CN106633240A - 基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊及其制备方法，其原料按照重量份数包括：丁腈橡胶80‑100份、氧化锌5‑8份、硬脂酸1‑5份、防老剂1‑3份、促进剂NOBS1‑2份、硫磺1‑3份、补强填充剂30‑50份、功能助剂0.1‑20份。本发明制成的罗拉皮辊具有优异的耐油和耐磨性能，并通过石墨烯的添加，不仅提高了罗拉皮辊的弹性和机械强度，而且提高了罗拉皮辊的电导率，对纤维在纺纱、织造过程中因摩擦产生的电荷实现很好的消除，达到抗静电效果，不仅延长了罗拉皮辊的使用寿命，还改善了纱线的加工环境、提高了纱线加工质量。

Description

基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊及其制备方法
技术领域
本发明属于罗拉皮辊材料技术领域，具体涉及一种基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊及其制备方法。
背景技术
纺纱机械上所用的上罗拉，大多是表面包覆弹性物的，俗称皮辊，在纺织技术领域，罗拉皮辊一般用于罗拉牵伸机、针梳机、精梳机、粗纱机、细纱机、布料的无静电拉伸等。在使用时，将罗拉皮套筒套于辊体上，使罗拉皮套筒随着辊体的转动而转动，罗拉皮套筒的内侧设有花纹，以防止罗拉皮套筒与辊体之间发生滑动。但是，由于传统的罗拉皮辊弹性和耐磨性较差，罗拉皮辊长时间工作之后会因为摩擦生热而温度升高，导致罗拉皮套筒的内径变大，进而使罗拉皮套筒与辊体之间的缝隙加大，从而产生松动，罗拉皮套筒不再随着辊体转动，使用寿命短，纺出的纱线粗细不均，产品质量难以提高。
丁腈橡胶是用于制备罗拉皮辊的主要原料，它是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，主要采用低温乳液聚合法生产，其分子链中含有不饱和双键和极性基团，因而具有极好的耐油、耐磨、耐老化等性能，主要用于制造耐油橡胶制品，被广泛应用于石油工业、机械工业、交通工具等诸多领域，但是，丁腈橡胶的弹性和强度稍低，并且在实际使用过程中，丁腈橡胶由于具有较低的电导率，从而容易产生电荷集聚，静电现象很明显，因此，在纺织罗拉皮辊使用过程中，经常出现纱线飞花及毛絮严重的现象，对纱线加工环境造成影响。
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层，碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性，石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍；同时，它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％，它是目前自然界最薄、强度最高的材料；在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明创新性地提出了一种基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊及其制备方法，该制备方法制得的罗拉皮辊，不仅提高了罗拉皮辊的弹性和机械强度，而且提高了罗拉皮辊的电导率，对纤维在纺纱、织造过程中产生的电荷实现很好的消除，实现抗静电的效果。
本发明的技术方案是这样实现的：
基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，所述罗拉皮辊包括以下重量份数的组分：丁腈橡胶80-100份、氧化锌5-8份、硬脂酸1-5份、防老剂1-3份、促进剂NOBS 1-2份、硫磺1-3份、补强填充剂30-50份、功能助剂0.1-20份。
进一步的，所述防老剂为水杨酸苯酯、二苯甲酮和亚磷酸酯中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成。
进一步的，所述补强填充剂为碳酸钙、二氧化钛和导电炭黑中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成。
进一步的，所述补强填充剂由碳酸钙∶二氧化钛∶导电炭黑以2∶1∶3的重量比混合而成。
进一步的，所述功能助剂为为石墨烯、导电石墨和导电云母中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成。
进一步的，所述罗拉皮辊包括以下重量份数的组分：丁腈橡胶100份、氧化锌6份、硬脂酸3份、二甲苯酮2份、促进剂NOBS 2份、硫磺3份、补强填充剂30份、功能助剂5份。
本发明还提供了一种基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊的制备方法，按照上述重量份数称取各原料，在开炼机上混炼，具体包括以下步骤：
(1)将丁腈橡胶投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼30-35min得到橡胶主料，然后于80-95℃混炼30-40min；
(2)然后将氧化锌、硬脂酸和防老剂投入开炼机中，以180-280rpm的搅拌速度塑炼40-55min，然后于85-100℃混炼40-50min；
(3)然后将补强填充剂投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼40-55min，然后于85-105℃混炼40-50min；
(4)再将功能助剂投入开炼机中，以200-350rpm的搅拌速度塑炼50-60min，然后于80-95℃混炼40-50min；
(5)最后将促进剂NOBS和硫磺投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼30-40min，然后于100-115℃混炼40-50min，混炼均匀后，下片；
(6)用平板硫化机硫化试样，将所述步骤(5)的产物在硫化条件为150-200℃、压力为10MPa下，硫化10-90min，制成颗粒状组合物，制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊材料；
(7)将所述步骤(6)的罗拉皮辊材料装入模具，压模、成型，最终制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊。
