本发明专利技术涉及磁性弹性体复合材料，具体为Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料及制备方法，解决现有材料中磁性粒子分散不均匀，磁性粒子易聚集，结构性能不稳定，力学性能差的问题，方案为：1）化学共沉淀法制备Fe3O4水基磁性液体；2）改进的Hummers法制备氧化石墨，再制备GO悬浮液；3）制备稳定剂、硫化剂、促进剂分散体；4）乳液共混法制备Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料。优点是：a、硫化温度低，制备工艺简单，提高了磁性粒子、GO的分散性，克服了易团聚的问题，结构稳定；b、氧化石墨烯作为反应性增强体，提高机械力学性能，稳定磁性粒子，防止沉降与团聚，提高机械力学性能与磁性能；c、低浓度下可显示出优异的弹性力学性能、磁性能、耐热性能和耐溶剂性。
【技术实现步骤摘要】
Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料及制备方法
本专利技术涉及磁性弹性体复合材料及制备方法，具体为Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料及制备方法。
技术介绍
Fe3O4/天然橡胶（NR）磁性弹性体复合材料由于在外磁场作用下具有可控的磁致模量、磁致电阻、磁致伸缩、磁致阻尼及磁学性能，因而在减震、降噪领域的轴衬、自调谐式吸振器、隔振器、悬挂系统，磁密封装置等领域具有广泛的应用。制备Fe3O4/NR磁性弹性体复合材料传统的方法主要是将天然橡胶生胶、Fe3O4磁粉以及其它加工助剂通过机械共混方法制备成型。但是，此种制备方法导致磁性粒子在天然橡胶基体中的分散不均匀，且在固化成型过程中磁性粒子容易聚集，导致磁性弹性体复合材料的结构和性能不稳定，尤其是力学性能下降，大大限制了该类材料的应用范围。因此，设计一种磁性粒子分散均匀、不容易聚集，性能结构稳定，力学性能好的Fe3O4/NR磁性弹性体复合材料及制备方法是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术解决现有的Fe3O4/NR材料中磁性粒子分散不均匀，磁性粒子容易聚集，结构性能不稳定，力学性能差的问题，提供一种Fe3O4@GO/NR（Fe3O4@氧化石墨烯/天然橡胶）磁性弹性体复合材料及制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料制备方法，包括以下步骤：1）、制备稳定Fe3O4水基磁性液体将3.6gFeCl2·4H2O和6.1gFeCl3·6H2O溶解于90mL去离子水中，50℃下搅拌均匀后，在500r/min搅拌下，滴加90mL浓度为1.34mol/L的NaOH水溶液，滴加完毕后反应90min停止，冷却至室温，将所得溶液磁分离得到黑色沉淀，除去上层清液，再用去离子水超声分散、磁分离，重复洗涤，直至上清液的pH呈中性。然后将黑色磁性粒子超声分散于一定体积的去离子水中，并以200r/min机械搅拌10min，直至形成浓度为0.02~0.167g/mL的稳定Fe3O4水基磁性液体；2）、制备完全剥离的GO（氧化石墨烯）悬浮液在冰浴条件下，将2.0g天然鳞片石墨和2.0g硝酸钠加入到46mL的浓硫酸中，以600r/min机械搅拌30min；将6.0g高锰酸钾加入到上述混合液中，以600r/min机械搅拌60min。