氟橡胶纳米复合材料的应用研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.022

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (12): 167-174.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.022

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氟橡胶纳米复合材料的应用研究进展

孙永涛¹(), 卢道胜¹, 刘练², 张海龙³, 刘明泰¹

^1.中海油田服务股份有限公司天津分公司，天津 300459
^2.中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，乌鲁木齐 830011
^3.中海油研究总院有限责任公司，北京 100029

收稿日期:2022-08-18 出版日期:2022-12-26 发布日期:2022-12-20
作者简介:孙永涛（1979-），男，中海油田服务股份有限公司油田生产事业部副总经理，博士研究生，从事完井工艺技术研究， sunyt5@cosl.com.cn
第一联系人：地址：北京市海淀区阜成路11号《中国塑料》杂志社广告部
邮编：100048
基金资助:
中国海洋石油集团有限公司“关键核心技术攻关”项目“超高温高压油气田完井工具研究及产业化”(CN00C?KJ GJHXJSGG YF 2020?01)

Research progress in applications of fluororubber nanocomposites

SUN Yongtao¹(), LU Daosheng¹, LIU Lian², ZHANG Hailong³, LIU Mingtai¹

^1.China Oilfield Services Ltd Tianjin Branch，Tianjin 300459，China
^2.China Petroleum & Chemical Corporation Northwest Oilfield Branch，Urumqi 830011，China
^3.China National Offshore Oil Research Institute Co，Beijing 100029，China

Received:2022-08-18 Online:2022-12-26 Published:2022-12-20

摘要/Abstract

摘要：

简述了橡胶纳米复合材料疲劳失效机理和对包括了硅藻土、纳米氧化锌、凹凸棒土、二氧化铈、石墨烯和碳纳米管在内的纳米填料填充改性氟橡胶的研究进展。

关键词: 氟橡胶, 纳米填料, 疲劳, 石墨烯, 碳纳米管

Abstract:

This paper briefly introduced the classical fatigue fracture mechanism of rubber composites and reviewed the latest research process in the flurorubber composites with diatomite， nano zinc oxide， attapulgite， cerium dioxide， graphene， and carbon nanotubes.

Key words: fluororubber, nanoparticles, fatigue, graphene, carbon nanotubes

中图分类号:

TQ 333.93

孙永涛, 卢道胜, 刘练, 张海龙, 刘明泰. 氟橡胶纳米复合材料的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 167-174.

SUN Yongtao, LU Daosheng, LIU Lian, ZHANG Hailong, LIU Mingtai. Research progress in applications of fluororubber nanocomposites[J]. China Plastics, 2022, 36(12): 167-174.

图/表 5

图1 不同EG纳米尺度的TEM照片（a）、（b）以及添加12份EG填料时复合材料的SEM照片（c）［25］

Fig.1 TEM of EG at different nanoscales（a），（b） and SEM of the composite with 12phr EG filler（c）［25］

图2 碳纳米管与氟橡胶三维网络结构形成模型及相应物理性质（a）和碳纳米管在低倍和高倍条件下的TEM照片（b）、（c）［35］

Fig.2 3D network structure formation model of carbon nanotubes and fluoroelastomer and the corresponding physical properties （a） and TEM images of carbon nanotubes under low and high magnification conditions （b） and （c）［35］

图3 未表面处理的碳纳米管（a）和经过表面处理的碳纳米管的SEM照片（b）［35］

Fig.3 SEM of carbon nanotubes without surface treatment （a） and carbon nanotubes with surface treatment （b）［35］

图4 FKM/MWCNTs⁃A纳米复合材料的交联反应［38］

Fig.4 Cross⁃linking reaction of FKM/MWCNTs⁃A nanocomposites［38］

样品	表面是否存在缺陷	表面是否存在裂纹	膨胀率/ %	氟流失（质量分数）/%
FE⁃OBD	是	是	-15.7	32.0
CNT/FE⁃OBD	否	否	5.7	10.3
ACNT/FE⁃OBD	否	否	4.1	-
BCNT/FE⁃OBD	否	否	2.8	7.3

