CN115505227A - 一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料及制备方法。一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其主要由以下原料混炼、硫化而成：按重量份数计，氟醚橡胶100份，石墨烯2～8份，炭黑10～20份，碳纳米管3～15份，偶联剂2～6份，吸酸剂3～7份，硫化剂2～5份，助交联剂2～7份。制备方法：将石墨烯、炭黑与碳纳米管和偶联剂混合球磨，得到粉体混合物；将所述粉体混合物进行等离子处理，之后与氟醚橡胶、吸酸剂混合密炼，得到密炼共混物；将密炼共混物与硫化剂和助交联剂混合进行混炼、硫化。本发明解决了目前树脂基保护层无法长时间承受高强度风沙冲蚀，易造成保护层破损的问题。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料及制备方法。
背景技术
抗风沙冲蚀保护层贴覆在物体表面。我国西部地区的气候条件非常恶劣，主要体现在风沙猛烈、海拔高紫外线照射强、昼夜温差大等方面，目前使用的保护层材料为树脂基材料，其安装方便、耐紫外线好、耐候性好，但存在一些不足：耐低温性较差，风沙长时间冲蚀后有破损，增加了维护成本。
为此，提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料及制备方法，解决了目前树脂基保护层无法长时间承受高强度风沙冲蚀，易造成保护层破损的问题。
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。
本发明的第一方面提供了一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其主要由以下原料混炼、硫化而成：
按重量份数计，氟醚橡胶100份，石墨烯2～8份，炭黑10～20份，碳纳米管3～15份，偶联剂2～6份，吸酸剂3～7份，硫化剂2～5份，助交联剂2～7份。
本发明利用石墨烯、炭黑和碳纳米管的协同作用对氟醚橡胶改性，可以降低风沙冲蚀后的质量损耗，提高抗冲蚀性能，同时提高了导热系数，并且氟醚橡胶作为基体材料具备优异的耐高低温性、耐氧化性、耐腐蚀性和耐大气老化性。
在以上基础上，材料中各原料的类型以及比例可以进一步优化，以更大程度降低风沙冲蚀后的质量损耗，提高抗冲蚀性能或导热系数，同时保持邵氏A硬度、拉伸强度、撕裂强度等性能保持与现有橡胶相近的水平，甚至优于现有产品，如下文列举。
在一些实施方式中，所述石墨烯为多层石墨烯，层数为2～50层，直径1～10μm；
和/或，所述炭黑为热裂解法炭黑；
和/或，所述碳纳米管为碳纳米管阵列。
在一些实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
在一些实施方式中，所述吸酸剂为氧化镁、氧化锌中的一种或两种的混合物。
在一些实施方式中，所述助交联剂为三聚氰酸三烯丙酯TAIC。
在一些实施方式中，按重量份数计，氟醚橡胶100份，石墨烯4～7份，炭黑10～15份，碳纳米管8～12份，偶联剂3～5份，吸酸剂4～6份，硫化剂2～4份，助交联剂2～5份。
本发明的第二方面还提供了上文所述的抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的制备方法，其包括下列步骤：
步骤A：将石墨烯、炭黑与碳纳米管和偶联剂混合球磨，得到粉体混合物；
步骤B：将所述粉体混合物进行等离子处理，之后与氟醚橡胶、吸酸剂混合密炼，得到密炼共混物；
步骤C：将密炼共混物与硫化剂和助交联剂混合进行混炼、硫化。
上述制备方法通过等离子处理进一步对石墨烯、炭黑与碳纳米管混合粉体进行表面活化，同时增强了偶联剂对表面的修饰效果，进一步提升改性效果，增强石墨烯、炭黑、碳纳米管与氟醚橡胶的相互作用和在氟醚橡胶中的分散，更进一步降低了风沙冲蚀后的质量损耗，提高抗冲蚀性能，同时提高了导热系数，并且氟醚橡胶作为基体材料具备优异的耐高低温性、耐氧化性、耐腐蚀性和耐大气老化性。
上述方法中等离子处理等步骤的工艺条件可进一步优化，以从方法方面提高材料性能，例如：
在一些实施方式中，所述等离子处理条件：氩气和氧气2:1，输出功率200～300W，处理时间5～10min。
在一些实施方式中，所述混合球磨采用如下过程：
先将石墨烯、炭黑与碳纳米管干法球磨，然后与偶联剂的乙醇溶液混合进行湿法球磨，之后干燥。
在一些实施方式中，所述步骤B中密炼条件为：60～80℃下密炼10～30min。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
本发明通过对石墨烯、碳纳米管阵列和炭黑混合粉体进行改性处理，通过等离子处理进一步对混合粉体进行表面活化，同时增强了偶联剂对表面的修饰效果，进一步提升改性效果，增强其与氟醚橡胶的相互作用和在氟醚橡胶中的分散，发挥协同作用降低了风沙冲蚀后的质量损耗，提高抗冲蚀性能，同时提高了导热系数，并且氟醚橡胶作为基体材料具备优异的耐高低温性、耐氧化性、耐腐蚀性和耐大气老化性。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原药、试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品或者可以根据现有技术制备得到。