将上述混合液转移到45℃水浴中，以400r/min机械搅拌4h后，将80mL去离子水加入到混合液中，然后将其转移到95℃的油浴中；待混合溶液温度达到95℃时，先后加入200mL去离子水和16mL30%浓度的双氧水，当溶液由棕黄色变成金黄色时，停止反应；依次用2mol/LHCl溶液、去离子水和无水乙醇多次离心洗涤，直至溶液的pH呈中性后，将金黄色沉淀物置于烘箱内60℃烘干，即得氧化石墨；将一定量的氧化石墨加入到20mL去离子水中，在120W功率下，超声分散3~7h，形成完全剥离的浓度为0.5mg/ml~10mg/ml的GO悬浮液；3）、制备稳定剂、硫化剂、促进剂等配合剂分散体a）、分别称取一定量的KOH和平平加O（烷基聚氧乙烯醚），在50℃条件下溶于去离子水中，分别配制成20wt%的KOH水溶液和20wt%的平平加O水溶液；b）、在室温下将50g硫磺、20mL10wt%的酪素溶液、1.25mL浓度为11.5%的氨水、28.75mL去离子水及75mL玻璃砂子加入到容器中，以500r/min机械搅拌12h，然后通过筛子将玻璃砂子与第一分散剂悬浮液分离，得到50wt%的硫磺分散体；在室温下将50g氧化锌、20mL10wt%的酪素溶液和3gNF（甲撑二萘磺酸钠）、5mL浓度为20%的氨水、30mL去离子水及75mL玻璃砂子加入到500mL搪瓷杯中，以500r/min机械搅拌10h，然后通过筛子将玻璃砂子与第二分散剂悬浮液分离，得到40wt%的氧化锌分散体；在室温下将50g促进剂ZDC（二乙基二硫代氨基甲酸锌）、40mL10wt%酪素溶液和1.15gNF、28.85mL的去离子水及75mL的玻璃砂子混合盛入500mL的搪瓷杯中，并以500r/min机械搅拌12h，最后通过筛子将玻璃砂子与第三分散剂悬浮液分离，获得50wt%的促进剂ZDC分散体；4）、乳液共混法制备Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料a）、首先，用碱液调节水溶性天然胶乳的pH至8~14，并加入计量的20wt%的KOH水溶液、20wt%的平平加O水溶液，其中KOH与胶乳干基质量比为1：500~1000，平平加O与胶乳干基质量比为1：500~1000；b）、其次，将步骤1）和步骤2）中所述的一定体积的稳定Fe3O4水基磁性液体和所述的一定体积的完全剥离的GO悬浮液，在50℃和150~250r/min机械搅拌条件下加入到a）步骤制得的水溶性天然胶乳混合液中形成复合溶液；c）、向上述复合溶液中加入计量的硫磺分散体、ZnO分散体和促进剂ZDC分散体，原位硫化60~150min，形成预硫化磁性复合乳液，其中硫磺与胶乳干基质量比为1:50~150，氧化锌与胶乳干基质量比为1:100~300，促进剂ZDC与胶乳干基质量比为1:100~200；接着将该复合乳液在150~250r/min机械搅拌下超声处理30~180min后，倒入模具中，在20~80℃下干燥10~36h，获得结构均一的Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料，Fe3O4水基磁性液体、完全剥离的GO悬浮液、4）a）步骤制得的水溶性天然胶乳混合液的用量应保证制得的Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料中含天然橡胶84.9wt%，Fe3O410wt%，GO3wt%。采用本专利中化学共沉淀法制备Fe3O4水基磁性液体，使得Fe3O4磁性粒子的分散性更好，且不易团聚。采用本专利中Hummers法制备氧化石墨，然后再用制得的氧化石墨制备GO悬浮液，使得制得的GO悬浮液分散性更好。制备硫磺分散体、ZnO分散体和促进剂ZDC分散体分别作为硫化剂、稳定剂和促进剂，加入到后续混合溶液中。添加酪素溶液或一起添加酪素溶液与NF（甲撑二萘磺酸钠）作为分散剂。所用碱液可以是NaOH水溶液或KOH水溶液或NH3.H2O水溶液中的一种。所述的KOH与胶乳干基质量比为1：500~1000，平平加O与胶乳干基质量比为1：500~1000为添加定量的固定质量分数的KOH水溶液和平平加O水溶液中的溶质与胶乳干基的质量比，不包括碱液中包含的KOH。向天然胶乳中加入KOH水溶液、平平加O水溶液，以增强胶粒表面电荷、保护层、水合度，确保胶乳长时间稳定均匀。