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Abstract

本发明涉及一种碳纳米管改性氢化丁腈橡胶及其制备方法，属于橡胶类聚合物复合材料制备技术领域。通过将表面处理后的碳纳米管与一种液体橡胶通过超声波混合均匀，然后加入部分氢化丁腈橡胶中制得母炼胶，在母炼胶中加入余下的氢化丁腈橡胶、碳黑、氧化锌、硫化剂，用开炼机或者密炼机对上述混合物进行加工，得到以碳纳米管改性的氢化丁腈橡胶混炼胶，通过硫化加工，即可得到本发明的改性氢化丁腈橡胶。本发明的有益效果在于通过在胶料中渗入纳米材料使氢化丁腈橡胶的耐热抗磨性能、机械强度及抗老化等综合性能得到明显的改善和提高，从而提高氢化丁腈橡胶的使用性能，扩大氢化丁腈橡胶的使用范围。

Description

一种改性氢化丁腈橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管改性氢化丁腈橡胶及其制备方法，属于橡胶类聚合物复合材料制备技术领域。
背景技术
氢化丁腈橡胶由于兼备有耐热、耐油、耐磨和机械强度高等诸多均衡而优良的性能，因而在汽车、机械、石油钻头等许多行业得到广泛的应用。但随着科技的发展和设备性能的提高，对作为功能配件的橡胶密封件的耐热、耐磨等性能的要求越来越高。现有的氢化丁腈橡胶制作的橡胶件已经难以满足某些场合对其耐磨、耐热性能的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种改性氢化丁腈橡胶及其制备方法，该改性氢化丁腈橡胶的耐热、耐磨性能及机械强度可得到有效的改进和提高。
本发明改性氢化丁腈橡胶的技术方案为：包含有氢化丁腈橡胶、碳纳米管、硫化剂、氧化锌、碳黑及减磨剂，各组分含量按重量计为：
氢化丁腈橡胶  100份            碳纳米管   0.5-15份
硫化剂        2-10份           氧化锌     2-8份
碳黑          40-80份          减磨剂     0-25份。
按上述方案，所述的氢化丁腈橡可采用一种牌号氢化丁腈橡胶，或两种及两种以上牌号的共混氢化丁腈橡胶；碳纳米管为20-40nm管径的多壁碳纳米管，碳纳米管经表面处理，表面处理包括盐酸、硝酸处理、活性剂处理或超声波处理。所述的氧化锌为纳米氧化锌或活性氧化锌；所述的硫化剂为过氧化硫物硫化剂，可为氧化二异丙苯(DCP)；所述的减磨剂为石墨、云母、二硫化钼中的一种或多种；上述组份中按重量计可加入防老化剂0.5-5份。
本发明制备方法的技术方案为：先对碳纳米管进行表面处理，将表面处理后的碳纳米管与一种液体橡胶通过超声波混合均匀，然后加入部分氢化丁腈橡胶(生胶)中制得母炼胶，在母炼胶中加入余下的氢化丁腈橡胶(生胶)、碳黑、氧化锌、硫化剂，用开炼机或者密炼机对上述混合物进行加工，得到以碳纳米管改性的氢化丁腈橡胶混炼胶，通过硫化加工，即可得到本发明的改性氢化丁腈橡胶。在改性氢化丁腈橡胶中加入减磨剂，可降低橡胶摩擦系数。
上述制备方法中所述的液体橡胶为液体丁腈橡胶或液体羧基丁腈橡胶或液体氢化丁腈橡胶；在制作母炼胶时碳纳米管与液体橡胶的混合比例按重量计为1∶10～10∶10。在制作母炼胶时碳纳米管和液体橡胶的混合物与氢化丁腈橡胶(生胶)的混合比例按重量计为6～9∶10。
本发明的主要特点在于碳纳米管材料的采用，碳纳米管通过纳米效应和碳纳米管微纤维增强可以明显改善氢化丁腈橡胶的拉伸强度和拉伸伸长率。碳纳米管本身属于一种耐高温材料加入橡胶中以后，由于碳纳米管良好的导热性能，可将橡胶中局部热量迅速传导均匀，避免局部高温损坏，从而起到提高橡胶耐高温的作用。
本发明的有益效果在于通过在胶料中渗入纳米材料使氢化丁腈橡胶的耐热抗磨性能、机械强度及抗老化等综合性能得到明显的改善和提高，从而提高氢化丁腈橡胶的使用性能，扩大氢化丁腈橡胶的使用范围。特别是在橡胶密封制品中，这种复合材料橡胶在使用寿命、密封性能、适宜工况等方面都具有明显的优越性。实验证明，在橡胶中碳纳米管含量为4～8％时，得到最佳改进综合效果，该复合材料的拉伸强度超过27Mpa，拉伸伸长率超过300％，与未改性的氢化丁腈橡胶相比，拉伸强度、拉伸伸长率、耐磨性等综合性能提高15％，耐热等级温度提高10～15℃。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1：
制取碳纳米管改性氢化丁腈橡胶胶料。选用管径为20-40nm的碳纳米管，用表面活性剂(如十二烷基磺酸钠)进行分散处理，然后在容器中依次加入50份液体橡胶、40份碳纳米管，在超声波仪器上进行超声皮分散处理，然后将该混合物与氢化丁腈橡胶按9∶10的重量比例在开炼机上混合均匀，制成添加碳纳米管的母炼胶。选用Therban 3850牌号的氢化丁腈作为配方用生胶。
依次称取38份母炼胶、80份生胶、3.8份氧化二异丙苯(DCP)、5份纳米氧化锌、55份碳黑、17份石墨，1.5份防老化剂RD(2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉多聚体)在开炼机上混炼均匀。将炼好的胶料隔夜停放，在180℃条件下硫化5分钟，然后在150℃下进行3小时的二段硫化。即可得到用碳纳米管改性的氢化丁腈橡胶，用该氢化丁腈橡胶可制造低摩擦系数密封圈，该密封圈胶料的阿克隆磨耗值≤0.1cm3/1.61km，耐热等级≥165℃，扯断强度≥27Mpa，扯断伸长率≥280％，摩擦系数下降20％，材料综合性能在未改性橡胶基础上提高20％以上。
实施例2：
制取碳纳米管改性氢化丁腈橡胶胶料。选用管径为20-40nm的碳纳米管，用表面活性剂(如十二烷基磺酸钠)进行分散处理，然后在容器中依次加入50份液体橡胶、30份碳纳米管，在超声波仪器上进行超声波分散处理，然后将该混合物与氢化丁腈橡胶按8∶10的重量比例在开炼机上混合均匀，制成添加碳纳米管的母炼胶。选用Therban 3850牌号的氢化丁腈作为配方用生胶。
依次称取36份母炼胶、80份生胶、3.5份氧化二异丙苯(DCP)、5份纳米氧化锌、72份碳黑，在开炼机上混炼均匀。将炼好的胶料隔夜停放，在180℃条件下硫化5分钟，然后在150℃下进行3小时的二段硫化。即可得到用碳纳米管改性的氢化丁腈橡胶，用该氢化丁腈橡胶可制造高弹性密封圈，该密封圈胶料的耐热等级≥165℃，扯断强度≥27Mpa，扯断伸长率≥300％，回弹率≥20％，材料综合性能在未改性橡胶基础上提高20％以上。

