CN105255073B - 一种含石墨烯的耐磨氟橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶材料领域，涉及一种含石墨烯的耐磨氟橡胶及其制备方法，尤其涉及是一种由石墨烯、纳米金刚石粉和氟橡胶共同组成的复合材料。所述的耐磨氟橡胶材料组成包括氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、填料，采用机械共混的方法制备。本发明的一种含石墨烯的耐磨氟橡胶材料极大的提高了现有氟橡胶的力学性能、耐磨性能，降低了材料的表面摩擦系数，同时具有更好的气体阻隔性能和导热性能。

Description

一种含石墨烯的耐磨氟橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶材料领域，涉及一种含石墨烯的耐磨氟橡胶及其制备方法，尤其涉及是一种由石墨烯、纳米金刚石粉和氟橡胶共同组成的复合材料。

背景技术

石墨烯是一种碳原子以sp2杂化排列的单原子层呈六角环形蜂窝状排布的片状二维晶体，理论厚度只有0.335nm，模量可高达1TPa，强度达130GPa，比表面积可达2630m2 g-1，同时具备超高的导热率(3000-5000W m-1 K-1)及导电性(200000cm2 V-1 s-1)，其应用潜力无法估量。

纳米金刚石粉是平均粒径为纳米级的金刚石粉体，兼具了纳米粒子独特的表面特性及金刚石微粉的超硬特性，在开发新型耐磨材料方面独具潜力。

氟橡胶是目前耐油性能最好的弹性体材料之一，具备优异的耐高温、耐油、耐强氧化剂和燃料性能，且电绝缘性能优良、难燃、透气性小，广泛应用于航空、航天、武器装备、重型机械、汽车等动力系统的密封和化工领域机械、管道耐腐蚀介质的密封和防腐。但是氟橡胶本身强度不足，往往需要填料来提高力学强度和实现功能化，如更好的气体阻隔性能、导电、导热、阻燃防火性能。而石墨烯以其独特的的分子结构及特性，在橡胶增强和功能化方面极具应用潜力。，纳米金刚石粉兼具了纳米材料的独特表面特性及金刚石耐磨特性，可进一步提高橡胶的耐磨性能。

专利CN 103937265A公开了一种石墨烯—硅橡胶复合材料及其制备方法，机械共混法制备了含石墨烯的橡胶复合材料，不具备本发明所述的耐磨效果；专利CN 103408855A公开了一种含氧化石墨烯橡胶复合材料，以氯磺化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯橡胶、氢化丁腈橡胶共混胶为基体，采用乳液共混法制备氧化石墨烯橡胶复合材料，工艺复杂稳定性差，且无法达到有效的耐磨效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺简单、稳定性较好的含有石墨烯和纳米金刚石粉的耐磨氟橡胶及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

所述氟橡胶的组成包括氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、填料，组成质量份数为氟橡胶100份，石墨烯0.05—20份，纳米金刚石粉0.1—15份，所述的纳米金刚石粉的平均粒径为2-100nm，粒径最大不超过500nm，填料6—20份，采用以下方法制备：

(1)将氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、填料加入密炼机中，在60-110℃下密炼20—200min；

(2)在两辊炼胶机上将步骤(1)得到的共混物与硫化剂混炼均匀；

(3)步骤(2)得到的纳米复合材料共混物经高温硫化，得到含石墨烯的耐磨氟橡胶硫化胶。

所述的氟橡胶为以C-C键为主链，主链和侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物，氟含量为60—72％，或主链或侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物。

所述的石墨烯为使用任何合适的方法制备的单层或多层石墨烯或两者的混合物。

所述的多层石墨烯层数为2—50层。

所述的填料为吸酸剂，炭黑、白炭黑中的一种或两种。

本发明具有的优点和有益效果，由于石墨烯具有类似石墨的片层结构，有一定的自润滑作用，能够在一定程度上降低氟橡胶表面摩擦系数；金刚石具有超高的硬度和耐磨性能，纳米金刚石粉一方面保留了金刚石高硬度、耐磨特性，另一方面由于其独特的纳米拓扑表面结构特性，能够很好的与氟橡胶结合，起到增强、增硬效果，同时作为摩擦支点起到良好的耐磨作用。石墨烯与纳米金刚石粉共同作用，有效的提高了氟橡胶的耐磨性能。本发明是一种含石墨烯、纳米金刚石粉、填料的耐磨氟橡胶，极大的提高了氟橡胶的耐磨性能，同时兼具优良的气体阻隔性能及耐热、力学性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步的解释：