下述实施例和对比例采用的石墨烯为多层石墨烯，层数为2～50层，直径1～10μm；炭黑为热裂解法炭黑；碳纳米管为碳纳米管阵列。
实施例1
一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的原料：按质量份数，氟醚橡胶100份，石墨烯5份，炭黑13份，碳纳米管阵列8份，乙烯基三甲氧基硅烷3.5份，氧化镁5份，硫化剂双二五2份、TAIC 3份。
第一步、将石墨烯、炭黑与碳纳米管放入行星式球磨机中，公转转速为350r/min，自转转速为500r/min，研磨2h，然后将配好的乙烯基三甲氧基硅烷
乙醇溶液填加到球磨机中，关掉冷却循环水继续研磨1h，干燥。
第二步、将第一步得到的混合物进行5min等离子处理，然后将粉料和氟醚橡胶、氧化镁加入密炼机中，在60℃下密炼25min。
第三步、然后将第二步得到的共混物与硫化剂、TAIC在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上在160℃、压力15MPa下经20min硫化，得到抗风沙冲蚀氟醚橡胶保护层材料。
实施例2
一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的原料：按质量份数，氟醚橡胶100份，石墨烯2份，炭黑14份，碳纳米管阵列15份，乙烯基三甲氧基硅烷3.5份，氧化镁5份，硫化剂双二五2份、TAIC 3份。
第一步、将石墨烯、炭黑与碳纳米管放入行星式球磨机中，公转转速为300r/min，自转转速为550r/min，研磨2h，然后将配好的乙烯基三甲氧基硅烷乙醇溶液填加到球磨机中，关掉冷却循环水继续研磨1h，干燥。
第二步、将第一步得到的混合物进行5min等离子处理，然后将粉料和氟醚橡胶、氧化镁加入密炼机中，在60℃下密炼25min。
第三步、然后将第二步得到的共混物与硫化剂、TAIC在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上在160℃、压力15MPa下经20min硫化，得到抗风沙冲蚀氟醚橡胶保护层材料。
实施例3
一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的原料：按质量份数，氟醚橡胶100份，石墨烯8份，炭黑18份，碳纳米管阵列3份，乙烯基三甲氧基硅烷3.5份，氧化镁5份，硫化剂双二五2份、TAIC 3份。
第一步、将石墨烯、炭黑与碳纳米管放入行星式球磨机中，公转转速为300r/min，自转转速为500r/min，研磨2h，然后将配好的乙烯基三甲氧基硅烷3.5份，乙醇溶液填加到球磨机中，关掉冷却循环水继续研磨1h，干燥。
第二步、将第一步得到的混合物进行5min等离子处理，然后将粉料和氟醚橡胶、氧化镁加入密炼机中，在60℃下密炼25min。
第三步、然后将第二步得到的共混物与硫化剂、TAIC在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上在160℃、压力15MPa下经20min硫化，得到抗风沙冲蚀氟醚橡胶保护层材料。
对比例1
一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的原料：按质量份数，氟醚橡胶100份，石墨烯10份，炭黑20份，碳纳米管阵列0份，乙烯基三甲氧基硅烷3.5份，氧化镁5份，硫化剂双二五2份、TAIC 3份。
第一步、将石墨烯、炭黑放入行星式球磨机中，公转转速为200r/min，自转转速为500r/min，研磨2h，然后将配好的乙烯基三甲氧基硅烷乙醇溶液填加到球磨机中，关掉冷却循环水继续研磨1h，干燥。
第二步、将第一步得到的混合物进行5min等离子处理，然后将粉料和氟醚橡胶加入密炼机中，在60℃下密炼20min。
第三步、然后将共混物与硫化剂在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上在160℃、压力15MPa下经20min硫化。
对比例2
一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的原料：按质量份数，氟醚橡胶100份，石墨烯0份，炭黑15份，碳纳米管阵列15份，乙烯基三甲氧基硅烷3.5份，氧化镁5份，硫化剂双二五2份、TAIC 3份。
第一步、将炭黑与碳纳米管放入行星式球磨机中，公转转速为350r/min，自转转速为550r/min，研磨1.5h，然后将配好的乙烯基三甲氧基硅烷乙醇溶液填加到球磨机中，关掉冷却循环水继续研磨1h，干燥。
第二步、将第一步得到的混合物进行5min等离子处理，然后将粉料和氟醚橡胶加入密炼机中，在60℃下密炼20min。
