CN104696437B - 一种耐高温同步带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温同步带，该同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，胶料的原料按重量计包括以下组分：聚酯二元醇10～20份，二异氰酸酯50～100份，二酸酐10～20份，二元胺10～20份，催化剂1～5份，石墨烯0.1～1份，碳化硅0.2～5份，交联剂0.05～0.1份。本发明还涉及上述耐高温同步带的制备方法。本发明在聚氨酯材料的主链上引入了酰亚胺官能团，可以有效增加聚氨酯硬段的刚性，使硬段的有序结构更加不易被破坏，大大提高了同步带胶料的机械性能及耐高温性能；本发明中使用交联剂八异氰酸酯改性倍半硅氧烷，可以大范围地承担胶料所受应力，减轻胶料本体中的应力负担，从而有效提高了同步带的抗剪切强度及耐磨性。

Description

一种耐高温同步带及其制备方法
技术领域
本发明涉及同步带技术领域，具体指一种耐高温同步带，本发明还涉及上述耐高温同步带的制备方法。
背景技术
同步带是一根内周表面设有等间距齿的环形带，转动时，通过带齿和齿轮的齿槽啮合来传递动力。同步带综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点，具有传动效率高、传动比准确、传动比范围大、传动平稳、对轴作用力小、噪音小、节能等优点。
早期的同步带主体多是采用聚氨酯橡胶制造，聚氨酯橡胶具有一般液体橡胶的优点，耐磨性好、工艺简单、成型方便，但是，聚氨酯橡胶的耐热和耐水性较差，在80℃左右就容易发粘，在潮湿的环境下容易水解，导致同步带的强度明显下降，当加工温度达到200℃时，聚氨酯材料将发生降解，这严重限制了聚氨酯的应用。
而在某些同步带的应用中需要同步带经受长期的动态负荷下的极端高低温，如汽车同步带，要求同步带能在-40～150℃(瞬时达到175℃)长期工作，耐热性能优异。显然，采用上述常规的聚氨酯橡胶无法制造出符合该条件的同步带。
如授权公告号为CN1113916C的中国发明专利《高温聚氨酯/脲弹性体》(申请号：98194769.9)所披露，其采用高温下不氧化的二元醇为软缎、含苯环和脂肪环的异氰酸酯为硬段、对称芳香二胺做扩链剂来制备出了一种耐高温聚氨酯。该方法选用了耐热性能较好的化合物、并以极性强的脲基取代了一部分或全部的氨基甲酸酯，较大程度上提高了聚氨酯的耐高温性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种耐磨、柔韧性能好的耐高温同步带。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述耐高温同步带的制备方法，该方法制造工艺简单，制备的同步带具有较好的耐磨、耐高温性能，且具有较高的抗剪切强度及质量稳定性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种耐高温同步带，该同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，其特征在于：
所述胶料的原料按重量计包括以下组分：
作为本发明的进一步改进，所述的交联剂为八异氰酸酯改性倍半硅氧烷，其分子式如下：
更进一步的，所述同步带骨架包括布套及以网络结构缠绕在该布套上的骨架纱线，该骨架纱线由聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维混纺编织而成。
再进一步，所述的石墨烯、碳化硅均为经质量浓度为1～2％的硅烷偶联剂改性的微纳米粒子；该硅烷偶联剂优选为端氨基硅烷偶联剂、端环氧基硅烷偶联剂、端羟基硅烷偶联剂中的一种。采用质量浓度为1～2％的硅烷偶联剂对石墨烯、碳化硅改性，即将氨基、环氧基或羟基接枝在石墨烯、碳化硅上。
作为优选，所述的聚酯二元醇为聚碳酸酯二醇、聚ε-己内酯二醇中的一种。
优选地，所述的二酸酐为3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、4,4-联苯醚二酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、二亚乙基三胺五乙酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸酐中的一种。
