一种石墨烯—硅橡胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯—硅橡胶复合材料及其制备方法，由下述组分经过混炼、热压和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、38－42重量份白炭黑、10－15重量份六甲基二硅氮烷、1-3重量份石墨烯、0.7－1重量份2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷、2.5－3重量份乙烯基硅油。本发明专利技术首先制备石墨烯，然后将其作为添加剂与硅橡胶基体复合，有效地提高硅橡胶复合材料的热氧稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，由下述组分经过混炼、热压和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、38－42重量份白炭黑、10－15重量份六甲基二硅氮烷、1-3重量份石墨烯、0.7－1重量份2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷、2.5－3重量份乙烯基硅油。本专利技术首先制备石墨烯，然后将其作为添加剂与硅橡胶基体复合，有效地提高硅橡胶复合材料的热氧稳定性。【专利说明】一种石墨烯一娃橡胶复合材料及其制备方法
本专利技术属于橡胶材料领域，更加具体地说，涉及到一种石墨烯一硅橡胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
娃橡胶(Silicone Rubber, SR)作为高性能合成橡胶中的重要一员，在现代高新技术、航空航天等高科技领域有着不可替代的地位。硅橡胶是以S1-O键单元为主链，以有机基为侧链的聚合物。它 与以C-C键单元为主链的聚合物在结构和性能上明显不同，是典型的半无机半有机聚合物，既具有无机高分子的耐热性，又具有有机高分子的柔顺性。硅橡胶与其他高分子橡胶相比最为显著的特征在于其优异的热稳定性，被广泛用作高温环境下的弹性材料，在航空航天、轻工、化工、纺织、机械、农业、交通运输、医疗卫生等领域得到大量的应用。但是随着我国航空航天以及国防军事事业的不断发展，对于材料的要求越来越高，特别是对于一些能够应用于更高温度的弹性材料的需求日益增长，因此进一步提升硅橡胶的热氧稳定性是有必要的。硅橡胶的降解主要包括侧基的氧化、断裂以及主链的成环降解，提高硅橡胶热氧稳定性的途径主要有改变硅橡胶主链和侧链的结构、改变硅橡胶的交联方式以及加入耐热添加剂等，其中又以添加耐热添加剂为最简便有效的方法。
技术实现思路
本专利技术的技术目的在于克服现有技术的不足，为了进一步提高硅橡胶复合材料的热氧稳定性，本专利技术首先制备石墨烯，然后将其作为添加剂与硅橡胶基体复合，提高硅橡胶复合材料的热氧稳定性，主要考察硅橡胶复合材料在一定温度下老化一定时间后力学性能的变化来衡量其热氧稳定性。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现:一种石墨烯一硅橡胶复合材料，由下述组分经过混炼、热压和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、38 - 42重量份白炭黑、10 - 15重量份六甲基二硅氮烷、1_3重量份石墨稀、0.7 一 I重量份2, 5_ 二甲基-2, 5_ 二叔丁基过氧化己烧、2.5 一 3重量份乙烯基硅油。各个组分优选:100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、40 - 42重量份白炭黑、10 —12重量份六甲基二娃氮烧、2_3重量份石墨烯、0.7 — 0.8重量份2, 5- 二甲基-2, 5- 二叔丁基过氧化己烷、2.5-2.7重量份乙烯基硅油。一种石墨烯一娃橡胶复合材料的制备方法，按照下述步骤进行:步骤1，将100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶在30— 50°C的双辊混炼机上混炼I~IOmin,使甲基乙烯基娃橡胶生胶均匀粘棍；步骤2，按顺序依次加入38 - 42重量份白炭黑、10 — 15重量份六甲基二硅氮烷和2.5 — 3重量份乙烯基硅油，混炼10~15min，将胶料混炼均匀；步骤3，向步骤2混炼均匀的胶料中加入1-3重量份石墨烯，混炼5~IOmin以均匀；步骤4，向步骤3混炼均匀的胶料中加入0.7 — I重量份2，5- 二甲基_2，5_ 二叔丁基过氧化己烷，混炼10 - 15min后打卷下片；步骤5，将经过步骤4混炼均匀的胶料装入模具，在温度160~200°C，压力5~12MPa的条件下热压5~15min硫化成型，冷却后得到硫化胶片；步骤6，将步骤5得到的硫化胶片置于190~220°C环境下3~5h ;然后自然降温到室温20~25°C。