一种低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶及制备方法，是在丁腈橡胶生胶中加入复合填料后进行硫化获得，该复合填料由改性白炭黑与改性石墨烯组成，改性白炭黑是利用3

【技术实现步骤摘要】
一种低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种丁腈橡胶的制备方法，具体涉及一种低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶及制备方法。

技术介绍

[0002]丁腈橡胶(NBR)是目前用量最大的一种特殊合成橡胶，其耐油性极好、耐磨性较高、耐热性较好、粘接力强，但其耐臭氧性差、高温下易变形、力学性能较低，因此想要大量广泛的使用NBR还需要对其进行改性才能达到日常使用要求。现阶段国内外对NBR的需求旺盛，通过改性提高NBR的性能是大势所趋，但是国外的一些垄断技术扼制了国内NBR发展的命脉。目前国内很多研究学者通过改性橡胶的填料来提高橡胶的性能，不限于用不同的填料如炭黑、白炭黑、碳纳米管、氧化石墨烯纳米颗粒等去改性，但现有改性方法皆存在一些问题，例如：炭黑环境污染较严重；仅用白炭黑做填料，补强效果不明显；改性碳纳米管氧化石墨烯等方法成本较高，不易普及；一些低成本、易实施且补强效果明显的改性，如丁腈橡胶与PVC共混进行改性等技术，已经被国外所垄断。因此，探究新的改性放大意义重大。