表1 氟橡胶OBD泥浆抗老化能力对比

Tab.1 Comparison of aging resistance of fluoroelastomer OBD mud

参考文献 41

1	李强，李文涛，邹思源，等. 钻完井工具橡胶密封件材料优选［J］. 石化技术， 2021，28（07）： 35⁃36.
	LI Q， LI W T， ZOU S Y， et al.Optimization of rubber seal materials for drilling and completion tools［J］. Petrochemical Technology， 2021，28（07）： 35⁃36.
2	曹鸿璋，刘杰民，张玉玺，等. 氟橡胶改性技术研究进展［J］. 橡胶工业， 2014，61（03）： 187⁃191.
3	张立群，吴友平，王益庆，等. 橡胶的纳米增强及纳米复合技术［J］. 合成橡胶工业， 2000（02）： 71⁃77.
	ZHANG L Q， WU Y P， WNAG Y Q. The nanp⁃reinforcing and nano⁃compounding technique of rubber［J］. China Synthetic Rubber Industry， 2000（02）： 71⁃77.
4	董月，周睿，辛振祥. 橡胶动态疲劳失效机理的研究进展［J］. 特种橡胶制品， 2017，38（05）： 69⁃74.
	DONG Y， ZHOU R， XIN Z X. Research progress of fatigue mechanism of rubber［J］. Special Purpose Rubber Products， 2017，38（05）： 69⁃74.
5	张松波. 不同维度纳米填料/橡胶复合材料疲劳性能的研究［D］. 北京：北京化工大学， 2018.
6	李昂. 橡胶的老化现象及其老化机理［J］. 特种橡胶制品， 2009，30（05）： 56⁃67.
7	俞进涛. 天然橡胶疲劳失效机理研究［D］. 南昌：南昌航空大学， 2016.
8	DIANI J， FAYOLLE B， GILORMINI P. A review on the mullins effect［J］. European Polymer Journal， 2009，45（3）： 601⁃612.
9	SRIVASTAVA S， MISHRA Y. Nanocarbon reinforced rubber nanocomposites： detailed insights about mechanical， dynamical mechanical properties， payne， and mullin effects［J］. Nanomaterials， 2018，8（11）： 945.
10	武卫莉，李响. 改性氟橡胶复合材料的研究进展［J］. 弹性体， 2020，30（06）： 79⁃83.
	WU W L， LI X. Research progress of modified fluorine rubber composites［J］. China Elastomerics，2020，30（06）： 79⁃83.
11	WU W， CONG S. Modified diatomite forms in the rubber nanocomposites［J］. Journal of Thermoplastic Composite Materials， 2020，33（5）： 659⁃672.
12	WU W， CONG S. Silica⁃ and diatomite⁃modified fluorine rubber nanocomposites［J］. Bulletin of Materials Science， 2019，42（4）： 1⁃6.
13	谢强，魏刚，刘燕，等. 硅藻土/nano⁃MoS₂复合改性氟橡胶的摩擦磨损性能研究［J］. 塑料工业， 2021，49（01）： 49⁃54.
	XIE Q， WEI G， LIU Y. Research on friction and wear properties of fluorine rubber modified by diatomite/nano⁃MoS₂ ［J］. China Plastics Industry， 2021，49（01）： 49⁃54.
14	QIN X， XU H， ZHANG G， et al. Enhancing the performance of rubber with Nano ZnO as activators［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2020，12（42）：48 007⁃48 015.
15	亓明，贾现召，石建永，等. 不同填料氟橡胶复合材料高温性能研究［J］. 润滑与密封， 2021，46（02）： 106⁃113.
	QI M， JIA X Z， SHI J Y. Study on high temperature properties of fluorine rubber composites with different fillers［J］. Lubrication Engineering， 2021，46（02）： 106⁃113.
16	NING M， LI K， YAN C， et al. Study on mechanical and tribological properties of ternary fluororubber filled with four needles of zinc oxide［J］. Polymer Composites， 2021，42（6）： 3 064⁃3 076.
17	马玉恒，方卫民，马小杰. 凹凸棒土研究与应用进展［J］. 材料导报， 2006（09）： 43⁃46. MA Y H， FANG W M， MA X J. Advances in attapulgite research and application［J］. Materials Reports.， 2006，20（09）： 43⁃46.
18	闫普选，王玉峰，卢江荣，等. 凹凸棒/石墨协同改性氟橡胶复合材料摩擦磨损性能［J］. 润滑与密封， 2017，42（08）： 110⁃114.
	YAN P X， WANG Y F， LU J R，et al. Fricyion and wear properties of fluororubber nanocompsite modified by attapulgite and graphite［J］. Lubrication Engineering， 2017，42（08）： 110⁃114.
19	代宏武，王玉峰，闫普选，等. 维生素C⁃稀土配合物改性氟橡胶复合材料的制备与表征［J］. 合成橡胶工业， 2018，41（06）： 470⁃474.
	DAI H W， WANG Y F， YAN P X， et al. Preparation and characterization of fluorine rubber composite modified with vitamin C⁃rare earth complex［J］. China Synthetic Rubber Industry， 2018，41（06）： 470⁃474.
20	HAN J， LI Z， XU Z， et al. Study on high temperature composite properties of ternary fluor rubber filled with nano⁃cerium oxide［J］. Journal of Polymer Research， 2021，28（12）：487.
21	KANG Q， LI A， ZHANG X， et al. Study on mechanical and tribological properties of cerium oxide/fluorine rubber composites［J］. Materials Today Communications， 2021，28： 102596.
22	LIU X， WANG L， ZHAO L， et al. Research progress of graphene⁃based rubber nanocomposites［J］. Polymer Composites， 2016，39（4）：1 006⁃1 022.
