CN108948468A - 一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化石墨烯‑玻璃纤维‑氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，向离子液体改性的氧化石墨烯中加去离子水，超声分散后，加丁苯橡胶、羧基丁腈橡胶，磁力搅拌，将所得胶乳混合物滴加到NaCl的酸溶液中，搅匀，静置，用真空泵抽滤，再倒入去离子水中搅拌分散，静置，抽滤，鼓风干燥得母炼胶；将所得母炼胶与防老剂、氧化锌、硬脂酸、促进剂、硫磺及改性玻璃纤维、液相法剥离氧化铝悬浮液，在橡胶开炼机中混炼均匀，放入模具中用平板硫化机进行硫化，得到填充改性的硫化混炼胶。羧基丁腈橡胶与氧化石墨烯之间存在氢键作用，羧基丁腈橡胶改性后的氧化石墨烯能在丁苯橡胶基体中均匀分散，提高氧化石墨烯的补强效果。
Description
技术领域
本发明属于橡胶制品材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法。
背景技术
电气设备用密封圈通常由橡胶制成，往往长时间浸在变压器油中。油会逐渐渗透进橡胶里，继而导致密封圈的使用性能下降甚至丧失。电气设备因橡胶密封圈的老化龟裂变形或其材质与密封油类不相容而引起的渗漏油问题日益増多，制备出一种耐油和耐老化的变压器密封橡胶材料对电气设备的安全稳定运行具有重要意义。
耐磨橡胶衬板是球磨机的重要防磨衬板，目前已广泛应用于冶金矿山等需要粉磨的行业中。耐磨橡胶衬板在使用过程中与矿料的摩擦会导致衬板产生温升，高温长时间作用会使橡胶旳分子结构发生变化，从而使耐磨橡胶衬板旳耐磨耗性能降低，且影响了衬板的使用寿命。而目前国内市场上使用的耐磨橡胶衬板的耐高温稳定性不佳，从而使其应用及市场的拓展受到限制，因此研发具有较高的综合力学性能及良好的耐磨性能和较好的耐高温性能的橡胶衬板材料具有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，依照该方法制作的填充改性硫化混炼胶具有优异的力学性能、耐油耐腐蚀性能和耐磨性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）离子液体改性氧化石墨烯：
向1-2份氧化石墨烯粉末中按质量比1:2加入离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液，用研钵研磨1-2h后，烘干得到离子液体改性的氧化石墨烯；
（2）改性玻璃纤维的制备：
将8-10份玻璃纤维在104-106℃下预处理1-2h后，自然冷却，置于稀盐酸中
浸泡1-2h，取出风干，在硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中浸润1-2h，然后在130-133℃下恒温3-4h，自然冷却；
（3）液相法剥离氧化铝：
将3-4份粒径为300-500目的超细氧化铝1:1加入到聚乙烯醇中，搅拌初步分散均匀，用高速球磨机球磨1-2h，制得氧化铝悬浮液；
（4）填充改性的硫化混炼胶的制备：
向（1）中所得离子液体改性的氧化石墨烯中1:2-3加入去离子水，超声分散30-35min后，加入95-100份丁苯橡胶、5-10份羧基丁腈橡胶，磁力搅拌1-2h，将所得胶乳混合物滴加到NaCl的酸溶液中，搅拌均匀，静置25-30min，用真空泵进行抽滤，再倒入去离子水中搅拌分散30-35min，静置5-6h，进行抽滤，放入60-63℃鼓风干燥箱中干燥1-2d，得到母炼胶；
将所得母炼胶与1-2份防老剂4010NA、1-2份氧化锌、2-2.4份硬脂酸、2-2.2份促进剂CZ、1-1.5份硫磺及(2)、(3)中所得物料，在橡胶开炼机中混炼均匀，放置24-25h后，放入模具中在155-165℃平板硫化机进行硫化，得到所述填充改性的硫化混炼胶。
进一步的，步骤（1）中离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液浓度为1-2%。
进一步的，步骤（2）中稀盐酸浓度为1-2mol/L，硅烷偶联剂KH570乙醇溶液的质量分数为1-2%。
进一步的，步骤（4）中按胶乳体积的3-5倍配制7-9%的NaCl水溶液，用稀硫酸调节pH为1，混合均匀，得到NaCl的酸溶液。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）用离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑改性氧化石墨烯填充橡胶，离子液体可以明显改善氧化石墨烯在橡胶基体中的分散性，同时可促进混炼胶的硫化，硫化胶的物理机械性能和导热性能佳。
