CN115584066B - 一种硫化速度快耐磨丁腈材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫化速度快耐磨丁腈材料,其原料按重量份包括:丁腈橡胶100份、炭黑40‑50份、改性碳纤维10‑15份、硫化剂1.2‑2.5份、促进剂0.5‑1份、氧化锌3‑5份、硬脂酸1‑2份;在改性碳纤维的制备过程中,将接枝有氨基的碳纤维与酸性的氧化石墨烯水分散混匀,静置进行静电组装,固液分离,洗涤得到中间纤维;将中间纤维与酸性的Si69乙醇水溶液混匀,搅拌反应,固液分离得到改性碳纤维。本发明还公开了上述了硫化速度快耐磨丁腈材料的制备方法。本发明硫化速度快,耐磨性好,机械性能好。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域,尤其涉及一种硫化速度快耐磨丁腈材料及其制备方法。
背景技术
丁腈橡胶(NBR)是交通运输、石油化工、煤矿、复印等领域里不可或缺的高聚物材料,被广泛运用于制作胶管、耐磨密封件等。丁腈橡胶需经硫化后才能使用。目前丁腈橡胶普遍存在硫化速率低、交联密度不高的问题;硫化速率低导致产能损耗较大,生产耗时的问题;交联密度不高,会降低橡胶的机械性能和耐磨性能。对于一些要求较高的耐磨密封产品来说,现有丁腈橡胶的机械性能和耐磨性能仍需提高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种耐磨丁腈橡胶材料及其制备方法,本发明硫化速度快,耐磨性好,机械性能好。
本发明提出了一种硫化速度快耐磨丁腈材料,其原料按重量份包括:丁腈橡胶100份、炭黑40-50份、改性碳纤维10-15份、硫化剂1.2-2.5份、促进剂0.5-1份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-2份;
在改性碳纤维的制备过程中,将接枝有氨基的碳纤维与酸性的氧化石墨烯水分散混匀,静置进行静电组装,固液分离,洗涤得到中间纤维;将中间纤维与酸性的Si69乙醇水溶液混匀,搅拌反应,固液分离得到改性碳纤维。
优选地,接枝有氨基的碳纤维为含有氨基的硅烷偶联剂改性碳纤维。
上述含有氨基的硅烷偶联剂可以为:3-三乙氧基硅基丙基胺、3-三甲氧基硅基丙基胺、N-[3-(三乙氧基硅基)丙基]乙二胺等。
优选地,氧化石墨烯水分散、Si69乙醇水溶液的pH均为3-4。
优选地,氧化石墨烯水分散中,氧化石墨烯的浓度为10-20mg/ml。
优选地,Si69乙醇水溶液中,Si69的质量分数为10-20mg/ml。
不规定接枝有氨基的碳纤维与氧化石墨烯水分散的用量,能完全浸没碳纤维即可;不规定中间纤维与Si69乙醇水溶液能完全浸没中间纤维即可。
优选地,静置40-60min进行静电组装。
优选地,于室温搅拌反应6-8h。
优选地,炭黑由炭黑N234和乙炔黑组成。
优选地,炭黑N234和乙炔黑的重量比为3-4:1。
优选地,硫化剂为硫磺,促进剂为促进剂TMTD。
上述硫化速度快耐磨丁腈材料的原料还可以含有阻燃剂、抗氧剂、抗老化剂、相容剂等。
本发明还提出了上述硫化速度快耐磨丁腈材料的制备方法,包括如下步骤:取丁腈橡胶、炭黑、改性碳纤维、氧化锌、硬脂酸混炼,然后加入硫化剂、促进剂混匀,硫化得到硫化速度快耐磨丁腈材料。
有益效果:
1、在酸性条件下,接枝有氨基的碳纤维与氧化石墨烯可以静电组装,在碳纤维表面形成网状氧化石墨烯层,然后再用Si69进行接枝改性;提高碳纤维在橡胶中的分散性和二者的界面结合力,提高橡胶复合材料的机械性能,并能抑制裂纹的产生和扩展,提高耐磨性;
2、氧化石墨烯具有界面自润滑性能,可以进一步提高复合材料的耐磨性能;且碳纤维和氧化石墨烯层相互配合,可以提高导热性能,可以将摩擦产生的热量传导出去,进一步减少摩擦损耗;
3、改性碳纤维中的Si69含有四硫键可与硫磺、促进剂TMTD配合,提高硫化速率和交联密度,碳纤维和氧化石墨烯层的导热性也可以进一步提高硫化速率和交联密度,从而进一步提高耐磨性;
4、选用炭黑N234和乙炔黑以适宜比例相互配合,可以提高橡胶材料的硬度,进而提高耐磨性;且炭黑N234、乙炔黑与改性碳纤维相互配合,可以进一步提高的导热性,将摩擦产生的热量传导出去,进一步减少摩擦损耗。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明,但是应该明确提出这些实施例用于举例说明,但是不解释为限制本发明的范围。
实施例1
一种硫化速度快耐磨丁腈材料,其原料按重量份包括:丁腈橡胶100g、炭黑N23430g、乙炔黑10g、改性碳纤维15g、硫磺1.2g、促进剂TMTD 1g、氧化锌3g、硬脂酸2g;
在改性碳纤维的制备过程中,将3-三乙氧基硅基丙基胺改性碳纤维与pH=3、浓度为10mg/ml的氧化石墨烯水分散混匀,静置60min进行静电组装,过滤,用水洗涤滤饼得到中间纤维;将中间纤维与pH=3、浓度为10mg/ml的Si69乙醇水溶液(乙醇和水的体积比为95:5)混匀,于室温搅拌反应8h,过滤,用水洗涤滤饼,60℃烘干得到改性碳纤维。
