一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶及其制备方法技术

技术编号:12330831 阅读:318 留言:0更新日期:2015-11-16 01:35
本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶及其制备方法,将氧化石墨烯、NaAc以及FeCl3·6H2O分散在去离子水中,采用水热法制得氧化石墨烯/Fe3O4导电填料,然后采用溶液共混法将橡胶基体和氧化石墨烯/Fe3O4导电填料进行混合,通过超声波分散以及机械搅拌的方法将导电填料均匀分散在橡胶基体中,真空干燥后加入硫化剂,并通过双辊筒开炼机混合、平板硫化机成型等工序制备出兼具导电、耐磨性能的复合导电橡胶。本发明专利技术制备工艺简单,易于工业化,适宜面广,可扩展橡胶在防止静电、动态滑动、振动等工况下的应用,具有良好的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于橡胶
,特别涉及到一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶及其制备方法
技术介绍
对于橡胶而言,是一种很好的电绝缘体。为了让橡胶材料获得导电性性能进而满足橡胶在各领域的应用,我们通常会往橡胶基体中加入导电填料来赋予其导电功能。目前,提高导电橡胶性能的研究主要集中在对橡胶基体的改性、对导电填充体的改进以及制备工艺改良等方面。而导电填料作为导电橡胶的功能体,其性能的优劣对产品的导电性能影响最大。总体来讲,该功能体主要分为碳系导电填料和金属系导电填料两类。传统的碳系导电填料,如炭黑和碳纳米管都存在缺陷:炭黑需要高填充量才能提高导电性能,导致复合材料的加工性能和物理性能差;碳纳米管虽然长径比很大,但极易团聚,且成本很高,限制了其应用。石墨烯作为碳系导电填料的一种,备受橡胶领域中众学者的喜爱。石墨烯具有密度低、化学性质稳定、导电导热性好、耐高温以及自润滑性好等优点,许多学者以石墨烯为基体,进行了导电复合粒子的制备研究。例如赵丽等(石墨烯/硅橡胶复合材料性能的研究[J].橡胶工业,2013,60(11):663-666.)分别采用热解还原法和溶液法制备石墨烯和石墨烯/硅橡胶复合材料,石墨烯能够明显提高橡胶的导电性能,还能够对橡胶进行补强作用,石墨烯/硅橡胶复合材料的邵尔A型硬度和拉伸强度明显提高。Fe3O4粒子具有较好的润滑性和导电性,如若将Fe3O4粒子作为橡胶的功能体加入到橡胶,制备Fe3O4基复合橡胶不仅密度小,磁性能良好,还可以有效降低复合橡胶的摩擦系数和磨损率,提高橡胶的导电率,可广泛应用于防止静电产生的场所,动态滑动、振动等工况下的应用。例如何世权等.(Fe3O4复合丁腈橡胶的力学和摩擦学性能[J].兰州大学学报:自然科学版,2008,44(2):132-136.)将纳米Fe3O4填充在丁腈橡胶内,使得丁腈橡胶展现良好的抗磨、减摩特性,但单纯的将纳米Fe3O4作为填充材料,会使得橡胶的力学性能略有下降。综上所述,具有高导电性能以及较好耐磨性能的橡胶复合材料具有很好的应用前景。因此,寻求一种兼具导电、耐磨性能的复合导电橡胶及其制备工艺就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶,包括橡胶基体及分散于橡胶基体中的导电填料,导电填料为氧化石墨烯/Fe3O4复合材料,包括10%~30%的氧化石墨烯和70%~90%的Fe3O4,填充量为20%~40%。优选的,导电填料由氧化石墨烯和Fe3O4纳米粒子有机无机杂化而成,具体是氧化石墨烯包裹Fe3O4纳米粒子的复合材料,其中所述的Fe3O4纳米粒子粒径约300~600nm左右。优选的,橡胶基体为天然橡胶,丁腈橡胶,丁苯橡胶的一种。本专利技术还提供了上述复合导电橡胶的制备方法,导电填料采用水热法一步制备而成,导电填料和橡胶基体采用溶液共混和熔融共混的方法将氧化石墨烯/Fe3O4基质均匀分散在橡胶内,提升复合导电橡胶的导电性及耐磨性能。氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶具体制备方法如下:(1)氧化石墨烯和Fe3O4导电填料的制备取适量的氧化石墨烯分散在去离子水中,将NaAc﹑FeCl3·6H2O依次溶解在上述溶液中,搅拌2~4h后转移到高压密封反应釜中,然后将高压反应釜转移到烘箱加热到130℃~200℃保持8~16小时。取出反应釜后冷却至室温,将得到的黑色溶液用酒精和去离子水洗涤2~3次,去除样品中的有机物,最后放入冻干机冻干得到导电填料,冻干机温度为-70~-50℃。其中氧化石墨烯与FeCl3·6H2O的质量比1:2~1:9,优选的,为2:7~2:13。优选的,NaAc与FeCl3·6H2O的摩尔比是1:1~3:1。优选的,水热反应是在150℃~170℃下反应10~14h。(2)氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶溶液共混:将步骤(1)中制备的氧化石墨烯和Fe3O4导电填料置于四氢呋喃中,超声条件下(60W~100W)进行机械搅拌(6~10h),使得导电填料分散在四氢呋喃中,获得溶液A。将橡胶基体置于四氢呋喃中,机械搅拌条件下使其溶解,进而获得橡胶溶液B。将A和B混合,超声条件下(1~2h)进行机械搅拌(15~25h)。最后将A和B的混合液浇注成膜,用真空干燥箱干燥至恒重得到复合橡胶薄膜。其中,导电填料的加入量为20~40份,橡胶基体为天然橡胶,丁腈橡胶,丁苯橡胶中的一种,优选的,真空干燥温度为70~90℃,干燥时间为18~36h。熔融共混:将硫化剂置于丙酮中,混合均匀后滴加在上述复合橡胶薄膜上,待丙酮挥发完全后,将薄膜在室温下于双辊筒开炼机上进行混炼2~5min后出片,18~30h后硫化成型。优选的,硫化剂是DCP、TMTD、PDM中的一种,添加量是所述橡胶基体质量的1%~5%。硫化成型:将熔融共混所得复合橡胶片放在平板硫化机上进行模压成型,进而制得氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶。其中,硫化压力为10~20MPa,硫化温度为150~170℃,硫化时间为20~40min,热压时间为2~4h。本专利技术相对于现有技术具有以下优点:(1)本专利技术制备的复合导电橡胶中,纳米Fe3O4具有较好的润滑性及优良的导电性能,不仅可以提高复合橡胶的导电性,还可以有效降低复合橡胶的摩擦系数和磨损率;氧化石墨烯亦具有优良的导电性能,比表面积大且表面含有大量的表面官能团,可增加与橡胶基体的相容性,易生成结合橡胶,氧化石墨烯的皱褶结构抑制其在基胶中的团聚,使得导电填料具有良好的分散性,大大提高了复合橡胶的导电性,可扩展橡胶在防止静电、动态滑动、振动等工况下的应用。(2)复合导电填料采用水热法一步制备而成,工艺简单,易于控制,成本低,易于工业化,适宜面广,具有良好的经济效益和社会效益。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明;但本专利技术的一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶及其制备方法不局限于实施例。附图说明图1为实施例1中氧化石墨烯/Fe3O4导电填料的扫描电镜(SEM)图;图2为实施例1中氧化石墨烯/Fe3O4导电填料的能量色散X射线光谱(EDX)图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1氧化石墨烯和Fe3O4导电填料的制备取2.44g氧化石墨烯溶解在120mL去离子水中,将0.09mol的FeCl3·6H2O﹑0.15mol的NaAc依次溶解在上述溶液中,搅拌2h后转移到高压密封反应釜中,然后将高压反应釜转移到烘本文档来自技高网
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一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶及其制备方法