（2）玻璃纤维经过稀盐酸处理后，自身的力学性能下降，但由此产生的凹陷会增大其表面积，增多表面的-OH基团含量，有利于玻璃纤维和KH570的结合，凹陷同时对橡胶也起到“锚固”作用，有利于増强橡胶材料的力学性能；硅烷偶联剂的R-Si-OH端与玻璃纤维表面的羟基发生反应使亲油性偶联基团R-Si-O-数量变多，改善了玻璃纤维与橡胶的相容性，加大玻璃纤维与橡胶之间的结合作用；将玻璃纤维经过稀盐酸和硅烷偶联剂KH570处理加入到共混胶中，纤维可以形成三维笼状结构，从而在橡胶溶胀过程中对其分子链的相对移动产生阻碍作用，导致橡胶溶胀难度加大，提高了橡胶的耐油耐腐蚀性能。
（3）纳米氧化铝具有更低的摩擦系数，减摩抗磨效果更好，由于具有纳米尺寸效应，与聚合物基体的界面结合作用也明显增强，是一种很有潜力的橡胶抗磨添加剂；采用高速球磨机液相剥离氧化铝，经过剥离的氧化铝可有效提高混炼胶的力学性能和耐磨性能。
（4）利用极性羧基丁腈橡胶改性氧化石墨烯-丁苯橡胶体系，提高氧化石墨烯的补强效果，羧基丁腈橡胶与氧化石墨烯之间存在氢键作用，羧基丁腈橡胶改性后的氧化石墨烯能在丁苯橡胶基体中均匀分散，硫化胶交联程度明显提升。
具体实施方式
实施例1
一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）离子液体改性氧化石墨烯：
向1份氧化石墨烯粉末中按质量比1:2加入离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液，用研钵研磨1h后，烘干得到离子液体改性的氧化石墨烯；
（2）改性玻璃纤维的制备：
将8份玻璃纤维在104-106℃下预处理1h后，自然冷却，置于稀盐酸中浸泡
1h，取出风干，在硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中浸润1h，然后在130-133℃下恒温3h，自然冷却；
（3）液相法剥离氧化铝：
将3份粒径为300-500目的超细氧化铝1:1加入到聚乙烯醇中，搅拌初步分散均匀，用高速球磨机球磨1h，制得氧化铝悬浮液；
（4）填充改性的硫化混炼胶的制备：
向（1）中所得离子液体改性的氧化石墨烯中1:2加入去离子水，超声分散30min后，加入95份丁苯橡胶、5份羧基丁腈橡胶，磁力搅拌1h，将所得胶乳混合物滴加到NaCl的酸溶液中，搅拌均匀，静置25min，用真空泵进行抽滤，再倒入去离子水中搅拌分散30min，静置5h，进行抽滤，放入60-63℃鼓风干燥箱中干燥1d，得到母炼胶；
将所得母炼胶与1份防老剂4010NA、1份氧化锌、2份硬脂酸、2份促进剂CZ、1份硫磺及(2)、(3)中所得物料，在橡胶开炼机中混炼均匀，放置24h后，放入模具中在155-165℃平板硫化机进行硫化，得到所述填充改性的硫化混炼胶。
进一步的，步骤（1）中离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液浓度为1%。
进一步的，步骤（2）中稀盐酸浓度为1mol/L，硅烷偶联剂KH570乙醇溶液的质量分数为1%。
进一步的，步骤（4）中按胶乳体积的3倍配制7%的NaCl水溶液，用稀硫酸调节pH为1，混合均匀，得到NaCl的酸溶液。
实施例2
一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）离子液体改性氧化石墨烯：
向2份氧化石墨烯粉末中按质量比1:2加入离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液，用研钵研磨2h后，烘干得到离子液体改性的氧化石墨烯；
（2）改性玻璃纤维的制备：
将10份玻璃纤维在104-106℃下预处理2h后，自然冷却，置于稀盐酸中浸
泡2h，取出风干，在硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中浸润2h，然后在130-133℃下恒温4h，自然冷却；
（3）液相法剥离氧化铝：
将4份粒径为300-500目的超细氧化铝1:1加入到聚乙烯醇中，搅拌初步分散均匀，用高速球磨机球磨2h，制得氧化铝悬浮液；
（4）填充改性的硫化混炼胶的制备：
向（1）中所得离子液体改性的氧化石墨烯中1:3加入去离子水，超声分散35min后，加入100份丁苯橡胶、10份羧基丁腈橡胶，磁力搅拌2h，将所得胶乳混合物滴加到NaCl的酸溶液中，搅拌均匀，静置30min，用真空泵进行抽滤，再倒入去离子水中搅拌分散35min，静置6h，进行抽滤，放入60-63℃鼓风干燥箱中干燥2d，得到母炼胶；