优选地，所述的二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、多亚甲基多苯基二异氰酸酯中的一种。
优选地，所述的二元胺为二邻氯二苯胺甲烷、3,5-二甲硫基甲苯二胺、4,4’-亚甲基-双(2,3-二氯苯胺)、4,4’-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙苯胺)、4,4’-亚甲基-双-(2,6-二乙苯胺)中的一种。
优选地，所述的催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。
一种上述耐高温同步带的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备同步带骨架
将所述的聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维按照重量比3:7，依次经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；
在模具上均匀地涂一层脱模剂，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在30～50N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到所述的同步带骨架；
所述的布套是以刮胶尼龙变形纱为材料织制而成的，这种织物的径向不伸长，纬向具有约150％的伸长量，能很好地满足同步带的工艺性能，且与带轮材料的摩擦系数小、生热小，能更好的符合传动使用要求；
所述的脱模剂为现有技术中常用的硅氧烷化合物、硅油、硅树脂甲基支链硅油、甲基硅油、乳化甲基硅油、含氢甲基硅油或硅脂；
(2)制备胶料
按重量计，将10～20份聚酯二元醇在100～110℃下真空脱水1～1.2h，然后降温至75～80℃后加入50～100份二异氰酸酯，并滴加1～5份催化剂，在氮气保护下反应，当-NCO的含量达到理论值时，加入10～20份二酸酐，并适时用非质子极性溶剂调节体系黏度为400～500mPa·s，在60～80℃下反应3～3.5h得到预聚体；
上述理论值由以下公式计算得到：-NCO％＝((-NCO/-OH)×42×100)/投料总量
其中，-NCO/-OH为所投加化合物中-NCO与-OH的质量比，投料总量为所投加各化合物的总质量；
将上述制备的预聚体、0.1～1份改性石墨烯、0.2～5份改性碳化硅以及0.05～0.1份交联剂混合均匀后，在搅拌作用下加入10～20份二元胺，搅拌均匀即得到所述的胶料；
上述非质子极性溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种；
(3)在同步带模具上均匀地涂一层脱模剂，将同步带骨架缠绕在模具上，将步骤(2)中制备的胶料注入上述模具中，于100℃下加压10MPa即得到同步带。
在上述方案中，所述交联剂的制备方法包括以下步骤：
(a)在圆底烧瓶中加入800.8mL 25wt％的氢氧化四甲铵的甲醇溶液、390.8mL甲醇和292.8mL蒸馏水，将反应体系至于冰浴中，氩气保护、搅拌作用下滴加428mL四乙氧基硅烷，滴加完毕后升温至15～25℃，搅拌反应12～24h，得到溶液A；
(b)在带机械搅拌的圆底烧瓶中加入2600mL正己烷和436mL二甲基氯硅烷，然后将反应体系至于冰浴中，氩气保护、搅拌速度为30rad/s下滴加1L步骤(a)中所得的溶液A，滴加时间不小于2h，滴加完毕后继续搅拌2h；分液收集正己烷相，并用无水硫酸钠干燥，过滤后旋蒸除去溶剂得到白色粉末状固体，收集该白色粉末状固体用甲醇淋洗后在真空下70℃干燥5～6h备用；
(c)将5g步骤(b)最后所得白色粉末状固体、9.3mL 3-异丙烯基-α,α’-二甲基苯基异氰酸酯和50mL甲苯倒入三口圆底烧瓶中，在室温下加入150mg二氧化硅负载的铑催化剂，然后将反应体系升温至110℃回流24h，待反应体系冷却至室温后过滤除去二氧化硅负载的铑催化剂，降压蒸馏除去溶剂以及残余烯烃得到粘稠油状物，该粘稠油状物即为所述的八异氰酸酯改性倍半硅氧烷。
所述聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维的制备方法包括以下步骤：
