(shi)墨(mo)表(biao)面(mian)能(neng)(neng)接近的(de)(de)(de)(de)(de)乙醇(chun)水溶(rong)(rong)液，并以此為(wei)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)球磨(mo)(mo)微(wei)晶石(shi)墨(mo)，研究溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)張力對球磨(mo)(mo)后微(wei)晶石(shi)墨(mo)粒徑的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。從(cong)圖(tu)1可知(zhi)，25%乙醇(chun)溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)能(neng)(neng)為(wei)40.69 mN·m-1，與(yu)石(shi)墨(mo)烯的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)能(neng)(neng)（40.80 mN·m-1）相(xiang)近，從(cong)圖(tu)2可知(zhi)，其對應的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)晶石(shi)墨(mo)中(zhong)位(wei)粒徑最小。當溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)能(neng)(neng)與(yu)微(wei)晶石(shi)墨(mo)表(biao)面(mian)能(neng)(neng)相(xiang)近時，微(wei)晶石(shi)墨(mo)能(neng)(neng)更好(hao)地分散在溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)中(zhong)，從(cong)而提高球磨(mo)(mo)效率。所以在本(ben)工作(zuo)中(zhong)，選(xuan)擇(ze)25%的(de)(de)(de)(de)(de)乙醇(chun)水溶(rong)(rong)液作(zuo)為(wei)球磨(mo)(mo)溶(rong)(rong)劑(ji)(ji)。

圖(tu)1不(bu)同濃度乙醇溶(rong)液的表面張力

圖2采用(yong)不同濃度(du)的乙(yi)醇溶液(ye)做球磨溶劑時微晶(jing)石(shi)墨的中位粒徑(jing)

結論

利用水和乙(yi)醇(chun)(chun)調配出了與石墨(mo)烯有著(zhu)相近表面張(zhang)力的(de)25%的(de)乙(yi)醇(chun)(chun)溶(rong)(rong)液作為球磨(mo)溶(rong)(rong)劑，并通過(guo)行(xing)星式球磨(mo)機制備出了中位粒徑為1.209μm的(de)MG超(chao)細粉。