23	崔小明. 石墨烯在合成橡胶中的应用研究进展［J］. 橡胶科技， 2022，20（03）： 109⁃116.
	CUI X M. Research progress on application of graphene in synthetic rubber［J］. Rubber Science and Technology， 2022，20（03）： 109⁃116.
24	LIU M， CATALDI P， YOUNG R J， et al. High⁃performance fluoroelastomer⁃graphene nanocomposites for advanced sealing applications［J］. Composites Science and Technology， 2021，202： 108592.
25	MONI G， JOSE T， RAJEEVAN S， et al. Influence of exfoliated graphite inclusion on the thermal， mechanical， dielectric and solvent transport characteristics of fluoroelastomer nanocomposites［J］. Journal of Polymer Research， 2020，27（3）：72.
26	刘雅琼，王广克，李文鹏，等. 氧化石墨烯/氟橡胶复合材料的制备及性能研究［J］. 橡胶工业， 2022，69（03）： 187⁃191.
	LIU Y Q， WANG G K， LI W P. Prepartion and properties of graphene oxide/fluororubber composites［J］. China Rubber Industry， 2022，69（03）： 187⁃191.
27	WEI J， JACOB S， QIU J. Graphene oxide⁃integrated high⁃temperature durable fluoroelastomer for petroleum oil sealing［J］. Composites Science and Technology， 2014，92： 126⁃133.
28	DARVISHI S， AFSHARPOUR M， HEIDARIAN J. Siligraphen/g⁃C₃N₄ nanocomposites as the novel nanofillers for improving the thermal and mechanical properties of fluoroelastomer［J］. Composites Science and Technology， 2021，213： 108885.
29	BAKOŠOVÁ D， BAKOŠOVÁ A. Testing of rubber composites reinforced with carbon nanotubes［J］. Polymers， 2022，14（15）：3 039.
30	ZHOU H， LI S， ZHANG Z， et al. Preparation of fluororubber/carbon nanotube composites and the effect of carbon nanotubes on aging resistance and solvent resistance of fluororubber［J］. Journal of Macromolecular Science， Part A， 2022，59（10）：689⁃697.
31	SEMENTSOV Y， YANG W， IVANENKO K， et al. Modification of rubber compositions by carbon nanotubes［J］. Applied Nanoscience， 2021，12：621⁃628.
32	DANAFAR F， KALANTARI M. A review of natural rubber nanocomposites based on carbon nanotubes［J］. Journal of Rubber Research， 2018，21：293⁃310.
33	包巧云. 碳纳米管/聚合物复合材料的力学性能综述［J］. 化工管理， 2014（20）： 91⁃92.
34	王双，田晨晨，宁南英，等. 碳纳米管/橡胶复合材料的界面性能：碳纳米管的比表面积的影响［J］. 复合材料学报， 2021，38（02）： 601⁃611.
	WANG S， TIAN C C， NING N Y. Interfacial properties of carbon nanotubes/rubber composites： Effects of specific surface area of carbon nanotubes［J］.Acta Materiae Compositae Sinica， 2021，38（02）： 601⁃611.
35	ENDO M， NOGUCHI T， ITO M， et al. Extreme⁃performance rubber nanocomposites for probing and excavating deep oil resources using multi⁃walled carbon nanotubes［J］. Advanced Functional Materials， 2008，18（21）： 3 403⁃3 409.
36	HEIDARIAN J， HASSAN A. Microstructural and thermal properties of fluoroelastomer/acidic surface modified carbon nanotube nanocomposites［J］. Polymer Composites， 2016，37（12）： 3 341⁃3 353.
37	逄见光，李晓鹏，薛海恩，等. 钛酸钾晶须与碳纳米管对氟橡胶的协同补强性能研究［J］. 橡胶工业， 2020，67（09）： 677⁃682.
	PANHG J G， LI X P， XUE H E. Study on synergistic reinforcement of FKM with PTWs and CNTs［J］. China Rubber Industry， 2020，67（09）： 677⁃682.
38	GAO W， GUO J， XIONG J， et al. Improving thermal， electrical and mechanical properties of fluoroelastomer/amino⁃functionalized multi⁃walled carbon nanotube composites by constructing dual crosslinking networks［J］. Composites Science and Technology， 2018，162： 49⁃57.
39	HEIDARIAN J， HASSAN A. Characterization and comparison of fluoroelastomer unfilled， filled with carbon nanotube （unmodified， acid or base surface modified） and carbon black using TGA⁃GCMS［J］. Journal of Elastomers & Plastics， 2021，53（7）： 861⁃885.
40	HEIDARIAN J. Acid surface modified carbon nanotube⁃filled fluoroelastomers aging test in oil⁃based drilling fluids［J］. Journal of Elastomers & Plastics， 2017，49（8）： 706⁃737.
41	HEIDARIAN J. OH⁃functionalized carbon nanotube filled fluoroelastomers aging test in oil based drilling fluids［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2017，158： 11⁃28.