【技术保护点】
一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶,其特征在于:包括橡胶基体及分散于橡胶基体中的导电填料,所述导电填料是10~30%的氧化石墨烯和70~90%的Fe3O4组成的复合材料,填充量为20%~40%。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶,其特征在于:包括橡胶基体及分散
于橡胶基体中的导电填料,所述导电填料是10~30%的氧化石墨烯和70~90%的Fe3O4组成的复合材料,填充量为20%~40%。
2.根据权利要求1所述的导电橡胶,其特征在于:所述导电填料是氧化石墨烯
包裹Fe3O4纳米粒子的复合材料,其中Fe3O4纳米粒子的粒径是300~600nm。
3.根据权利要求1所述的导电橡胶,其特征在于:所述橡胶基体为天然橡胶、
丁腈橡胶、丁苯橡胶中的一种。
4.一种氧化石墨烯/Fe3O4基复合导电橡胶的制备方法,其特征在于包括以下步
骤:
1)取氧化石墨烯分散于去离子水中,加入NaAc及FeCl3·6H2O,搅拌2~4h后
置于反应釜中,于130~200℃下水热反应8~16h,冷却至室温,将得到的黑色溶液经
醇洗和水洗后置于-70℃~-50℃下冻干获得氧化石墨烯/Fe3O4导电填料,其中氧化石
墨烯与FeCl3·6H2O的质量比为1:2~1:9;
2)将上述导电填料分散于四氢呋喃中获得溶液A,取橡胶基体溶解于四氢呋喃
中,获得溶液B,将溶液A与溶液B混合并于超声下搅拌15~25h,将混合液浇注成
膜,真空干燥至恒重得到复合橡胶薄膜,其中导电填料的含量是20%~40%,所...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴李宗兰加水吴悦广
申请(专利权)人:厦门万新橡胶有限公司厦门大学
类型:发明
国别省市:福建;35

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