Claims (11)

1、一种改性氢化丁腈橡胶，其特征在于包含有氢化丁腈橡胶、碳纳米管、硫化剂、氧化锌、碳黑及减磨剂，各组分含量按重量计为：
氢化丁腈橡胶  100份      碳纳米管  0.5-15份
硫化剂        2-10份     氧化锌    2-8份
碳黑          40-80份    减磨剂    0-25份。
2、按权利要求1所述的改性氢化丁腈橡胶，其特征在于所述的氢化丁腈橡可采用一种牌号氢化丁腈橡胶，或两种及两种以上牌号的共混氢化丁腈橡胶。
3、按权利要求1或2所述的改性氢化丁腈橡胶，其特征在于碳纳米管为20-40nm管径的多壁碳纳米管。
4、按权利要求3所述的改性氢化丁腈橡胶，其特征在于碳纳米管经表面处理，表面处理包括盐酸、硝酸处理、活性剂处理或超声波处理。
5、按权利要求1或2所述的改性氢化丁腈橡胶，其特征在于所述的氧化锌为纳米氧化锌或活性氧化锌。
6、按权利要求1或2所述的改性氢化丁腈橡胶，其特征在于上述组份中按重量计加入防老化剂0.5-5份。
7、按权利要求1或2所述的改性氢化丁腈橡胶，其特征在于所述的减磨剂为石墨、云母、二硫化钼中的一种或多种。
8、一种改性氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于先对碳纳米管进行表面处理，将表面处理后的碳纳米管与一种液体橡胶通过超声波混合均匀，然后加入部分氢化丁腈橡胶中制得母炼胶，在母炼胶中加入余下的氢化丁腈橡胶、碳黑、氧化锌、硫化剂，用开炼机或者密炼机对上述混合物进行加工，得到以碳纳米管改性的氢化丁腈橡胶混炼胶，通过硫化加工，即可得到本发明的改性氢化丁腈橡胶；所述氢化丁腈橡胶、碳纳米管、硫化剂、氧化锌、碳黑的含量按重量计为：
氢化丁腈橡胶  100份     碳纳米管  0.5-15份
硫化剂        2-10份    氧化锌    2-8份
碳黑        40-80份。
9、按权利要求8所述的改性氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于所述的液体橡胶为液体丁腈橡胶或液体羧基丁腈橡胶或液体氢化丁腈橡胶。
10、按权利要求8或9所述的改性氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于在制作母炼胶时碳纳米管与液体橡胶的混合比例按重量计为1∶10～10∶10。
11、按权利要求8或9所述的改性氢化丁腈橡胶的制备方法，其特征在于在制作母炼胶时碳纳米管和液体橡胶的混合物与氢化丁腈橡胶的混合比例按重量计为6～9∶10。
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