技术实现思路

[0003]基于上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种NBR的制备方法，旨在制备出具有高力学性能以及低压缩变形的NBR。
[0004]本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
[0005]一种低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶，其特点在于：所述丁腈橡胶是在丁腈橡胶生胶中加入复合填料后进行硫化获得；所述复合填料由改性白炭黑与改性石墨烯组成；所述改性白炭黑是利用3
‑<br/>氨丙基三乙氧基硅烷改性的白炭黑；所述改性石墨烯是利用3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷改性的表面包覆环氧树脂的石墨烯。
[0006]进一步地，所述复合填料中，改性石墨烯在橡胶硫化压力下的体积百分比为1.5～2.5％。改性石墨烯在橡胶硫化压力下的体积百分比确定方法为：将质量为M的改性石墨烯装入长方体容器中，施加橡胶硫化压力，记录其体积V，从而计算获得改性石墨烯在橡胶硫化压力下的密度ρ＝M/V；改性白炭黑与白炭黑原料的密度相同，其在橡胶硫化压力下的密度已知(购买时，该参数会给出)。根据二者在橡胶硫化压力下的密度以及二者的质量，可换算获得改性石墨烯在橡胶硫化压力下的体积百分比。
[0007]进一步地，所述复合填料占所述丁腈橡胶生胶质量的35～40％。
[0008]本专利技术所述低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1、改性白炭黑的制备
[0010]称取38～42质量份的白炭黑置于烧杯中，加入2～5质量份的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和250～300质量份的去离子水，盖保鲜膜进行密封，然后超声分散均匀；超声结束后，将所得溶液磁力搅拌1～3h，100～105℃真空干燥20～24h，研磨，继续在100～105℃真空干燥至水份完全挥发(当挥发后总质量与原料白炭黑和3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷总质量
的差值在
±
3质量份时，可视为水份完全挥发)，得到改性白炭黑；
[0011]步骤2、改性石墨烯的制备
[0012]将10～50质量份的环氧树脂与2～10质量份的石墨烯放入烧杯中，加入110～130质量份的乙醇和0.5～2质量份的甲基六氢苯酐固化剂，电动搅拌下，先加热升温至65～70℃，再保温3～4h，使环氧树脂在石墨烯表面包覆生长，过滤、用去离子水洗涤、80～90℃烘干后，获得表面包覆环氧树脂的石墨烯；
[0013]在10～25质量份的表面包覆环氧树脂的石墨烯中加入2～5质量份的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，再加入130～200质量份的去离子水，盖保鲜膜进行密封，然后超声分散均匀；超声结束后，将所得溶液磁力搅拌1～3h，100～105℃真空干燥20～24h，得到改性石墨烯；
[0014]按照复合填料中改性石墨烯在橡胶硫化压力下的体积百分比为1.5～2.5％确定所需改性石墨烯的用量；
[0015]步骤3、丁腈橡胶的制备
[0016]将步骤1所制备的全部改性白炭黑和步骤2所制备的所需量的改性石墨烯作为复合填料加入到丁腈橡胶生胶中，经硫化即获得成品丁腈橡胶，具体方法为：
[0017]步骤31、分别称取98～102质量份的NBR生胶、0.8～1.2质量份的硬脂酸(SA)、2.8～3.2质量份的氧化锌(ZnO)、1.3～1.7质量份的防老剂(RD)、1.3～1.7质量份的促进剂(NS)和1.3～1.7质量份的硫磺(S)。
[0018]步骤32、先用NBR生胶洗辊，去除双辊中残留的废胶和小料，待双辊清洗干净后，调整辊间距，将98～102质量份的NBR生胶放入双辊之间，打开开炼机电源进行生胶的开炼，待生胶粘辊后依次加入SA、ZnO和RD，待小料混炼均匀后再少量多次地加入改性白炭黑以及改性石墨烯作为复合填料进行开炼共混，待复合填料混炼均匀后，再依次向开炼中的生胶加入NS和S，打三角包多次后薄通出片；
[0019]步骤33、将所制得的胶置于室温条件下干燥24h后，用利用橡胶加工分析仪(RPA8000)对混炼胶的硫化特性进行测试，测试模式为MDR、温度为160℃、频率1Hz、应变0.5deg，可以得到硫化时间(tc90)。
[0020]根据硫化时长利用平板硫化仪进行硫化后置于室温24h后便可得到目标胶。
[0021]作为优选，所述丁腈橡胶生胶中的丙烯腈含量为30％～35％。
[0022]与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0023]1、本专利技术利用偶联剂上的部分官能基团与白炭黑表面的羟基发生化学反应从而改变白炭黑表面的基团结构和分布，将石墨烯表面包裹环氧树脂并利用硅烷偶联剂改善石墨烯与环氧树脂之间的接合性和相容性，从而提高复合填料与橡胶基体的相容性以及复合填料自身的分散性，经实验结果验证本专利技术所制备的丁腈橡胶具有低压缩形变高力学性能的特点。
[0024]2、本专利技术采用填料通过非共价作用和NBR大分子链增强了相互作用，使得由改性白炭黑与改性石墨烯组成的复合填料加入丁腈橡胶后，可显著提升橡胶的力学性能，同时提升其在高温压变后的回复性能，且橡胶在拉伸测试过程中最大应力和最大断裂伸长率均有显著的提升，经过高温热压后其永久压缩变形率得到显著的下降。
附图说明
[0025]图1为实施例1所用白炭黑和所得改性白炭黑的FTIR图。
[0026]图2中a、b、c、d、e、f分别为实施例1及对比例1、2、3、4、5所得橡胶样品的断面SEM图。
[0027]图3为实施例1及对比例1、2、3、4、5所制得的橡胶样品在150℃、70h条件下测得的永久压缩变形率图。
[0028]图4为实施例1及对比例1、2、3、4、5所制得的橡胶样品进行力学性能测试的最大应力性能图。
[0029]图5为实施例1及对比例1、2、3、4、5所制得的橡胶进行力学性能测试的最大应变性能图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶，其特征在于：所述丁腈橡胶是在丁腈橡胶生胶中加入复合填料后进行硫化获得；所述复合填料由改性白炭黑与改性石墨烯组成；所述改性白炭黑是利用3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷改性的白炭黑；所述改性石墨烯是利用3
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氨丙基三乙氧基硅烷改性的表面包覆环氧树脂的石墨烯。2.根据权利要求1所述的低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶，其特征在于：所述复合填料中，改性石墨烯在橡胶硫化压力下的体积百分比为1.5～2.5％。3.根据权利要求1所述的低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶，其特征在于：所述复合填料占所述丁腈橡胶生胶质量的35～40％。4.一种权利要求1～3中任意一项所述低压缩形变高力学性能的丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：步骤1、改性白炭黑的制备称取38～42质量份的白炭黑置于烧杯中，加入2～5质量份的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷和250～300质量份的去离子水，盖保鲜膜进行密封，然后超声分散均匀；超声结束后，将所得溶液磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，张雨生，左玉鑫，钱家盛，夏茹，伍斌，杨斌，苗继斌，郑争志，曹明，苏丽芬，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：