实验室检测得最终制得的Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料中含有KOH和平平加O和硫磺和ZnO和ZDC共计1.5~3.5wt%，其中含2.1wt%时其材料性能最优。具体实施时，所述碱液可以是NaOH水溶液或KOH水溶液或NH3.H2O水溶液中的一种。本专利技术与现有的Fe3O4/NR磁性弹性体复合材料及其制备方法相比具有以下优点：1、硫化温度低，制备工艺简单，且有效提高了磁性粒子、GO在橡胶基体中的分散性，克服了磁性粒子、GO在弹性体基体中易团聚的问题，获得了结构稳定的Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料；2、引入的氧化石墨烯不仅可作为反应性增强体，提高磁性弹性体复合材料的机械力学性能，还可以稳定磁性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料制备方法，其特征为：包括以下步骤：1）、制备稳定Fe3O4水基磁性液体 将3.6g FeCl2·4H2O和6.1g FeCl3·6H2O溶解于90mL去离子水中，50℃下搅拌均匀后，在500r/min搅拌下，滴加90mL浓度为1.34mol/L 的NaOH水溶液，滴加完毕后反应90min停止，冷却至室温，将所得溶液磁分离得到黑色沉淀，除去上层清液，再用去离子水超声分散、磁分离，重复洗涤，直至上清液的pH呈中性；然后将黑色磁性粒子超声分散于一定体积的去离子水中，并以200r/min机械搅拌10min，直至形成浓度为0.02~0.167g/mL的稳定Fe3O4水基磁性液体；2）、制备完全剥离的GO悬浮液 在冰浴条件下，将2.0g天然鳞片石墨和2.0g硝酸钠加入到46mL的浓硫酸中，以600r/min机械搅拌30min；将6.0g高锰酸钾加入到上述混合液中，以600r/min机械搅拌60min；将上述混合液转移到45℃水浴中，以400r/min机械搅拌4h后，将80mL去离子水加入到混合液中，然后将其转移到95℃的油浴中；待混合溶液温度达到95℃时，先后加入200mL去离子水和16mL 30%浓度的双氧水，当溶液由棕黄色变成金黄色时，停止反应；依次用2mol/L HCl溶液、去离子水和无水乙醇多次离心洗涤，直至溶液的pH呈中性后，将金黄色沉淀物置于烘箱内60℃烘干，即得氧化石墨；将一定量的氧化石墨加入到20mL去离子水中，在120W功率下，超声分散3~7h，形成完全剥离的浓度为0.5mg/ml~10mg/ml的GO悬浮液；3）、制备稳定剂、硫化剂、促进剂等配合剂分散体 a）、分别称取一定量的KOH和平平加O，在50℃条件下溶于去离子水中，分别配制成20wt%的KOH水溶液和20wt%的平平加O水溶液；b）、在室温下将50g硫磺、20mL 10wt%的酪素溶液、1.25mL 浓度为11.5%的氨水、28.75mL去离子水及75mL玻璃砂子加入到容器中，以500r/min机械搅拌12h，然后通过筛子将玻璃砂子与第一分散剂悬浮液分离，得到50wt%的硫磺分散体；在室温下将50g氧化锌、20mL 10wt%的酪素溶液和3gNF、5mL浓度为20%的氨水、30mL去离子水及75mL玻璃砂子加入到500mL搪瓷杯中，以500r/min机械搅拌10h，然后通过筛子将玻璃砂子与第二分散剂悬浮液分离，得到40wt%的氧化锌分散体；在室温下将50g促进剂ZDC、40mL 10wt%酪素溶液和1.15gNF、28.85mL的去离子水及75mL的玻璃砂子混合盛入500mL的搪瓷杯中，并以500r/min机械搅拌12h，最后通过筛子将玻璃砂子与第三分散剂悬浮液分离，获得50wt%的促进剂ZDC分散体；4）、乳液共混法制备Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料 