所述步骤5中，将混炼胶装入模具，在温度185~195°C，压力8~IOMPa的条件下热压10~15min硫化成型，冷却后得到硫化胶片。所述步骤6中，将硫化胶片置于200~220°C环境下3~5h ;然后自然降温到室温，即得硅橡胶复合材料。在本专利技术中使用的石墨烯可参考如下过程进行制备:称取3g石墨粉体、1.5g硝酸钠一起加入到90ml浓硫酸中，在冰浴条件下搅拌均匀。取12gKMn04缓慢加入，保持温度不超过20度，在冰浴下搅拌2小时；然后将体系转移到室温，搅拌3小时；之后缓慢滴加150ml蒸馏水，体系温度急剧升高，转移到98度条件下搅拌lOmin，加入500ml蒸馏水，逐滴加入15mlH202，室温搅拌2小时后沉淀，用3wt%H2S04/0.5wt%H202混合液洗7次，再用3wt%和0.6wt%的HCl溶液洗3次，最后用去离子水洗至中性，过滤，烘箱中干燥72小时得到氧化石墨烯。氧化石墨烯在管式马弗炉(NBD-01200-80IC，河南诺巴迪材料技术有限公司)中，在IS气 保护下，1050度处理3min,随后退火至室温，即得到石墨烯(Haiqing Hu, LiZhao,Jiaqiang Liu,etac.Enhanced dispersion of carbonnanotube in silicone rubberassisted by graphene.Polymer, 2012, 53:3378-3385)0用激光显微拉曼光谱仪(DXR Microscope,美国热电公司)、X射线衍射仪(DMAX-RC，Rigaku)、场发射透射电子显微镜(Tecnai G2 F20，Philips)测得石墨烯的Raman谱图、XRD谱图和TEM表征分别见图1，图2，图3和图4。图1中石墨烯D峰为缺陷峰，反映石墨烯片层的无序性，强度较高从侧面表明石墨氧化较完全，制备的氧化石墨烯较好；G峰为碳SP2结构的特征峰，反映其对称性和结晶程度，石墨片层结构越发达，此峰越强；而D峰与G峰的比值:R=ID/Ie=l.39,表明石墨烯结晶较完善，即还原程度好。结合图2石墨烯与氧化石墨烯XRD谱图对比，氧化石墨烯被还原制得石墨烯。图3和4中，石墨烯片层大小为3-4微米，层数接近单片层。由测试表格可以看出，加入石墨烯的硅橡胶老化前的拉伸强度明显高于空白试样，随着石墨烯添加量的增加，拉伸强度逐渐提升，当加入到3质量份时，拉伸强度提升超过67%，这说明石墨烯对硅橡胶具有很好补强效果。同时，我们也可以对比老化后样品拉伸强度的变化，空白试样老化后无法测出拉伸强度，而石墨烯的加入使老化后的拉伸强度有非常明显的提升，以加入3质量份石墨烯为例，老化后的拉伸强度达到4.67MP，几乎与老化前空白样品拉伸强度持平，说明石墨烯的加入也可以提升硅橡胶材料的耐热氧老化性能。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术制备的石墨烯的Raman谱图。图2为本专利技术制备的石墨烯的XRD谱图。图3为本专利技术制备的石墨烯的TEM照片(I)。图4为本专利技术制备的石墨烯的TEM照片(2)。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。甲基乙烯基硅橡胶生胶，平均分子量5.0X IO5~7.0X 105，晨光化工研究院；双辊混炼机，SR-160B，广东湛江机械厂；白炭黑，AS-380，沈阳化工厂；六甲基二硅氮烷，杭州硅宝化工有限公司；乙烯基硅油，宁波昌泰科贸公司；2，5_ 二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷，宁波昌泰科贸公司；选择混炼胶装入120X 120X 2mm3模具；电热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯—硅橡胶复合材料，其特征在于，由下述组分经过混炼、热压和硫化成型制成，100重量份甲基乙烯基硅橡胶生胶、38－42重量份白炭黑、10－15重量份六甲基二硅氮烷、1‑3重量份石墨烯、0.7－1重量份2，5‑二甲基‑2，5‑二叔丁基过氧化己烷、2.5－3重量份乙烯基硅油。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊萍，蔡海，方新，邱兴娜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12