CN110183749A - 一种石墨烯增强橡胶密封材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯增强橡胶密封材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯增强传热密封材料及其制备方法，所述材料按质量份计，由100份丁腈橡胶中加入以下原料制成：芳纶纤维2‑8份、石墨烯3‑10份、氧化锌3‑7份、氧化钙2‑6份、硬脂酸锌0.6‑1.4份、促进剂CZ 1‑3份、促进剂TT 1‑3份、防老剂RD 1‑3份、防老剂4010NA 1‑3份、乙烯基硅树脂2‑6份、硫磺2‑4份；其制备步骤为：将丁腈橡胶塑炼后，依次与上述组份中的添加剂、填充剂、多尺度纤维混炼，最后进行压制成型、硫化处理。该石墨烯增强传热密封材料的拉伸强度、热传导性、压缩回弹率等，能够承载较大压力。

Description

一种石墨烯增强橡胶密封材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及机械材料技术领域，具体是一种石墨烯增强传热密封材料及其制备方法。
背景技术
密封涉及到人类生产、生活的方方面面，密封制品是机械设备的重要基础元件，几乎所有的工业部门都离不开它，通用设备中的压缩机、泵、压力管道等更是以密封为工作基础。密封元件的质量如何，直接关系到大多数装备的使用寿命及运转可靠性。如果密封件质量低劣，轻则带来经济损失和麻烦，重则会造成恶性事故，对人与环境都会造成很大的伤害。尤其是在工作压力、温度高的环境下，密封圈所承受的负荷较大，在高温下的老化速度加快，在设备运行过程中经常碰到密封件损坏情况，有的密封件正常工作时间甚至不到一个月就需要更换，大大降低了企业的生产效率。基于此，本发明提供了一种石墨烯增强传热密封材料，可以广泛应用于高压、高温环境下特别是对散热、传热有较高要求的机械密封技术领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯增强传热密封材料及其制备方法，制得的材料具有优异的强度、热传导性、弹性及抗老化性，可以用作高压、高温等环境下以及对传热、散热有要求的机械密封用材料。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种橡胶密封材料，按照质量份计，由100份丁腈橡胶中加入以下原料制成：
芳纶纤维2-8份，石墨烯3-10份，氧化锌3-7份，氧化钙2-6份，硬脂酸锌0.6-1.4份，促进剂CZ 1-3份，促进剂TT 1-3份，防老剂RD 1-3份，防老剂4010NA 1-3份，乙烯基硅树脂2-6份，硫磺2-4份。
优选地，所述橡胶密封材料，按质量份计，由以下原料制成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，石墨烯5份，氧化锌3份，氧化钙3份，硬脂酸锌0.7份，促进剂CZ 2份，促进剂TT 2份，防老剂RD 2份，防老剂4010NA 2份，乙烯基硅树脂5份，硫磺2.5份。
优选地，所述橡胶密封材料，按质量份计，由以下原料制成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，石墨烯7份，氧化锌5份，氧化钙5份，硬脂酸锌0.7份，促进剂CZ 3份，促进剂TT 3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA 3份，乙烯基硅树脂6份，硫磺4份。
优选地，所述橡胶密封材料，按质量份计，由以下原料制成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维6份，石墨烯6份，氧化锌4份，氧化钙5份，硬脂酸锌0.8份，促进剂CZ 3份，促进剂TT 3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA 3份，乙烯基硅树脂4份，硫磺3份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼5-6分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼3-4分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用丁腈橡胶中加入芳纶纤维与石墨烯等增强纤维制成一种石墨烯增强传热密封材料。芳纶纤维具有极高的强度、很好的尺寸稳定性，耐热性能好，芳纶纤维作为大尺度意义上的增强填料，保证了橡胶密封材料的宏观性能突出；石墨烯作为一种二维纳米材料，重量轻，具有许多异常的力学、电学和化学性能，石墨烯具有与高分子材料相似但却比其稳定得多的结构，石墨烯用作微尺度意义上的增强填料，保证了橡胶密封材料微观性能优异。多尺度纤维增强充分利用了纤维的混杂效应，综合了纤维的各自特点,有效提高了材料的强度、导热性、耐受性、压缩回弹性、耐老化性。添加剂的加入能有效提高丁腈橡胶的交联密度、提高丁腈橡胶的防老化和抗热氧老化的性能。因此，本发明提供的机械密封材料具有优异的宏微观强度、导热性、耐受性、压缩回弹性、耐老化性等特性，可以用作机械密封用材料。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围并不受此限制。
实施例一：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，石墨烯3份，氧化锌3份，氧化钙2份，硬脂酸锌0.6份，促进剂CZ 1份，促进剂TT 2份，防老剂RD 1份，防老剂4010NA 2份，乙烯基硅树脂2份，硫磺2份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼7-8分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼2-3分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例二：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，石墨烯5份，氧化锌3份，氧化钙3份，硬脂酸锌0.7份，促进剂CZ 2份，促进剂TT 2份，防老剂RD 2份，防老剂4010NA 2份，乙烯基硅树脂5份，硫磺2.5份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼3-4分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼4-5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例三：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，石墨烯7份，氧化锌5份，氧化钙5份，硬脂酸锌0.7份，促进剂CZ 3份，促进剂TT 3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA 3份，乙烯基硅树脂6份，硫磺4份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼3-4分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼3-4分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例四：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，石墨烯9份，氧化锌4份，氧化钙5份，硬脂酸锌0.8份，促进剂CZ 3份，促进剂TT 3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA 3份，乙烯基硅树脂4份，硫磺3份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼3-4分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼2-3分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例五：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维2份，石墨烯6份，氧化锌4份，氧化钙4份，硬脂酸锌0.9份，促进剂CZ 2份，促进剂TT 1份，防老剂RD 2份，防老剂4010NA 1份，乙烯基硅树脂3份，硫磺2份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼5-6分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼5-6分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例六：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维4份，石墨烯6份，氧化锌5份，氧化钙6份，硬脂酸锌0.9份，促进剂CZ 3份，促进剂TT 3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA 3份，乙烯基硅树脂5份，硫磺2份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼4-5分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼3-4分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例七：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维6份，石墨烯6份，氧化锌6份，氧化钙4份，硬脂酸锌1.2份，促进剂CZ 3份，促进剂TT 3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA 3份，乙烯基硅树脂3份，硫磺3份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼4-5分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼4-5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例八：
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维8份，石墨烯6份，氧化锌5份，氧化钙5份，硬脂酸锌1.3份，促进剂CZ 2份，促进剂TT 3份，防老剂RD 2份，防老剂4010NA 3份，乙烯基硅树脂2份，硫磺3份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼4-5分钟；
(4)添加石墨烯纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼4-5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
将上述实施例中的密封材料制成标准试样，测试50％定伸强度、拉伸强度、拉伸伸长率、压缩回弹率和热传导系数，常温(20℃)下测试结果如下表。
从上表可以看出，本发明提供的石墨烯增强传热密封材料在拉伸强度、拉伸伸长率、压缩回弹率和热传导系数方面的性能可以满足多种特定工况下的技术要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种石墨烯增强传热密封材料，其特征在于，按照质量份计，由以下原料制成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维2-8份、石墨烯3-10份、氧化锌3-7份、氧化钙2-6份、硬脂酸锌0.6-1.4份、促进剂CZ 1-3份、促进剂TT 1-3份、防老剂RD 1-3份、防老剂4010NA 1-3份、乙烯基硅树脂2-6份、硫磺2-4份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯增强传热密封材料，其特征在于，按照质量份计，由以下原料制成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维5份、石墨烯5份、氧化锌3份、氧化钙3份、硬脂酸锌0.7份、促进剂CZ 2份、促进剂TT 2份、防老剂RD 2份、防老剂4010NA 2份、乙烯基硅树脂5份、硫磺2.5份。
3.根据权利要求1所述的石墨烯增强传热密封材料，其特征在于，按照质量份计，由以下原料制成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维5份、石墨烯7份、氧化锌5份、氧化钙5份、硬脂酸锌0.7份、促进剂CZ 3份、促进剂TT 3份、防老剂RD 3份、防老剂4010NA 3份、乙烯基硅树脂6份、硫磺4份。
4.根据权利要求1所述的石墨烯增强传热密封材料，其特征在于，按照质量份计，由以下原料制成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维6份、多壁碳纳米管6份、氧化锌4份、氧化钙5份、硬脂酸锌0.8份、促进剂CZ 3份、促进剂TT 3份、防老剂RD 3份、防老剂4010NA 3份、乙烯基硅树脂4份、硫磺3份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的石墨烯增强传热密封材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在50-80℃下混炼3-5分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在50-80℃下混炼6-8分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在50-80℃下混炼5-6分钟；
(4)添加石墨烯：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入石墨烯，在50-80℃下混炼3-4分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa，得到橡胶密封材料成品。
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