Multifunctional NR/MWCNTs nanocomposites constructed via combining volume exclusion of SiO2 microspheres with interface reinforcement of tannic acid

材料科学 纳米复合材料 复合材料 天然橡胶 聚合物 碳纳米管 极限抗拉强度 单宁酸 弹性体 共价键 有机化学 化学
作者
Kai Huang,Licong Jiang,Yuqian Du,Jingchao Wang,Xingfu Zheng,Xizhou Jiang,Yongqiang Sui,Mingming Che,Qi Xu,Lin Li,Zhenxiang Xin,Shuai Zhao
出处
期刊:European Polymer Journal [Elsevier]
卷期号:151: 110424-110424 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.eurpolymj.2021.110424
摘要

Due to the intricate entanglement and strong π-π stacking interaction, carbon nanotubes are hard to be dispersed uniformly in polymer matrix, thereof it is difficult to produce high-performance and multifunctional polymer/multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) nanocomposites with low filler contents by traditional polymer processing technologies. Herein, the interspersed SiO2 microspheres (m-SiO2)/MWCNTs hybrid fillers (ISMH), which are not only dispersed easily in rubber matrix via mechanical blending but also have a biomimetic interface with the rubber matrix via natural tannic acid (TA), have been developed successfully. Benefiting from the volume exclusion of m-SiO2, a small amount of MWCNTs can form a dense three-dimensional (3D) network in natural rubber (NR) matrix, endowing NR/ISMH nanocomposites with high functionalities. When MWCNTs loading is 0.33 phr, the electrical conductivity of NR/ISMH nanocomposite can reach the equilibrium value ~10-4 S·cm−1. When MWCNTs loading is 1.67 phr, the thermal conductivity and compression temperature rise of NR/ISMH nanocomposite is ~0.32 W·m−1·K−1 and 9.3 °C, respectively, corresponding to an improvement of +22% and −28% relative to the neat NR matrix. Additionally, thanks to the biomimetic interface constructed by covalent and non-covalent bonds via TA, the NR/ISMH nanocomposites also have exhibited excellent mechanical properties. When the ISMH-30 loading (mass ratio of m-SiO2 : MWCNTs = 30: 1) is 20 phr, the comprehensive mechanical properties of NR/ISMH nanocomposite reach the best. The tensile strength, tear strength, elongation at break and DIN wear volume are 28.7 MPa, 43.7 MPa, 625% and 0.18 cm3, corresponding to an improvement of +58%, +16%, +11% and −31% relative to the neat NR matrix, respectively. In a word, the as-fabricated NR/ISMH nanocomposites have the advantages of low cost, high performance and versatile functions, endowing them with great potential applications in antistatic rubber products, vibration-isolated rubber products, and green tires, etc.

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