Effects of carbon nanotubes and graphene on the structure and properties of natural rubber

Natural rubber (NR) is an important strategic material for national defense industry. It is also used in the food industry and medicine. However, due to the unsaturated double bond, its aging resistance, mechanical properties and solvent resistance are very poor. In order to improve these properties, carbon nanotubes (CNTs) and reduced graphene oxide (rGO) were used, added at 1 : 1 ratio. The NR/CNTs/rGO nanocomposites were obtained by mechanical mixing aft er adding 1, 2, 3 and 4 phr of fi ller. The infl uence of the fi ller content on the structure (TEM), vulcanization properties, abrasion and solvent resistance, mechanical properties, dynamic mechanical properties (DMA) and thermal properties (TGA) of nanocomposites was investigated. Increasing the content of CNTs/rGO increased the crosslinking density of the composites. TEM studies showed that CNTs and graphene sheets were evenly dispersed throughout the NR matrix. They also had good compatibility with the rubber matrix. The addition of CNTs and graphene increased the abrasion and solvent resistance as well as improved the mechanical properties. TGA analysis showed that the nanocomposites had excellent thermal stability. The best properties were obtained with the CNTs/rGO content of 2 phr.

Kauczuk naturalny (NR) stanowi ważny materiał strategiczny dla przemysłu obronnego. Znajduje również zastosowanie w przemyśle spożywczym i medycynie. Jednak obecność w cząsteczce nienasyconych podwójnych wiązań powoduje osłabienie jego odporności na starzenie, pogorszenie wytrzymałości mechanicznej i odporności na działanie rozpuszczalników. W celu poprawy tych właściwości do kauczuku naturalnego wprowadzono nanorurki węglowe (CNTs) i zredukowany tlenek grafenu (rGO), dodawane w stosunku 1 : 1. Nanokompozyty NR/CNTs/rGO otrzymywano metodą mechanicznego mieszania NR z 1, 2, 3 lub 4 phr napełniacza (CNTs/rGO). Zbadano wpływ zawartości dodatku na strukturę (TEM), właściwości wulkanizacyjne, właściwości mechaniczne, odporność na ścieranie i działanie rozpuszczalnika, dynamiczne właściwości mechaniczne (DMA) i właściwości termiczne (TGA) wytworzonych kompozytów. Zwiększenie udziału CNTs/rGO powodowało zwiększenie gęstości usieciowania kompozytów. Z badań TEM wynika, że cząstki CNTs i grafenu były równomiernie rozproszone w osnowie NR i wykazywały dobrą kompatybilność z kauczukiem naturalnym. Dodatek CNT i grafenu zwiększył odporność na ścieranie i działanie rozpuszczalników oraz poprawił właściwości mechaniczne naturalnego kauczuku. Na podstawie analizy TGA stwierdzono, że nanokompozyty charakteryzowały się doskonałą stabilnością termiczną. Najlepszymi właściwościami użytkowymi odznaczały się kompozyty NR zawierające 2 phr CNTs/rGO.