a）、首先，用碱液调节水溶性天然胶乳的pH至8~14，并加入计量的20wt%的KOH水溶液、20wt%的平平加O水溶液，其中KOH与胶乳干基质量比为1：500~1000，平平加O与胶乳干基质量比为1：500~1000； b）、其次，将步骤1）和步骤2）中所述的一定体积的稳定Fe3O4水基磁性液体和所述的一定体积的完全剥离的GO悬浮液，在50℃和150~250r/min机械搅拌条件下加入到a）步骤制得的水溶性天然胶乳混合液中形成复合溶液；c）、向上述复合溶液中加入计量的硫磺分散体、ZnO分散体和促进剂ZDC分散体，原位硫化60~150min，形成预硫化磁性复合乳液，其中硫磺与胶乳干基质量比为1:50~150，氧化锌与胶乳干基质量比为1:100~300，促进剂ZDC与胶乳干基质量比为1:100~200；接着将该复合乳液在150~250r/min机械搅拌下超声处理30~180min后，倒入模具中，在20~80℃下干燥10~36h，获得结构均一的Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料，Fe3O4水基磁性液体、完全剥离的GO悬浮液、4）a）步骤制得的水溶性天然胶乳混合液的用量应保证制得的Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料中含天然橡胶84.9~96.4wt%，Fe3O4 1~10wt%，GO 0.5~3wt%。...
【技术特征摘要】
1.一种Fe3O4@GO/NR磁性弹性体复合材料制备方法，其特征为：包括以下步骤：1）、制备稳定Fe3O4水基磁性液体将3.6gFeCl2·4H2O和6.1gFeCl3·6H2O溶解于90mL去离子水中，50℃下搅拌均匀后，在500r/min搅拌下，滴加90mL浓度为1.34mol/L的NaOH水溶液，滴加完毕后反应90min停止，冷却至室温，将所得溶液磁分离得到黑色沉淀，除去上层清液，再用去离子水超声分散、磁分离，重复洗涤，直至上清液的pH呈中性；然后将黑色磁性粒子超声分散于一定体积的去离子水中，并以200r/min机械搅拌10min，直至形成浓度为0.02~0.167g/mL的稳定Fe3O4水基磁性液体；2）、制备完全剥离的GO悬浮液在冰浴条件下，将2.0g天然鳞片石墨和2.0g硝酸钠加入到46mL的浓硫酸中，以600r/min机械搅拌30min；将6.0g高锰酸钾加入到上述混合液中，以600r/min机械搅拌60min；将上述混合液转移到45℃水浴中，以400r/min机械搅拌4h后，将80mL去离子水加入到混合液中，然后将其转移到95℃的油浴中；待混合溶液温度达到95℃时，先后加入200mL去离子水和16mL30%浓度的双氧水，当溶液由棕黄色变成金黄色时，停止反应；依次用2mol/LHCl溶液、去离子水和无水乙醇多次离心洗涤，直至溶液的pH呈中性后，将金黄色沉淀物置于烘箱内60℃烘干，即得氧化石墨；将一定量的氧化石墨加入到20mL去离子水中，在120W功率下，超声分散3~7h，形成完全剥离的浓度为0.5mg/ml~10mg/ml的GO悬浮液；3）、制备稳定剂、硫化剂、促进剂等配合剂分散体a）、分别称取一定量的KOH和平平加O，在50℃条件下溶于去离子水中，分别配制成20wt%的KOH水溶液和20wt%的平平加O水溶液；b）、在室温下将50g硫磺、20mL10wt%的酪素溶液、1.25mL浓度为11.5%的氨水、28.75mL去离子水及75mL玻璃砂子加入到容器中，以500r/min机械搅拌12h，然后通过筛子将玻璃砂子与第一分散剂悬浮液分离，得到50wt%的硫磺分散体；在室温下将50g氧化锌、20mL1...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵贵哲，孙友谊，侯春林，高莉，刘亚青，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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