含石墨烯的耐磨氟橡胶材料，以氟橡胶为基体，加入石墨烯、纳米金刚石粉作为补强及功能填料，组成的质量份数为氟橡胶100份，石墨烯0.05—20份，纳米金刚石粉0.5—15份，所述的纳米金刚石粉平均粒径为2-100nm，粒径最大不超过500nm，填料6—20份，采用以下方法制备：

(1)将氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、填料加入密炼机中，在60-110℃下密炼20—200min；

(2)在两辊炼胶机上将步骤(2)得到的共混物与硫化剂在两辊炼胶机上混炼均匀；

(3)步骤(2)得到的共混物经高温硫化，得到耐磨氟橡胶硫化胶。

所述的氟橡胶为以C-C键为主链，主链和侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物，氟含量为60—72％，或主链或侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物。

所述的石墨烯单层或多层片状材料或两者的混合物，多层石墨烯优选层数2—50层。

所述的石墨烯可使用任何合适的方法制备，如化学气相沉积、电弧放点法、石墨剥离、石墨膨胀，氧化石墨还原、碳纳米管打开等方法。

所述的填料为吸酸剂，炭黑、白炭黑中的一种或两种。

本发明若无特殊说明所采用的原料均为市售，下述实施例中所采用的方法若无特殊说明为本领域的常规方法。

实施例1

所述耐磨氟橡胶材料，组成的质量份数为氟橡胶100份，石墨烯10份，纳米金刚石粉0.05份，吸酸剂5份，炭黑5份。

将氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、吸酸剂和炭黑加入密炼机中，在60℃下密炼100min。

然后将纳米复合材料共混物与硫化剂在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上硫化，得到耐磨氟橡胶材料。将此氟橡胶按相应的国家标准进行各项性能测试。

实施例2

所述耐磨氟橡胶材料，组成的质量份数为氟橡胶100份，石墨烯20份，纳米金刚石粉5份，吸酸剂5份，白炭黑5份。

将氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、吸酸剂和炭黑加入密炼机中，在60℃下密炼100min。

然后将纳米复合材料共混物与硫化剂在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上硫化，得到耐磨氟橡胶材料。将此纳米复合材料按相应的国家标准进行各项性能测试。

实施例3

所述耐磨氟橡胶材料，组成的质量份数为氟橡胶100份，石墨烯0.05份，纳米金刚石粉15份，吸酸剂5份，炭黑10份，白炭黑5份。

将氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、吸酸剂、炭黑和白炭黑加入密炼机中，在60℃下密炼100min。

然后将纳米复合材料共混物与硫化体系组分在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上硫化，得到耐磨氟橡胶材料。将此纳米复合材料按相应的国家标准进行各项性能测试。

表1为实施例物理力学性能。由表1可见，本发明耐磨氟橡胶材料具备更优异的力学性能及耐磨性能。

对比例1为市售氟橡胶，为北京航空材料研究院产品。

Claims (2)

1.一种含石墨烯的耐磨氟橡胶，其特征在于：所述氟橡胶的组成包括氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、填料，其中石墨烯为使用任何合适的方法制备的单层或多层石墨烯或两者的混合物，多层石墨烯层数为2—50层，组成质量份数为氟橡胶100份，石墨烯0.05—20份，纳米金刚石粉0.1—15份，所述的纳米金刚石粉的平均粒径为2-100nm，粒径最大不超过500nm，填料6—20份，所述的填料为吸酸剂、炭黑、白炭黑中的一种或两种，所述的含石墨烯的耐磨氟橡胶采用以下方法制备：

(1)将氟橡胶、石墨烯、纳米金刚石粉、填料加入密炼机中，在60-110℃下密炼20—200min；

(2)在两辊炼胶机上将步骤(1)得到的共混物与硫化剂混炼均匀；

(3)步骤(2)得到的纳米复合材料共混物经高温硫化，得到含石墨烯的耐磨氟橡胶硫化胶。

2.根据权利要求1所述的含石墨烯的耐磨氟橡胶，其特征在于：所述的氟橡胶为以C-C键为主链，主链和侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物，氟含量为60—72％，或为主链或侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物。