Ⅰ)按重量计，将1～2份氧化石墨烯溶解于100～150份N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散均匀后加入100～200份丙烯腈和5～8份引发剂，先将反应体系通氮气清洗40～60min，然后在氮气氛围、65℃、搅拌作用下反应48～50h，反应完毕后将反应体系暴露于空气中终止反应；
Ⅱ)向步骤Ⅰ)所得生成物体系中加入500～600份甲醇得到灰色沉淀物，将该灰色沉淀物置于50～100份N,N-二甲基甲酰胺中并进行离心处理，取离心处理后所得的胶状物溶于50～100份N,N-二甲基甲酰胺中备用；
Ⅲ)将Ⅱ)中所得胶状物溶液进行湿法纺丝：将胶状物溶液从喷丝头喷入凝固浴中，该凝固浴为甲醇与水按照体积比1:1混合而成，喷嘴的内径为1±0.1mm，喷出速度为1.25mL/min，保留纤维在凝固浴中浸泡30～60s，然后将其拉起，卷绕速度为30rad/min，将所得纤维在室温下干燥30～50min，然后于真空下50℃干燥12～24h即得到所述的聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维。
作为优选，所述的引发剂为过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明在聚氨酯预聚体合成中选用的聚酯多元醇具有稳定的结构，能在高温下不被氧化；二异氰酸酯则具有紧密的刚性结构，更易于硬段间的排列、重叠、聚集和结晶，有效提高了聚氨酯的热稳定性；而以二元胺代替现有技术中的二元醇作为扩链剂，生成的氨基脲比氨基甲酸酯具有更高的内聚能和极性，有效增加了聚氨酯的物理交联密度和界面粘结性能，促进了聚氨酯的微相分离性能，从而提高了聚氨酯材料在高温下的力学性能；同时，反应过程中产生的聚酰亚胺具有优异的耐高温性能，在250～400℃的高温下仍能保持很高的力学性能，在聚氨酯材料的主链上引入的酰亚胺官能团可以进一步增加聚氨酯硬段的刚性，使硬段的有序结构更加不易被破坏，有效提高了同步带胶料的机械性能及耐高温性能；
(2)本发明采用八异氰酸酯改性倍半硅氧烷作为交联剂，该交联剂用量很少即可达到较高的交联度，且倍半硅氧烷基底的热稳定性极高，力学性能也非常优异，使用倍半硅氧烷作为交联剂的核心，可以大范围地承担胶料所受应力，减轻胶料本体中的应力负担，从而有效提高了同步带的抗剪切强度及耐磨性，在强应力拉伸下也不容易出现微裂纹；
(3)本发明选用石墨烯和碳化硅作为填料，这两种填料嵌在聚氨酯的基体中，对聚氨酯线性结构的缝隙起到填充作用，强化了填料粒子与基体间的界面作用，当基体受到外力作用时，通过软段基质把力传给填料粒子，使外力得到分散，使同步带胶料的韧性增强；且石墨烯的加入有效提高了聚氨酯材料的导热系数，增加了聚氨酯材料的散热能力，能及时扩散动态屈挠中聚氨酯产生的内热能，避免了因热量聚集而局部温度过高的问题，从而延长了同步带胶料在高温条件下的使用寿命；同时，经硅烷偶联剂处理后的碳化硅在聚氨酯中相容性及分散度较好，可以与基体更好的结合，从而大大提高了同步带胶料的抗拉和抗冲击性能，改善了聚氨酯的耐磨性；
(4)本发明中的聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维之间具有很好的相容性，且两者与胶料主体之间也具有较好的相容性，用聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维混纺得到的纱线编织的同步带骨架，与同步带胶料的黏附力较强，能够很好地融合为一个整体，更有益于同步带骨架支撑性能的发挥；而且聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维模仿了生物上贝壳的微观构造，其力学性能较普通的聚合物材料更为优异，且比同等粗细的钢筋材料的机械性能更好，从而使同步带具有较高的抗剪切强度，同时，聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维赋予了同步带一定的柔韧性，使得同步带使用过程中的质量性能更加稳定。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例的耐高温同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，胶料的原料按重量计包括以下组分：
上述耐高温同步带的制备方法包括以下步骤：
(1)制备同步带骨架
将聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维按照重量比3:7，依次经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；
在模具上均匀地涂一层硅油，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在30N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到同步带骨架；
(2)制备胶料
将聚碳酸酯二醇在100℃下真空脱水1h，然后降温至75℃后加入二苯基甲烷二异氰酸酯，并滴加辛酸亚锡，在氮气保护下反应，当-NCO的含量达到理论值时，加入3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐，并适时用二甲基甲酰胺调节体系黏度为400mPa·s，在60℃下反应3h得到预聚体；
将硅烷偶联剂KH560溶于乙醇溶液中得到质量浓度为2％的硅烷偶联剂KH560溶液，将石墨烯、碳化硅置于上述溶液中于90℃反应12h得到改性的石墨烯和碳化硅；将上述制备的预聚体、改性石墨烯、改性碳化硅以及八异氰酸酯改性倍半硅氧烷混合均匀后，在搅拌作用下加入二邻氯二苯胺甲烷，搅拌均匀即得到同步带的胶料；
(3)在同步带模具上均匀地涂一层硅油，将同步带骨架缠绕在模具上，将步骤(2)中制备的胶料注入上述模具中，于100℃下加压10MPa即得到同步带。
上述八异氰酸酯改性倍半硅氧烷的制备方法如下：
(a)在圆底烧瓶中加入800.8mL 25wt％的氢氧化四甲铵的甲醇溶液，390.8mL甲醇和292.8mL蒸馏水，将反应体系至于冰浴中，氩气保护、搅拌作用下滴加428mL四乙氧基硅烷，滴加完毕后升温至25℃，搅拌反应12h，得到溶液A；
(b)在带机械搅拌的圆底烧瓶中加入2600mL正己烷和436mL二甲基氯硅烷，然后将反应体系至于冰浴中，氩气保护下搅拌速度为30rad/s下滴加1L步骤(a)中所得的溶液A，滴加时间不小于2h，滴加完毕后继续搅拌2h；分液收集正己烷相，并用无水硫酸钠干燥，过滤后旋蒸除去溶剂得到白色粉末状固体，收集该白色粉末状固体用甲醇淋洗后在真空下70℃干燥5h备用；
(c)将5g步骤(b)最后所得白色粉末状固体、9.3mL 3-异丙烯基-α,α’-二甲基苯基异氰酸酯和50mL甲苯倒入三口圆底烧瓶中，在室温下加入150mg二氧化硅负载的铑催化剂，然后将反应体系升温至110℃回流24h，待反应体系冷却至室温后过滤除去二氧化硅负载的铑催化剂，降压蒸馏除去溶剂以及残余烯烃得到粘稠油状物，该粘稠油状物即为所述的八异氰酸酯改性倍半硅氧烷。
上述聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维的制备方法如下：
Ⅰ)按重量计，将2份氧化石墨烯溶解于150份N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散均匀后加入200份丙烯腈和8份偶氮二异丁腈，先将反应体系通氮气清洗50min，然后在氮气氛围、65℃、搅拌作用下反应48h，反应完毕后将反应体系暴露于空气中终止反应；
Ⅱ)向Ⅰ)的生成物体系中加入600份甲醇得到灰色沉淀物，将该灰色沉淀物置于100份N,N-二甲基甲酰胺中并进行离心处理，取离心处理后所得的胶状物溶于100份N,N-二甲基甲酰胺中备用；
Ⅲ)将Ⅱ)中所得胶状物溶液进行湿法纺丝：将胶状物溶液从喷丝头喷入凝固浴中，该凝固浴为甲醇与水按照体积比1:1混合而成，喷嘴的内径为1±0.1mm，喷出速度为1.25mL/min，保留纤维在凝固浴中浸泡50s，然后将其拉起，卷绕速度为30rad/min，将所得纤维在室温下干燥30min，然后于真空下50℃干燥12h即得到聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维。
上述氧化石墨烯购买自中国科学院成都有机化学有限公司。
实施例2：
本实施例的耐高温同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，胶料的原料按重量计包括以下组分：
上述耐高温同步带的制备方法包括以下步骤：
(1)制备同步带骨架
将聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维按照重量比3:7，依次经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；
