CN109608706A - 一种石墨烯橡胶复合材料的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯橡胶复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种石墨烯橡胶复合材料的制备方法，属于材料制备领域，其特征在于：将GO加入去离子水中，超声分散，制得GO/H2O分散液，向无水乙醇中加入KH570，水浴加热反应；将上述的氧化石墨烯溶液超声离心分离，离心之后，取上层清液，将氧化石墨烯溶液倒入表面皿中，放入烘箱干燥；在氧化石墨烯中加入维c，冷冻干燥，制得石墨烯；将石墨烯制成预分散母料，将石墨烯预分散母料在开炼机上过辊；依次将天然橡胶、硬脂酸、氧化锌、防老剂4020、炭黑加入密炼机混炼，然后出料，加入促进剂D、硫磺，混炼；用平板硫化仪进行硫化，制得石墨烯橡胶复合材料。石墨烯/炭黑/天然橡胶复合材料的裤形撕裂强度提升显著，提高了40%。老化前磨耗降低17.1%，老化后磨耗降低10.2%。

Description

一种石墨烯橡胶复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种石墨烯橡胶复合材料的制备方法。
背景技术
在过去几十年里， 无机纳米尺寸填料被用于改善橡胶的机械性能， 诸如炭黑、二氧化硅、短纤维、碳纳米管、粘土等。石墨烯和这些传统的填料相比， 具有超薄、比表面积大、表面易于化学修饰等优点， 因此在很小的填充分数下就能形成完善的填料网络。而且表面具有化学基团的石墨烯与橡胶分子链有较强的相互作用， 有利于增强橡胶复合材料的机械性能。
发明内容
本发明旨在提供一种石墨烯橡胶复合材料的制备方法。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1）将GO加入去离子水中，超声分散2h，制得GO/H2O 分散液，向无水乙醇中加入KH570，水浴加热反应2h；
2）将上述的氧化石墨烯溶液超声10-15 min，离心分离，离心之后，取上层清液， 将氧化石墨烯溶液倒入表面皿中5 g，放入烘箱干燥；
3）在氧化石墨烯中加入维c，维c：氧化石墨烯=3：1，在50-60℃下还原24h，冷冻干燥，制得石墨烯；
4）将石墨烯制成预分散母料，将石墨烯预分散母料在开炼机上过辊5min；依次将天然橡胶、硬脂酸、氧化锌、防老剂4020、炭黑加入密炼机混炼，然后出料，加入促进剂D、硫磺，混炼2min；
5）用平板硫化仪进行硫化，制得石墨烯橡胶复合材料。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述密炼机的转速为60 rpm/ min，密炼时间为10 min。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述平板硫化仪的硫化温度为151℃；硫化压力为15 MPa。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述烘箱干燥温度为130℃；干燥时间为3h。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述水浴温度为65℃。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述石墨烯橡胶复合材料的配方为：天然橡胶 100份、N330 48份、石墨烯0-2份、氧化锌3-5份、硬脂酸 1-2份、促进剂D 1-1.5份、硫磺0.8-1份、防老剂4020 1.5-2份。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，采用硅烷偶联剂KH570 改性氧化石墨烯，并还原制备石墨烯。用机械共混的方法制备石墨烯/炭黑/天然橡胶复合材料，研究了石墨烯/炭黑/天然橡胶复合材料的力学性能、导热性能、磨耗性能以及复合材料的微观结构，并与炭黑/天然橡胶复合材料性能对比。石墨烯添加1phr石墨烯， 石墨烯/炭黑/天然橡胶复合材料的裤形撕裂强度提升显著，提高了40%。老化前磨耗降低17.1%， 老化后磨耗降低10.2%。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法进行说明。
实施例一
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1）将GO加入去离子水中，超声分散2h，制得GO/H2O 分散液，向无水乙醇中加入KH570，水浴加热反应2h；
2）将上述的氧化石墨烯溶液超声10min，离心分离，离心之后，取上层清液， 将氧化石墨烯溶液倒入表面皿中5 g，放入烘箱干燥；
3）在氧化石墨烯中加入维c，维c：氧化石墨烯=3：1，在50℃下还原24h，冷冻干燥，制得石墨烯；
4）将石墨烯制成预分散母料，将石墨烯预分散母料在开炼机上过辊5min；依次将天然橡胶、硬脂酸、氧化锌、防老剂4020、炭黑加入密炼机混炼，然后出料，加入促进剂D、硫磺，混炼2min；
5）用平板硫化仪进行硫化，制得石墨烯橡胶复合材料。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述密炼机的转速为60 rpm/ min，密炼时间为10 min。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述平板硫化仪的硫化温度为151℃；硫化压力为15 MPa。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述烘箱干燥温度为130℃；干燥时间为3h。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述水浴温度为65℃。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述石墨烯橡胶复合材料的配方为：天然橡胶 100份、N330 48份、石墨烯0份、氧化锌3份、硬脂酸 1份、促进剂D 1份、硫磺0.8份、防老剂4020 1.5份。
实施例二
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1）将GO加入去离子水中，超声分散2h，制得GO/H2O 分散液，向无水乙醇中加入KH570，水浴加热反应2h；
2）将上述的氧化石墨烯溶液超声13min，离心分离，离心之后，取上层清液， 将氧化石墨烯溶液倒入表面皿中5 g，放入烘箱干燥；
3）在氧化石墨烯中加入维c，维c：氧化石墨烯=3：1，在55℃下还原24h，冷冻干燥，制得石墨烯；
4）将石墨烯制成预分散母料，将石墨烯预分散母料在开炼机上过辊5min；依次将天然橡胶、硬脂酸、氧化锌、防老剂4020、炭黑加入密炼机混炼，然后出料，加入促进剂D、硫磺，混炼2min；
5）用平板硫化仪进行硫化，制得石墨烯橡胶复合材料。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述密炼机的转速为60rpm/ min，密炼时间为10min。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述平板硫化仪的硫化温度为151℃；硫化压力为15 MPa。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述烘箱干燥温度为130℃；干燥时间为3h。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述水浴温度为65℃。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述石墨烯橡胶复合材料的配方为：天然橡胶 100份、N330 48份、石墨烯1份、氧化锌4份、硬脂酸 1.5份、促进剂D 1.3份、硫磺0.9份、防老剂4020 1.8份。
实施例三
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1）将GO加入去离子水中，超声分散2h，制得GO/H2O 分散液，向无水乙醇中加入KH570，水浴加热反应2h；
2）将上述的氧化石墨烯溶液超声15 min，离心分离，离心之后，取上层清液， 将氧化石墨烯溶液倒入表面皿中5 g，放入烘箱干燥；
3）在氧化石墨烯中加入维c，维c：氧化石墨烯=3：1，在60℃下还原24h，冷冻干燥，制得石墨烯；
4）将石墨烯制成预分散母料，将石墨烯预分散母料在开炼机上过辊5min；依次将天然橡胶、硬脂酸、氧化锌、防老剂4020、炭黑加入密炼机混炼，然后出料，加入促进剂D、硫磺，混炼2min；
5）用平板硫化仪进行硫化，制得石墨烯橡胶复合材料。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述密炼机的转速为60 rpm/ min，密炼时间为10 min。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述平板硫化仪的硫化温度为151℃；硫化压力为15 MPa。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述烘箱干燥温度为130℃；干燥时间为3h。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述水浴温度为65℃。
本发明所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，所述石墨烯橡胶复合材料的配方为：天然橡胶 100份、N330 48份、石墨烯2份、氧化锌5份、硬脂酸 2份、促进剂D 1.5份、硫磺1份、防老剂4020 2份。
添加石墨烯之后， 胶料的邵氏硬度随石墨烯添加量的增加， 有所提高， 300% 定伸均有所提高， 其中以C3最优。添加加石墨烯后， 胶料的拉伸强度、C 形撕裂强度变化不明显， 裤形撕裂提升则非常显著。添加石墨烯后， 配方C3的性能提高40%以上， 老化后胶料硬度， 无论添加石墨烯与否，都有所提高; 胶料的强度下降约10%; 扯断伸长率下降不明显。C 撕裂强度则随石墨烯的添加量的增加呈下降趋势。测试方法采用：淤稳态热流法;于瞬间平面热源测试方法(TPS)。石墨烯/ 天然橡胶复合材料导热性能。热流法数据中， 随着石墨烯的用量的增加， 导热系数也随之增长，添加了1 phr 石墨烯， 导热系数提升了17%。
随着石墨烯用量的增加， 胶料的ML 和MH 增大， 说明添加了石墨烯后， 提高了其与橡胶的交联程度。添加石墨烯后，石墨烯/ 炭黑/ 天然橡胶复合材料的裤形撕裂强度提升显著， 石墨烯/ 炭黑/ 天然橡胶复合材料导热系数也有一定提高， 同时石墨烯/ 炭黑/ 天然橡胶复合材料磨耗降低。从经济效益和性能改善两方面而言， 添加1 phr 石墨烯对复合材料的综合性能最有利。