优选的，一种基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊的制备方法，按照上述重量份数称取各原料，在开炼机上混炼，具体包括以下步骤：
(1)将丁腈橡胶投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼30min得到橡胶主料，然后于90℃混炼30min；
(2)然后将氧化锌、硬脂酸和二甲苯酮投入开炼机中，以260rpm的搅拌速度塑炼50min，然后于100℃混炼45min；
(3)然后将补强填充剂投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼50min，然后于95℃混炼45min；
(4)再将功能助剂投入开炼机中，以250rpm的搅拌速度塑炼55min，然后于85℃混炼45min；
(5)最后将促进剂NOBS和硫磺投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼40min，然后于110℃混炼45min，混炼均匀后，下片；
(6)用平板硫化机硫化试样，将所述步骤(5)的产物在硫化条件为180℃、压力为10MPa下，硫化60min，制成颗粒状组合物，制得基于石墨烯的改性丁腈橡胶材料；
(7)将所述步骤(6)的改性丁腈橡胶材料装入模具，压模、成型，最终制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊。
与现有技术方案相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用丁腈橡胶作为罗拉皮辊的主料，使罗拉皮辊具有优异的耐油、耐磨和耐老化性能，延长了罗拉皮辊的使用寿命；通过功能助剂石墨烯/导电石墨/导电云母混合物的添加，不仅提高了罗拉皮辊的弹性和强度，而且提高皮辊罗拉的电导率，对纤维在纺纱、织造过程中因摩擦产生的电荷实现很好的消除，达到抗静电效果；通过氧化锌和硬脂酸的添加，增加了改性石墨烯与橡胶分子的物理交联点，也使改性石墨烯稳定、均匀地分散在橡胶分子之间，因而在受到外界冲击作用力时，橡胶分子能有效地将载荷转移到高机械强度的石墨烯上，从而大大提高了罗拉皮辊的耐磨性能和弹性性能，使之具有足够的抗弯和抗扭刚度，能有效握持纤维又不致损伤，对浮游纤维实现有效控制，纺出的纱线粗细均匀，有效保证产品质量；又通过添加碳酸钙、二氧化钛和导电炭黑作为补强填充剂，扩大了本发明容积、降低了成本，增强了罗拉皮辊的耐磨性能和抗撕裂性能；以促进剂NOBS和硫磺粉构成硫化体系，具有硫化速度快，压缩变形率低等特点，促进形成“网状结构”的同时形成了一种“整体网络效应”，从而增强罗拉皮辊的弹性、耐磨性和强度；通过添加防老剂，提高了罗拉皮辊的抗氧化能力和耐老化能力。因此，本发明制成的罗拉皮辊具有优异的耐油和耐磨性能，并通过石墨烯的添加，不仅提高了罗拉皮辊的弹性和机械强度，而且提高了皮辊罗拉的电导率，对纤维在纺织、织造过程中因摩擦产生的电荷实现很好的消除，达到抗静电效果，不仅延长了罗拉皮辊的使用寿命，还改善了纱线的加工环境、提高了纱线加工质量。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊的制备方法，按照上述重量份数称取各原料，在开炼机上混炼，具体包括以下步骤：
(1)将丁腈橡胶投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼30-35min得到橡胶主料，然后于80-95℃混炼30-40min；
(2)然后将氧化锌、硬脂酸和防老剂投入开炼机中，以180-280rpm的搅拌速度塑炼40-55min，然后于85-100℃混炼40-50min；
(3)然后将补强填充剂投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼40-55min，然后于85-105℃混炼40-50min；
(4)再将功能助剂投入开炼机中，以200-350rpm的搅拌速度塑炼50-60min，然后于80-95℃混炼40-50min；
(5)最后将促进剂NOBS和硫磺投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼30-40min，然后于100-115℃混炼40-50min，混炼均匀后，下片；
(6)用平板硫化机硫化试样，将所述步骤(5)的产物在硫化条件为150-200℃、压力为10MPa下，硫化10-90min，制成颗粒状组合物，制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊材料。
(7)将所述步骤(6)的罗拉皮辊材料装入模具，压模、成型，最终制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊。
基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，所述罗拉皮辊包括以下重量份数的组分：丁腈橡胶80份、氧化锌5份、硬脂酸1份、防老剂1份、促进剂NOBS 1份、硫磺1份、补强填充剂30份、功能助剂0.1份。所述防老剂为水杨酸苯酯、二苯甲酮和亚磷酸酯中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成；所述补强填充剂为碳酸钙、二氧化钛和导电炭黑中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成的混合物；所述功能助剂为石墨烯、导电石墨和导电云母中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成。
实施例2：
与实施例1不同的是，基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，所述罗拉皮辊包括以下重量份数的组分：丁腈橡胶100份、氧化锌8份、硬脂酸5份、防老剂3份、促进剂NOBS 2份、硫磺3份、补强填充剂50份、功能助剂20份。
实施例3：
与实施例1和2不同的是，基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，所述罗拉皮辊包括以下重量份数的组分：丁腈橡胶100份、氧化锌6份、硬脂酸3份、防老剂2份、促进剂NOBS2份、硫磺3份、补强填充剂30份、功能助剂5份。所述防老剂仅选用2份二甲苯酮；所述补强填充剂由碳酸钙∶二氧化钛∶导电炭黑以2∶1∶3的重量比混合而成，即所述碳酸钙为10份，所述二氧化钛为5份，所述炭黑为15份；所述功能助剂为石墨烯/导电石墨/导电云母混合物。