在模具上均匀地涂一层硅油，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在30～50N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到同步带骨架；
(2)制备胶料
按重量计，将聚(六亚甲基碳酸酯)二醇在110℃下真空脱水1.1h，然后降温至80℃后加入甲苯二异氰酸酯，并滴加二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下反应，当-NCO的含量达到理论值时，加入4,4-联苯醚二酐，并适时用二甲基乙酰胺调节体系黏度为500mPa·s，在70℃下反应3.2h得到预聚体；
将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇溶液中得到质量浓度为1％的硅烷偶联剂KH550溶液，将石墨烯、碳化硅置于上述溶液中于90℃反应12h得到改性的石墨烯和碳化硅；将上述制备的预聚体、改性石墨烯、改性碳化硅以及八异氰酸酯改性倍半硅氧烷混合均匀后，在搅拌作用下加入3,5-二甲硫基甲苯二胺，搅拌均匀即得到同步带的胶料；
(3)在同步带模具上均匀地涂一层硅油，将同步带骨架缠绕在模具上，将步骤(2)中制备的胶料注入上述模具中，于100℃下加压10MPa即得到同步带。
本实施例中八异氰酸酯改性倍半硅氧烷、聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维的制备方法与实施例1相同。
实施例3：
本实施例的耐高温同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，胶料的原料按重量计包括以下组分：
上述耐高温同步带的制备方法包括以下步骤：
(1)制备同步带骨架
将聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维按照重量比3:7，依次经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；
在模具上均匀地涂一层硅油，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在50N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到同步带骨架；
(2)制备胶料
按重量计，将聚ε-己内酯二醇在100～110℃下真空脱水1.2h，然后降温至76℃后加入二环己基甲烷二异氰酸酯，并滴加辛酸亚锡，在氮气保护下反应，当-NCO的含量达到理论值时，加入3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐，并适时用N-甲基吡咯烷酮调节体系黏度为450mPa·s，在80℃下反应3.3h得到预聚体；
将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇溶液中得到质量浓度为2％的硅烷偶联剂KH550溶液，将石墨烯、碳化硅置于上述溶液中于90℃反应12h得到改性的石墨烯和碳化硅；将上述制备的预聚体、改性石墨烯、改性碳化硅以及八异氰酸酯改性倍半硅氧烷混合均匀后，在搅拌作用下加入4,4’-亚甲基-双(2,3-二氯苯胺)，搅拌均匀即得到同步带的胶料；
(3)在同步带模具上均匀地涂一层硅油，将同步带骨架缠绕在模具上，将步骤(2)中制备的胶料注入上述模具中，于100℃下加压10MPa即得到同步带。
本实施例中八异氰酸酯改性倍半硅氧烷、聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维的制备方法与实施例1相同。
实施例4：
本实施例的耐高温同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，胶料的原料按重量计包括以下组分：
上述耐高温同步带的制备方法包括以下步骤：
(1)制备同步带骨架
将聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维按照重量比3:7，依次经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；
