CN109401140A - 一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料及其制备方法。该材料包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶40‑60份、环氧树脂1‑8份、秸秆粉40‑60份、玻璃纤维8‑13份、石墨烯10‑20份、碳纳米管5‑10份、硫酸镁10‑25份、氮化硅5‑10份、KH‑550硅烷偶联剂1‑3份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物20‑30份、松节油12‑18份、聚乙烯吡咯烷酮15‑22份、癸二酸二辛酯5‑10份、二硫化钼4‑8份、柠檬酸三丁酯5‑10份、聚乙二醇10‑18份、纳米铜10‑18份。本发明氮化硅的加入，提高了橡胶材料的硬度和力学性能，减轻了材料的质地；纳米铜通过磁控溅射的方式加入橡胶材料，提高了材料的耐腐蚀性。

Description

一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料及其制备方法。
背景技术
随着航空航天科技的发展，对飞机材料的要求越来越高，为了确保航空航天设备在特殊环境中正常运行，亟需研发一种轻质，耐腐蚀，且耐磨的橡胶材料。
申请号201710745580.0公开了一种用于轮胎的耐磨高分子橡胶，由以下组分组成，按照质量份数计算如下：天然橡胶60-80份、聚胺脂6-9份、过氧化二异丙苯3-12份、聚乙烯6-10份、炭黑3-5份、改性氢氧化镁6～10份。本发明的耐磨高分子橡胶中增加了炭黑3-4份，有效的提高了轮胎的耐磨性能，同时，本发明中，增加了改性氢氧化镁6～10份，所生产的轮胎的耐高温性、机械强度好、耐磨性能得到提高。但是该高分子橡胶材料质地重，不适合用于 航天领域使用。
申请号201610363995.7公开了一种氟硅烷修饰石墨烯填充的氟醚橡胶制备方法，采用热回流水解方法使有机氟硅烷接枝于氧化石墨烯表面并对石墨烯产物进行低温化学还原得到填料，将填料与氟醚生胶及配合剂混合、硫化成型得到最终产物，本发明通过对制备方法的设计和优化，使得采用常规设备即可进行制备，产物性能优良，具有优异的力学性能、耐高温性能和耐磨擦磨损性能，满足航天航空领域的特殊要求，具有良好的应用前景。但是该橡胶成本高，质地重，需要进一步改进，以便满足生产生活需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料及其制备方法，该橡胶材料耐磨性好，耐腐蚀性强，且质地轻盈，成本低。
一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料，包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶40-60份、环氧树脂1-8份、秸秆粉40-60份、玻璃纤维8-13份、石墨烯10-20份、碳纳米管5-10份、硫酸镁10-25份、氮化硅5-10份、KH-550硅烷偶联剂1-3份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-30份、松节油12-18份、聚乙烯吡咯烷酮15-22份、癸二酸二辛酯5-10份、二硫化钼4-8份、柠檬酸三丁酯5-10份、聚乙二醇10-18份、纳米铜10-18份。
作为改进的是，上述用于航天用轻质耐磨橡胶材料，包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶50份、环氧树脂6份、秸秆粉58份、玻璃纤维10份、石墨烯16份、碳纳米管5-10份、硫酸镁10-25份、氮化硅5-10份、KH-550硅烷偶联剂1-3份、乙烯-醋酸乙烯共聚物28份、松节油15份、聚乙烯吡咯烷酮20份、癸二酸二辛酯8份、二硫化钼6份、柠檬酸三丁酯7份、聚乙二醇15份、纳米铜16份。
作为改进的是，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯含量为10-15%。
作为改进的是，所述纳米铜的粒径为10-15μm。
上述用于航天用轻质耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将秸秆粉、玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯和氮化硅混合投入管式炉中煅烧后，投入球磨机中磨碎得混合物A；步骤3，将氟氯橡胶、硫酸镁、KH-550硅烷偶联剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、松节油、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、癸二酸二辛酯、二硫化钼、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和混合物A投入密炼炉中密炼10-15分钟得混合物B；步骤4，对混合物B通过磁控溅射法将纳米铜溅射到混合物B上，再转移至模具中硫化处理2-4分钟，脱模，即可。
作为改进的是，步骤3中密炼的温度为160-180℃。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的优势在于以下几点：
本发明氮化硅的加入，提高了橡胶材料的硬度和力学性能，而氮化硅负载在秸秆粉、玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯上，降低了原料的重量，从而减轻了材料的质地；纳米铜通过磁控溅射的方式加入橡胶材料中，提高了材料的耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
实施例1
一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料，包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶40份、环氧树脂1份、秸秆粉40份、玻璃纤维8份、石墨烯10份、碳纳米管5份、硫酸镁10份、氮化硅5份、KH-550硅烷偶联剂1份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、松节油12份、聚乙烯吡咯烷酮15份、癸二酸二辛酯5份、二硫化钼4份、柠檬酸三丁酯5份、聚乙二醇10份、纳米铜10份。
其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯含量为10%。
所述纳米铜的粒径为10μm。
上述用于航天用轻质耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将秸秆粉、玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯和氮化硅混合投入管式炉中煅烧后，投入球磨机中磨碎得混合物A；步骤3，将氟氯橡胶、硫酸镁、KH-550硅烷偶联剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、松节油、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、癸二酸二辛酯、二硫化钼、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和混合物A投入密炼炉中160℃密炼10分钟得混合物B；步骤4，对混合物B通过磁控溅射法将纳米铜溅射到混合物B上，再转移至模具中硫化处理2-4分钟，脱模，即可。