第三步、然后将共混物与硫化剂在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上在160℃、压力15MPa下经20min硫化。
对比例3
一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的原料：按质量份数，氟醚橡胶100份，石墨烯0份，炭黑30份，碳纳米管阵列0份，乙烯基三甲氧基硅烷3.5份，氧化镁5份，硫化剂双二五2份、TAIC 3份。
第一步、将炭黑放入行星式球磨机中，公转转速为300r/min，自转转速为600r/min，研磨0.5h，然后将配好的乙烯基三甲氧基硅烷乙醇溶液填加到球磨机中，关掉冷却循环水继续研磨1h，干燥。
第二步、将第一步得到的混合物进行5min等离子处理，然后将粉料和氟醚橡胶加入密炼机中，在60℃下密炼20min。
第三步、然后将共混物与硫化剂在两辊炼胶机上混炼均匀，在平板硫化机上在160℃、压力15MPa下经20min硫化。
对比例4
其与实施例1的区别仅在于省去了等离子处理步骤。
性能测试
抗风沙冲蚀试验：将上述实施例的抗风沙冲蚀的保护层，用压缩空气180°将石英砂吹向保护层，所用石英砂粒径在40目～100目之间，时间为60min，抗冲蚀损耗率≤3‰/h。
表1实施例与对比例的性能对比
注：表中的树脂指聚氨酯树脂。
表1数据显示：本发明采用石墨烯/炭黑/碳纳米管阵列改性复配体系-氟醚橡胶复合材料大幅降低了冲蚀损耗，提高了抗冲蚀能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其特征在于，其主要由以下原料混炼、硫化而成：
按重量份数计，氟醚橡胶100份，石墨烯2～8份，炭黑10～20份，碳纳米管3～15份，偶联剂2～6份，吸酸剂3～7份，硫化剂2～5份，助交联剂2～7份。
2.根据权利要求1所述的抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其特征在于，所述石墨烯为多层石墨烯，层数为2～50层，直径1～10μm；
和/或，所述炭黑为热裂解法炭黑；
和/或，所述碳纳米管为碳纳米管阵列。
3.根据权利要求1或2所述的抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1或2所述的抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其特征在于，所述吸酸剂为氧化镁、氧化锌中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其特征在于，所述助交联剂为三聚氰酸三烯丙酯TAIC。
6.根据权利要求1或2所述的抗风沙冲蚀橡胶保护层材料，其特征在于，按重量份数计，氟醚橡胶100份，石墨烯4～7份，炭黑10～15份，碳纳米管8～12份，偶联剂3～5份，吸酸剂4～6份，硫化剂2～4份，助交联剂2～5份。
7.权利要求1-6任一项所述的抗风沙冲蚀橡胶保护层材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤A：将石墨烯、炭黑与碳纳米管和偶联剂混合球磨，得到粉体混合物；
步骤B：将所述粉体混合物进行等离子处理，之后与氟醚橡胶、吸酸剂混合密炼，得到密炼共混物；
步骤C：将密炼共混物与硫化剂和助交联剂混合进行混炼、硫化。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述等离子处理条件：氩气和氧气2:1，输出功率200～300W，处理时间5～10min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混合球磨采用如下过程：
先将石墨烯、炭黑与碳纳米管干法球磨，然后与偶联剂的乙醇溶液混合进行湿法球磨，之后干燥。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B中密炼条件为：60～80℃下密炼10～30min。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2005040068A1 (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-06 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd. | カーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法 |
| CN107793678A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-03-13 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种含石墨烯的抗冲蚀氟橡胶纳米复合材料及制备方法 |
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