在模具上均匀地涂一层硅油，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在35N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到同步带骨架；
(2)制备胶料
按重量计，将聚碳酸酯二醇在105℃下真空脱水1.1h，然后降温至78℃后加入异佛尔酮二异氰酸酯，并滴加二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下反应，当-NCO的含量达到理论值时，加入二亚乙基三胺五乙酸二酐，并适时用四氢呋喃调节体系黏度为460mPa·s，在65℃下反应3.4h得到预聚体；
将硅烷偶联剂KH560溶于乙醇溶液中得到质量浓度为1％的硅烷偶联剂KH560溶液，将石墨烯、碳化硅置于上述溶液中于90℃反应12h得到改性的石墨烯和碳化硅；将上述制备的预聚体、改性石墨烯、改性碳化硅以及八异氰酸酯改性倍半硅氧烷混合均匀后，在搅拌作用下加入4,4’-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙苯胺)，搅拌均匀即得到同步带的胶料；
(3)在同步带模具上均匀地涂一层硅油，将同步带骨架缠绕在模具上，将步骤(2)中制备的胶料注入上述模具中，于100℃下加压10MPa即得到同步带。
本实施例中八异氰酸酯改性倍半硅氧烷、聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维的制备方法与实施例1相同。
实施例5：
本实施例的耐高温同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，胶料的原料按重量计包括以下组分：
上述耐高温同步带的制备方法包括以下步骤：
(1)制备同步带骨架
将聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维按照重量比3:7，依次经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；
在模具上均匀地涂一层硅油，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在45N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到同步带骨架；
(2)制备胶料
按重量计，将聚ε-己内酯二醇在110℃下真空脱水1h，然后降温至75℃后加入多亚甲基多苯基二异氰酸酯，并滴加辛酸亚锡，在氮气保护下反应，当-NCO的含量达到理论值时，加入1,4,5,8-萘四甲酸酐，并适时用二甲基甲酰胺调节体系黏度为480mPa·s，在75℃下反应3.5h得到预聚体；
将硅烷偶联剂KH550溶于乙醇溶液中得到质量浓度为1％的硅烷偶联剂KH550溶液，将石墨烯、碳化硅置于上述溶液中于90℃反应12h得到改性的石墨烯和碳化硅；将上述制备的预聚体、改性石墨烯、改性碳化硅以及八异氰酸酯改性倍半硅氧烷混合均匀后，在搅拌作用下加入4,4’-亚甲基-双-(2,6-二乙苯胺)，搅拌均匀即得到同步带的胶料；
(3)在同步带模具上均匀地涂一层硅油，将同步带骨架缠绕在模具上，将步骤(2)中制备的胶料注入上述模具中，于100℃下加压10MPa即得到同步带。
本实施例中八异氰酸酯改性倍半硅氧烷、聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维的制备方法与实施例1相同。
对上述各实施例制备的胶料进行性能测试，测试结果如表1所示。其中，邵尔A硬度按GB/T531-92测定；拉伸强度和断裂伸长率按GB/T528-1998测定，拉伸速率100mm/min；热失重10wt％、50wt％时的温度由高温热失重分析仪热重分析得到，氮气氛围，升温速率为10℃/min，升温范围25～600℃；同步带拉伸强度、参考力及参考力伸长率按GB10716-89测定。
表1

Claims (10)

1.一种耐高温同步带，该同步带包括同步带骨架及包覆在同步带骨架外面的胶料，其特征在于：
所述胶料的原料按重量计包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的耐高温同步带，其特征在于：所述的交联剂为八异氰酸酯改性倍半硅氧烷，其分子式如下：
3.根据权利要求2所述的耐高温同步带，其特征在于：所述同步带骨架包括布套及以网络结构缠绕在该布套上的骨架纱线，该骨架纱线由聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维混纺编织而成。