上述硫化速度快耐磨丁腈材料的制备方法,包括如下步骤:取丁腈橡胶、炭黑N234、乙炔黑、改性碳纤维、氧化锌、硬脂酸混炼,然后加入硫磺、促进剂TMTD混匀,于140-150℃、9-10Mpa硫化得到硫化速度快耐磨丁腈材料。
实施例2
一种硫化速度快耐磨丁腈材料,其原料按重量份包括:丁腈橡胶100g、炭黑N23440g、乙炔黑10g、改性碳纤维10g、硫磺2.5g、促进剂TMTD 0.5g、氧化锌5g、硬脂酸1g;
在改性碳纤维的制备过程中,将3-三乙氧基硅基丙基胺改性碳纤维与pH=4、浓度为20mg/ml的氧化石墨烯水分散混匀,静置40min进行静电组装,过滤,用水洗涤滤饼得到中间纤维;将中间纤维与pH=4、浓度为20mg/ml的Si69乙醇水溶液(乙醇和水的体积比为95:5)混匀,于室温搅拌反应6h,过滤,用水洗涤滤饼,60℃烘干得到改性碳纤维。
上述硫化速度快耐磨丁腈材料的制备方法,包括如下步骤:取丁腈橡胶、炭黑N234、乙炔黑、改性碳纤维、氧化锌、硬脂酸混炼,然后加入硫磺、促进剂TMTD混匀,于140-150℃、9-10Mpa硫化得到硫化速度快耐磨丁腈材料。
实施例3
一种硫化速度快耐磨丁腈材料,其原料按重量份包括:丁腈橡胶100g、炭黑N23435g、乙炔黑10g、改性碳纤维12g、硫磺2g、促进剂TMTD 0.8g、氧化锌4g、硬脂酸1.5g;
在改性碳纤维的制备过程中,将3-三乙氧基硅基丙基胺改性碳纤维与pH=3.5、浓度为15mg/ml的氧化石墨烯水分散混匀,静置50min进行静电组装,过滤,用水洗涤滤饼得到中间纤维;将中间纤维与pH=3.5、浓度为15mg/ml的Si69乙醇水溶液(乙醇和水的体积比为95:5)混匀,于室温搅拌反应7h,过滤,用水洗涤滤饼,60℃烘干得到改性碳纤维。
上述硫化速度快耐磨丁腈材料的制备方法,包括如下步骤:取丁腈橡胶、炭黑N234、乙炔黑、改性碳纤维、氧化锌、硬脂酸混炼,然后加入硫磺、促进剂TMTD混匀,于140-150℃、9-10Mpa硫化得到硫化速度快耐磨丁腈材料。
对比例1
不含改性碳纤维,其他同实施例3。
对比例2
在改性碳纤维的制备过程中,中间纤维不与Si69乙醇水溶液反应,用中间纤维代替改性碳纤维,其他同实施例3。
对比例3
将改性碳纤维替换成碳纤维,其他同实施例3。
对比例4
将“炭黑N234 35g、乙炔黑10g”替换成“炭黑N330”,其他同实施例3。
对比例5
将硫磺替换成过氧化二异丙苯,其他同实施例3。
对实施例1-3、对比例1-5制得的橡胶样品进行性能检测,结果如表1所示。
拉伸强度按照GB/T 528-2009检测;撕裂强度按照GB/T 529-2008检测;磨耗按照GB/T 9867-2008检测;按照GB/T1233-2008,设置测试压力为10MPa,角度为±0.5°。
表1检测结果
由表1可以看出本发明硫化时间短,交联密度高,且耐磨性和机械性能良好。
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,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种硫化速度快耐磨丁腈材料,其特征在于,其原料按重量份包括:丁腈橡胶100份、炭黑40-50份、改性碳纤维10-15份、硫化剂1.2-2.5份、促进剂0.5-1份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-2份;
在改性碳纤维的制备过程中,将接枝有氨基的碳纤维与酸性的氧化石墨烯水分散混匀,静置进行静电组装,固液分离,洗涤得到中间纤维;将中间纤维与酸性的Si69乙醇水溶液混匀,搅拌反应,固液分离得到改性碳纤维;
氧化石墨烯水分散、Si69乙醇水溶液的pH均为3-4;
硫化剂为硫磺,促进剂为促进剂TMTD;
接枝有氨基的碳纤维为含有氨基的硅烷偶联剂改性碳纤维;
氧化石墨烯水分散中,氧化石墨烯的浓度为10-20mg/ml;
Si69乙醇水溶液中,Si69的质量分数为10-20mg/ml;
静置40-60min进行静电组装;于室温搅拌反应6-8h。
2.根据权利要求1所述硫化速度快耐磨丁腈材料,其特征在于,炭黑由炭黑N234和乙炔黑组成。
3.根据权利要求2所述硫化速度快耐磨丁腈材料,其特征在于,炭黑N234和乙炔黑的重量比为3-4:1。
4.根据权利要求1-3任一项所述硫化速度快耐磨丁腈材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:取丁腈橡胶、炭黑、改性碳纤维、氧化锌、硬脂酸混炼,然后加入硫化剂、促进剂混匀,硫化得到硫化速度快耐磨丁腈材料。
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2022
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