[1]	陈淑花, 任子萌, 孙婷婷. 壳聚糖/壳聚糖接枝氧化石墨烯复合气凝胶的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 32-37.
[2]	李亚飞, 孙小杰, 任月庆, 张寅灵. 阻燃抗静电聚烯烃板材的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 23-27.
[3]	杜青, 何祎, 余坦竟, 蓝艳姣, 赵彦芝, 周菊英. 取向PAN/MWCNTs与热塑性聚烯烃复合材料的制备及表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 49-55.
[4]	李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.
[5]	杨小龙, 陈文静, 李永青, 闫晓堃, 王修磊, 谢鹏程, 马秀清. 导电型聚合物/石墨烯复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 165-173.
[6]	王帅, 张玉迪, 杨富凯, 徐新宇. 聚酰亚胺/多壁碳纳米管泡沫材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 39-45.
[7]	李梦琪, 陈雅君. 纳米材料阻燃聚乳酸的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 102-114.
[8]	彭博, 肖运彬, 顾家宝, 陈梓钧, 唐雁煌, 朱刚, 徐焕翔. 聚合物/石墨烯复合材料制备与性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 190-197.
[9]	宋仁达, 武高健, 陈俊翔, 张有忱, 杨卫民, 谢鹏程. 微孔发泡PP/PET/CNTs复合材料的制备及其电磁屏蔽效能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 1-7.
[10]	何明峰, 王珂, 王启扬, 杨肖, 郭红, 胡泊洋, 李保安. 聚偏氟乙烯/类基体基团修饰石墨烯导热复合材料研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 41-48.
[11]	李波, 龚军, 金学义, 孟晓宇. 碳纳米管改性方法对聚酰胺11性能影响研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 61-66.
[12]	周丹砚, 黄汉雄. 基于导电涂层微结构TPU柔性传感器的制备和性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 1-6.
[13]	李文婷, 李明鹏, 陈季荷, 苑之童, 程海涛. 加捻植物纤维增强聚氨酯复合材料的力学特性与疲劳性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 41-50.
[14]	王启扬, 杨肖, 陈吉奂, 何悦星, 杨冬梅, 胡泊洋, 郭红, 李保安. 双隔离结构聚乙烯/石墨烯导热复合材料的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 32-41.
[15]	彭凡畅, 陈小随, 张爱清, 周洪福. 超支化聚磷酰胺包覆碳纳米管的可控制备及阻燃应用[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 55-63.

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Research progress in applications of fluororubber nanocomposites

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