4.根据权利要求3所述的耐高温同步带，其特征在于：所述的石墨烯、碳化硅均为经质量浓度为1～2％的硅烷偶联剂改性的微纳米粒子。
5.根据权利要求3所述的耐高温同步带，其特征在于：所述的聚酯二元醇为聚碳酸酯二醇、聚ε-己内酯二醇中的一种。
6.根据权利要求3所述的耐高温同步带，其特征在于：所述的二酸酐为3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐、4,4-联苯醚二酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、二亚乙基三胺五乙酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸酐中的一种。
7.根据权利要求3所述的耐高温同步带，其特征在于：所述的二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、多亚甲基多苯基二异氰酸酯中的一种。
8.根据权利要求3所述的耐高温同步带，其特征在于：所述的二元胺为二邻氯二苯胺甲烷、3,5-二甲硫基甲苯二胺、4,4’-亚甲基-双(2,3-二氯苯胺)、4,4’-亚甲基-双(3-氯-2,6-二乙苯胺)、4,4’-亚甲基-双-(2,6-二乙苯胺)中的一种。
9.一种权利要求4～8中任一权利要求所述耐高温同步带的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备同步带骨架
将所述的聚丙烯腈-氧化石墨烯纤维与聚丙烯腈纤维按照重量比3:7，依次经过清花、梳棉、预并、条卷、精梳、头并、二并及三并工序纺制得到所述的骨架纱线；
在模具上均匀地涂一层脱模剂，然后在该模具上套上相应的布套，吊装于成型主机上；分别将2根S捻和2根Z捻的骨架纱线从张力器上引出，在30～50N的缠绕应力下缠绕在布套上，即得到所述的同步带骨架；
(2)制备胶料
按重量计，将10～20份聚酯二元醇在100～110℃下真空脱水1～1.2h，然后降温至75～80℃后加入50～100份二异氰酸酯，并滴加1～5份催化剂，在氮气保护下反应，当-NCO的含量达到理论值时，加入10～20份二酸酐，并适时用非质子极性溶剂调节体系黏度为400～500mPa·s，在60～80℃下反应3～3.5h得到预聚体；
上述理论值由以下公式计算得到：-NCO％＝((-NCO/-OH)×42×100)/投料总量
其中，-NCO/-OH为所投加化合物中-NCO与-OH的质量比，投料总量为所投加各化合物的总质量；
将上述制备的预聚体、0.1～1份改性后的石墨烯、0.2～5份改性后的碳化硅以及0.05～0.1份交联剂混合均匀后，在搅拌作用下加入10～20份二元胺，搅拌均匀即得到所述的胶料；
(3)在同步带模具上均匀地涂一层脱模剂，将同步带骨架缠绕在模具上，将步骤(2)中制备的胶料注入上述模具中，于100℃下加压10MPa即得到所述的同步带。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述交联剂的制备方法包括以下步骤：
(a)在圆底烧瓶中加入800.8mL 25wt％的氢氧化四甲铵的甲醇溶液、390.8mL甲醇和292.8mL蒸馏水，将反应体系至于冰浴中，氩气保护、搅拌作用下滴加428mL四乙氧基硅烷，滴加完毕后升温至15～25℃，搅拌反应12～24h，得到溶液A；
(b)在带机械搅拌的圆底烧瓶中加入2600mL正己烷和436mL二甲基氯硅烷，然后将反应体系至于冰浴中，氩气保护、搅拌速度为30rad/s下滴加1L步骤(a)中所得的溶液A，滴加时间不小于2h，滴加完毕后继续搅拌2h；分液收集正己烷相，并用无水硫酸钠干燥，过滤后旋蒸除去溶剂得到白色粉末状固体，收集该白色粉末状固体用甲醇淋洗后在真空下70℃干燥5～6h备用；
(c)将5g步骤(b)最后所得白色粉末状固体、9.3mL 3-异丙烯基-α,α’-二甲基苯基异氰酸酯和50mL甲苯倒入三口圆底烧瓶中，在室温下加入150mg二氧化硅负载的铑催化剂，然后将反应体系升温至110℃回流24h，待反应体系冷却至室温后过滤除去二氧化硅负载的铑催化剂，降压蒸馏除去溶剂以及残余烯烃得到粘稠油状物，该粘稠油状物即为所述的八异氰酸酯改性倍半硅氧烷。
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