CN109370230A - 一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，属于绝热材料技术领域，是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶40～60份、甲基乙烯基苯基硅橡胶40～60份、改性白炭黑20～30份、石墨烯3～10份、短切碳纤维10～15份、硫化剂0.5～1.5份；本发明加入改性的白炭黑，通过白炭黑表面的硫化基团，使聚合物与填料进行化学键合，提高了硫化胶的耐磨性。

Description

一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝热材料技术领域，特别涉及一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料及其制备方法。
背景技术
硅橡胶绝热材料是近年来国内外研究和应用较多的绝热层材料，在烧蚀过程中可形成高熔点的类陶瓷层，具有耐热和阻燃性能好、抗氧化性能好、抗小分子迁移能力强、通用性强等优点，有望取代三元乙丙橡胶成为发动机补燃室中，由于发动机补燃室中数千摄氏度的高速燃气对发动机壳体结构完整性构成极大威协。因此，必须采用绝热材料对壳体进行预热防护。
硅橡胶是一种主链为Si-O-Si链，侧链为有机取代基(主要是甲基)的有机高分子聚合物。硅橡胶本身力学性能较差(纯胶硫化后强度只有0.4MPa)，补强后才具有实用价值。目前使用最多的方法是采用白炭黑颗粒进行补强，尤以气相法白炭黑的补强效果最佳。气相白炭黑是硅的氯化物经高温燃烧生成的超细二氧化硅粉末，一般带有表面羟基和吸附水，其粒径为纳米级，比表面积达200m2/g以上。采用气相白炭黑补强后的硅橡胶强度可达7MPa以上。
然而，由于白炭黑偏酸性及其较强的吸附作用，因此，若在橡胶配方中填充过多的白炭黑会降低配方的活性，延迟硫化的速度；此外，白炭黑粒径极小，比表面积大，表面有一层均匀的硅氧烷和硅醇羟基，具有很强的亲水性，容易相互凝聚成团，在有机相中难以湿润和分散，使得掺用白炭黑的胶料粘度大幅度升高，胶料加工困难。因此，如何改善白炭黑的活性，提高白炭黑在橡胶配方中的补强性能，已成为该领域亟需解决的一个技术难题。
发明内容
本发明提供了一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料及其制备方法，采用改性白炭黑提高了对硅橡胶的补强作用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶40～60份、甲基乙烯基苯基硅橡胶40～60份、改性白炭黑20～30份、石墨烯3～10份、短切碳纤维10～15份、硫化剂0.5～1.5份；
所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流2～4小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
其中，优选地，所述氨基硅烷偶联剂的加入量为白炭黑用量的2～10％。
其中，优选地，所述短切碳纤维的长度为2～5nm。
其中，优选地，所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双己烷或2，4-二甲基2，4-双己烷。
一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶，加入混炼机中进行混炼至透明状态，制备出硅橡胶基体；
(2)称取改性白炭黑和短切碳纤维加入步骤(1)得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(3)称取石墨烯，加入步骤(2)中得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(4)称取硫化剂，加入步骤(3)所述硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(5)使用开炼机碾出所需厚度和形状的胶片，进行两段硫化，即得。
其中，优选地，所述两段硫化分为一段硫化和二段硫化，所述一段硫化在平板硫化机上进行，硫化温度160℃，压强10MPa，硫化时间15min；所述二段硫化在鼓风干燥箱中进行，硫化温度180℃，压强为常压，硫化时间2h。
本发明的有益效果：
本发明的橡胶组合物，采用氨基硅烷偶联剂对白炭黑作进行活化处理。复合材料的接枝层厚度以及交联度都有一定程度的增加，有效对SiO2表面进行了改性，降低了粒子的团聚，增大了其与橡胶的相容性和分散性，使两者得到了充分的接触，从而提高了胶料的硫化速度；此外，本发明加入改性的白炭黑，通过白炭黑表面的硫化基团，使聚合物与填料进行化学键合，提高了硫化胶的耐磨性。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，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做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。
下述实施例中，采用短切碳纤维的长度为2～5nm。
实施例1
本实施例提供一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶50份、甲基乙烯基苯基硅橡胶50份、改性白炭黑25份、石墨烯8份、短切碳纤维12份、2，5-二甲基-2，5-双己烷1.0份；
所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流3小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。所述氨基硅烷偶联剂的加入量为白炭黑用量的5％。
本实施例改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶，加入混炼机中进行混炼至透明状态，制备出硅橡胶基体；
(2)称取改性白炭黑和短切碳纤维加入步骤(1)得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(3)称取石墨烯，加入步骤(2)中得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(4)称取2，5-二甲基-2，5-双己烷，加入步骤(3)所述硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(5)使用开炼机碾出所需厚度和形状的胶片，进行两段硫化，所述两段硫化分为一段硫化和二段硫化，所述一段硫化在平板硫化机上进行，硫化温度160℃，压强10MPa，硫化时间15min；所述二段硫化在鼓风干燥箱中进行，硫化温度180℃，压强为常压，硫化时间2h，硫化后即得。
实施例2
本实施例提供一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶40份、甲基乙烯基苯基硅橡胶60份、改性白炭黑20份、石墨烯10份、短切碳纤维10份、2，5-二甲基-2，5-双己烷1.5份；
所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流2小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。所述氨基硅烷偶联剂的加入量为白炭黑用量的10％。
本实施例改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶，加入混炼机中进行混炼至透明状态，制备出硅橡胶基体；
(2)称取改性白炭黑和短切碳纤维加入步骤(1)得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(3)称取石墨烯，加入步骤(2)中得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(4)称取2，5-二甲基-2，5-双己烷，加入步骤(3)所述硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(5)使用开炼机碾出所需厚度和形状的胶片，进行两段硫化，所述两段硫化分为一段硫化和二段硫化，所述一段硫化在平板硫化机上进行，硫化温度160℃，压强10MPa，硫化时间15min；所述二段硫化在鼓风干燥箱中进行，硫化温度180℃，压强为常压，硫化时间2h，硫化后即得。
实施例3
本实施例提供一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶60份、甲基乙烯基苯基硅橡胶40份、改性白炭黑30份、石墨烯3份、短切碳纤维15份、硫化剂0.5份；
所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流4小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。所述氨基硅烷偶联剂的加入量为白炭黑用量的2％。
本实施例改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶，加入混炼机中进行混炼至透明状态，制备出硅橡胶基体；
(2)称取改性白炭黑和短切碳纤维加入步骤(1)得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(3)称取石墨烯，加入步骤(2)中得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(4)称取硫化剂，加入步骤(3)所述硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(5)使用开炼机碾出所需厚度和形状的胶片，进行两段硫化，所述两段硫化分为一段硫化和二段硫化，所述一段硫化在平板硫化机上进行，硫化温度160℃，压强10MPa，硫化时间15min；所述二段硫化在鼓风干燥箱中进行，硫化温度180℃，压强为常压，硫化时间2h，硫化后即得。
实施例4
本实施例提供一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶45份、甲基乙烯基苯基硅橡胶55份、改性白炭黑22份、石墨烯8份、短切碳纤维12份、2，4-二甲基2，4-双己烷0.8份；
所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流2小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。所述氨基硅烷偶联剂的加入量为白炭黑用量的8％。
本实施例改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶，加入混炼机中进行混炼至透明状态，制备出硅橡胶基体；
(2)称取改性白炭黑和短切碳纤维加入步骤(1)得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(3)称取石墨烯，加入步骤(2)中得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(4)称取2，4-二甲基2，4-双己烷，加入步骤(3)所述硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(5)使用开炼机碾出所需厚度和形状的胶片，进行两段硫化，所述两段硫化分为一段硫化和二段硫化，所述一段硫化在平板硫化机上进行，硫化温度160℃，压强10MPa，硫化时间15min；所述二段硫化在鼓风干燥箱中进行，硫化温度180℃，压强为常压，硫化时间2h，硫化后即得。
实施例5
本实施例提供一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶55份、甲基乙烯基苯基硅橡胶45份、改性白炭黑28份、石墨烯4份、短切碳纤维14份、2，5-二甲基-2，5-双己烷1.3份；
所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流3小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。所述氨基硅烷偶联剂的加入量为白炭黑用量的6％。
本实施例改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)称取甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶，加入混炼机中进行混炼至透明状态，制备出硅橡胶基体；
(2)称取改性白炭黑和短切碳纤维加入步骤(1)得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(3)称取石墨烯，加入步骤(2)中得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(4)称取2，5-二甲基-2，5-双己烷，加入步骤(3)所述硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(5)使用开炼机碾出所需厚度和形状的胶片，进行两段硫化，所述两段硫化分为一段硫化和二段硫化，所述一段硫化在平板硫化机上进行，硫化温度160℃，压强10MPa，硫化时间15min；所述二段硫化在鼓风干燥箱中进行，硫化温度180℃，压强为常压，硫化时间2h，硫化后即得。
性能测试，上述实施例的耐烧蚀性能按烧蚀材料烧蚀试验方法(GJB 323A/96)进行测定。按照“硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测试(GB/T 528-1998)”，测定平行出片方向及垂直出片方向试样的拉伸强度及断裂延伸率。按照硫化橡胶密度的测定(GB/T533-91)进行密度测定。性能测试结果下表所示：
表1性能测试结果表
以上所述仅为本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 (6)