对所得轻质耐磨橡胶材料进行测试，拉伸强度78MPa，弯曲强度128MPa，硬度为82，断裂伸长率为18%，38℃下190小时不会出现软化。
实施例2
一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料，包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶50份、环氧树脂6份、秸秆粉58份、玻璃纤维10份、石墨烯16份、碳纳米管5-10份、硫酸镁10-25份、氮化硅5-10份、KH-550硅烷偶联剂1-3份、乙烯-醋酸乙烯共聚物28份、松节油15份、聚乙烯吡咯烷酮20份、癸二酸二辛酯8份、二硫化钼6份、柠檬酸三丁酯7份、聚乙二醇15份、纳米铜16份
其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯含量为12%。
所述纳米铜的粒径为14μm。
上述用于航天用轻质耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将秸秆粉、玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯和氮化硅混合投入管式炉中煅烧后，投入球磨机中磨碎得混合物A；步骤3，将氟氯橡胶、硫酸镁、KH-550硅烷偶联剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、松节油、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、癸二酸二辛酯、二硫化钼、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和混合物A投入密炼炉中170℃中密炼13分钟得混合物B；步骤4，对混合物B通过磁控溅射法将纳米铜溅射到混合物B上，再转移至模具中硫化处理3分钟，脱模，即可。
对所得轻质耐磨橡胶材料进行测试，拉伸强度82MPa，弯曲强度138MPa，硬度为85，断裂伸长率为20%，38℃下210小时不会出现软化。
实施例3
一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料，包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶60份、环氧树脂8份、秸秆粉60份、玻璃纤维13份、石墨烯20份、碳纳米管10份、硫酸镁25份、氮化硅10份、KH-550硅烷偶联剂3份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30份、松节油18份、聚乙烯吡咯烷酮22份、癸二酸二辛酯10份、二硫化钼8份、柠檬酸三丁酯10份、聚乙二醇18份、纳米铜18份。
其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯含量为15%。
所述纳米铜的粒径为15μm。
上述用于航天用轻质耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将秸秆粉、玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯和氮化硅混合投入管式炉中煅烧后，投入球磨机中磨碎得混合物A；步骤3，将氟氯橡胶、硫酸镁、KH-550硅烷偶联剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、松节油、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、癸二酸二辛酯、二硫化钼、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和混合物A投入密炼炉中180℃密炼15分钟得混合物B；步骤4，对混合物B通过磁控溅射法将纳米铜溅射到混合物B上，再转移至模具中硫化处理4分钟，脱模，即可。
对所得轻质耐磨橡胶材料进行测试，拉伸强度80MPa，弯曲强度125MPa，硬度为78，断裂伸长率为20%，38℃下200小时不会出现软化。
对比例1
除不含氮化硅外，其余同实施例2。
对所得轻质耐磨橡胶材料进行测试，拉伸强度60MPa，弯曲强度111MPa，硬度为32，断裂伸长率为15%，38℃下150小时不会出现软化。
对比例2
除不含步骤4的纳米铜外，其余同实施例2。
对所得轻质耐磨橡胶材料进行测试，拉伸强度78MPa，弯曲强度128MPa，硬度为82，断裂伸长率为18%，38℃下80小时不会出现软化。
从上述结果可以看出，本发明氮化硅的加入，提高了橡胶材料的硬度和力学性能，而氮化硅负载在秸秆粉、玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯上，降低了原料的重量，从而减轻了材料的质地；纳米铜通过磁控溅射的方式加入橡胶材料中，提高了材料的耐腐蚀性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于航天用轻质耐磨橡胶材料，其特征在于，包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶40-60份、环氧树脂1-8份、秸秆粉40-60份、玻璃纤维8-13份、石墨烯10-20份、碳纳米管5-10份、硫酸镁10-25份、氮化硅5-10份、KH-550硅烷偶联剂1-3份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-30份、松节油12-18份、聚乙烯吡咯烷酮15-22份、癸二酸二辛酯5-10份、二硫化钼4-8份、柠檬酸三丁酯5-10份、聚乙二醇10-18份、纳米铜10-18份。
2.根据权利要求1所述的用于航天用轻质耐磨橡胶材料，其特征在于，包括以下按重量份数计的组分：氟氯橡胶50份、环氧树脂6份、秸秆粉58份、玻璃纤维10份、石墨烯16份、碳纳米管5-10份、硫酸镁10-25份、氮化硅5-10份、KH-550硅烷偶联剂1-3份、乙烯-醋酸乙烯共聚物28份、松节油15份、聚乙烯吡咯烷酮20份、癸二酸二辛酯8份、二硫化钼6份、柠檬酸三丁酯7份、聚乙二醇15份、纳米铜16份。
3.根据权利要求1所述的用于航天用轻质耐磨橡胶材料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯含量为10-15%。
4.根据权利要求1所述的用于航天用轻质耐磨橡胶材料，其特征在于，所述纳米铜的粒径为10-15μm。
5.基于权利要求1所述的用于航天用轻质耐磨橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将秸秆粉、玻璃纤维、碳纳米管、石墨烯和氮化硅混合投入管式炉中煅烧后，投入球磨机中磨碎得混合物A；步骤3，将氟氯橡胶、硫酸镁、KH-550硅烷偶联剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、松节油、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、癸二酸二辛酯、二硫化钼、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇和混合物A投入密炼炉中密炼10-15分钟得混合物B；步骤4，对混合物B通过磁控溅射法将纳米铜溅射到混合物B上，再转移至模具中硫化处理2-4分钟，脱模，即可。
6.根据权利要求5所述的用于航天用轻质耐磨橡胶材料的制备方法，其特征在于，步骤3中密炼的温度为160-180℃。
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