实施例4：
与实施例1-3不同的是，一种基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊的制备方法，按照上述重量份数称取各原料，在开炼机上混炼，具体包括以下步骤：
(1)将丁腈橡胶投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼30min得到橡胶主料，然后于90℃混炼30min；
(2)然后将氧化锌、硬脂酸和二甲苯酮投入开炼机中，以260rpm的搅拌速度塑炼50min，然后于100℃混炼45min；
(3)然后将补强填充剂投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼50min，然后于95℃混炼45min；
(4)再将功能助剂投入开炼机中，以250rpm的搅拌速度塑炼55min，然后于85℃混炼45min；
(5)最后将促进剂NOBS和硫磺投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼40min，然后于110℃混炼45min，混炼均匀后，下片；
(6)用平板硫化机硫化试样，将所述步骤(5)的产物在硫化条件为180℃、压力为10MPa下，硫化60min，制成颗粒状组合物，制得基于石墨烯的改性丁腈橡胶材料。
(7)将所述步骤(6)的改性丁腈橡胶材料装入模具，压模、成型，最终制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，其特征在于，所述罗拉皮辊包括以下重量份数的组分：丁腈橡胶80-100份、氧化锌5-8份、硬脂酸1-5份、防老剂1-3份、促进剂NOBS1-2份、硫磺1-3份、补强填充剂30-50份、功能助剂0.1-20份。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，其特征在于：所述防老剂为水杨酸苯酯、二苯甲酮和亚磷酸酯中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，其特征在于：所述补强填充剂为碳酸钙、二氧化钛和导电炭黑中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，其特征在于：所述补强填充剂由碳酸钙∶二氧化钛∶导电炭黑以2∶1∶3的重量比混合而成。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，其特征在于：所述功能助剂为为石墨烯、导电石墨和导电云母中的任意一种或两种以上以任意比例混合而成。
6.根据权利要求2所述的基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，其特征在于，所述罗拉皮辊包括以下重量份数的组分：丁腈橡胶100份、氧化锌6份、硬脂酸3份、二甲苯酮2份、促进剂NOBS 2份、硫磺3份、补强填充剂30份、功能助剂5份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊的制备方法，按照上述重量份数称取各原料，在开炼机上混炼，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将丁腈橡胶投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼30-35min得到橡胶主料，然后于80-95℃混炼30-40min；
(2)然后将氧化锌、硬脂酸和防老剂投入开炼机中，以180-280rpm的搅拌速度塑炼40-55min，然后于85-100℃混炼40-50min；
(3)然后将补强填充剂投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼40-55min，然后于85-105℃混炼40-50min；
(4)再将功能助剂投入开炼机中，以200-350rpm的搅拌速度塑炼50-60min，然后于80-95℃混炼40-50min；
(5)最后将促进剂NOBS和硫磺投入开炼机中，以150-250rpm的搅拌速度塑炼30-40min，然后于100-115℃混炼40-50min，混炼均匀后，下片；
(6)用平板硫化机硫化试样，将所述步骤(5)的产物在硫化条件为150-200℃、压力为10MPa下，硫化10-90min，制成颗粒状组合物，制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊材料；
(7)将所述步骤(6)的罗拉皮辊材料装入模具，压模、成型，最终制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊。
8.根据权利要求1-6任一项所述的基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊，按照上述重量份数称取各原料，在开炼机上混炼，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将丁腈橡胶投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼30min得到橡胶主料，然后于90℃混炼30min；
(2)然后将氧化锌、硬脂酸和二甲苯酮投入开炼机中，以260rpm的搅拌速度塑炼50min，然后于100℃混炼45min；
(3)然后将补强填充剂投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼50min，然后于95℃混炼45min；
(4)再将功能助剂投入开炼机中，以250rpm的搅拌速度塑炼55min，然后于85℃混炼45min；
(5)最后将促进剂NOBS和硫磺投入开炼机中，以200rpm的搅拌速度塑炼40min，然后于110℃混炼45min，混炼均匀后，下片；
(6)用平板硫化机硫化试样，将所述步骤(5)的产物在硫化条件为180℃、压力为10MPa下，硫化60min，制成颗粒状组合物，制得基于石墨烯的改性丁腈橡胶材料；
(7)将所述步骤(6)的改性丁腈橡胶材料装入模具，压模、成型，最终制得基于石墨烯/丁腈橡胶复合的罗拉皮辊。
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