1.一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，其特征在于是由下述原料制备而成：甲基乙烯基硅橡胶40～60份、甲基乙烯基苯基硅橡胶40～60份、改性白炭黑20～30份、石墨烯3～10份、短切碳纤维10～15份、硫化剂0.5～1.5份；
所述改性白炭黑的制备方法是：将氨基硅烷偶联剂溶于甲苯中，加入白炭黑，使其与氨基硅烷偶联剂的甲苯溶液充分混合，回流2～4小时，然后于140～150℃恒温箱中加热5min，冷却得改性白炭黑。
2.根据权利要求1所述的一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，其特征在于：所述氨基硅烷偶联剂的加入量为白炭黑用量的2～10％。
3.根据权利要求1所述的一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，其特征在于：所述短切碳纤维的长度为2～5nm。
4.根据权利要求1所述的一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料，其特征在于：所述硫化剂为2，5-二甲基-2，5-双己烷或2，4-二甲基2，4-双己烷。
5.一种权利要求1～4任一项所述的改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)称取甲基乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶，加入混炼机中进行混炼至透明状态，制备出硅橡胶基体；
(2)称取改性白炭黑和短切碳纤维加入步骤(1)得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(3)称取石墨烯，加入步骤(2)中得到的硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(4)称取硫化剂，加入步骤(3)所述硅橡胶基体中，混炼至混合均匀；
(5)使用开炼机碾出所需厚度和形状的胶片，进行两段硫化，即得。
6.根据权利要求5所述的一种改性白炭黑补强的硅橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于：所述两段硫化分为一段硫化和二段硫化，所述一段硫化在平板硫化机上进行，硫化温度160℃，压强10MPa，硫化时间15min；所述二段硫化在鼓风干燥箱中进行，硫化温度180℃，压强为常压，硫化时间2h。
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