Claims (6)

1.一种石墨烯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将GO加入去离子水中，超声分散2h，制得GO/H2O 分散液，向无水乙醇中加入KH570，水浴加热反应2h；
2）将上述的氧化石墨烯溶液超声10-15 min，离心分离，离心之后，取上层清液， 将氧化石墨烯溶液倒入表面皿中5 g，放入烘箱干燥；
3）在氧化石墨烯中加入维c，维c：氧化石墨烯=3：1，在50-60℃下还原24h，冷冻干燥，制得石墨烯；
4）将石墨烯制成预分散母料，将石墨烯预分散母料在开炼机上过辊5min；依次将天然橡胶、硬脂酸、氧化锌、防老剂4020、炭黑加入密炼机混炼，然后出料，加入促进剂D、硫磺，混炼2min；
5）用平板硫化仪进行硫化，制得石墨烯橡胶复合材料。
2.根据权利要求1所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述密炼机的转速为60 rpm/ min， 密炼时间为10 min。
3.根据权利要求2所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述平板硫化仪的硫化温度为151℃；硫化压力为15 MPa。
4.根据权利要求3所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述烘箱干燥温度为130℃；干燥时间为3h。
5.根据权利要求4所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述水浴温度为65℃。
6.根据权利要求1或5所述石墨烯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯橡胶复合材料的配方为：天然橡胶 100份、N330 48份、石墨烯0-2份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-2份、促进剂D 1-1.5份、硫磺0.8-1份、防老剂4020 1.5-2份。
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