将所得母炼胶与2份防老剂4010NA、2份氧化锌、2.4份硬脂酸、2.2份促进剂CZ、1.5份硫磺及(2)、(3)中所得物料，在橡胶开炼机中混炼均匀，放置25h后，放入模具中在155-165℃平板硫化机进行硫化，得到所述填充改性的硫化混炼胶。
进一步的，步骤（1）中离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液浓度为1-2%。
进一步的，步骤（2）中稀盐酸浓度为1-2mol/L，硅烷偶联剂KH570乙醇溶液的质量分数为1-2%。
进一步的，步骤（4）中按胶乳体积的3-5倍配制7-9%的NaCl水溶液，用稀硫酸调节pH为1，混合均匀，得到NaCl的酸溶液。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（2）中未对玻璃纤维进行改性处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例1与实施例1相比，在步骤（3）中未对氧化铝进行改性处理，除此外的方法步骤均相同。
对照组为未经任何改性处理的丁苯橡胶和羧基丁腈橡胶混炼胶。
为了对比本发明制得的填充改性混炼胶的性能，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1、对比实施例2制备的填充改性混炼胶，以对照组的空白混炼胶为参照，进行力学性能测试，测试方法依照标准进行：
由上表可以看出，在对比实施例1中未对玻璃纤维进行改性处理，所制备的填充改性混炼胶的力学性能变差；在对比实施例2中未对氧化铝进行改性处理，导致填充改性混炼胶的力学性能和耐磨性能变差。
按照本发明方法制作的填充改性混炼胶，具有良好的力学性能和耐摩擦磨损性能，拉伸强度为27.26MPa、撕裂强度为74.3kM/m、阿克隆体积磨耗量为0.23cm3/1.61km、导热系数为0.213W/(m·k)，是一种性能优异的橡胶制品材料，可用于制备电气设备用密封圈、耐磨橡胶衬板等，耐油耐腐蚀性能好，稳定性好，使用寿命长。
Claims (4)
1.一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）离子液体改性氧化石墨烯：
向1-2份氧化石墨烯粉末中按质量比1:2加入离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液，用研钵研磨1-2h后，烘干得到离子液体改性的氧化石墨烯；
（2）改性玻璃纤维的制备：
将8-10份玻璃纤维在104-106℃下预处理1-2h后，自然冷却，置于稀盐酸中
浸泡1-2h，取出风干，在硅烷偶联剂KH570的乙醇溶液中浸润1-2h，然后在130-133℃下恒温3-4h，自然冷却；
（3）液相法剥离氧化铝：
将3-4份粒径为300-500目的超细氧化铝1:1加入到聚乙烯醇中，搅拌初步分散均匀，用高速球磨机球磨1-2h，制得氧化铝悬浮液；
（4）填充改性的硫化混炼胶的制备：
向（1）中所得离子液体改性的氧化石墨烯中1:2-3加入去离子水，超声分散30-35min后，加入95-100份丁苯橡胶、5-10份羧基丁腈橡胶，磁力搅拌1-2h，将所得胶乳混合物滴加到NaCl的酸溶液中，搅拌均匀，静置25-30min，用真空泵进行抽滤，再倒入去离子水中搅拌分散30-35min，静置5-6h，进行抽滤，放入60-63℃鼓风干燥箱中干燥1-2d，得到母炼胶；
将所得母炼胶与1-2份防老剂4010NA、1-2份氧化锌、2-2.4份硬脂酸、2-2.2份促进剂CZ、1-1.5份硫磺及(2)、(3)中所得物料，在橡胶开炼机中混炼均匀，放置24-25h后，放入模具中在155-165℃平板硫化机进行硫化，得到所述填充改性的硫化混炼胶。
2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑的乙醇溶液浓度为1-2%。
3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中稀盐酸浓度为1-2mol/L，硅烷偶联剂KH570乙醇溶液的质量分数为1-2%。
4.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯-玻璃纤维-氧化铝填充改性的耐油耐腐蚀硫化混炼胶的制备方法，其特征在于，步骤（4）中按胶乳体积的3-5倍配制7-9%的NaCl水溶液，用稀硫酸调节pH为1，混合均匀，得到NaCl的酸溶液。
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