新材料及其应用

本发明属于石墨烯橡胶复合材料技术领域，提出了一种石墨烯改性丁腈橡胶及其制备方法。一种石墨烯改性丁腈橡胶，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶70～90份，改性氧化石墨烯‑羧基丁腈橡胶母胶10～30份，硫化剂1.5～2份，硫化促进剂0.5～2.0份，硫化活化剂3～5份，增塑剂1～3份，防老剂1～2份，填料20～30份，改性氧化石墨烯‑羧基丁腈橡胶母胶包括改性氧化石墨烯，还包括羧基丁腈胶乳，其中，改性氧化石墨烯由巯基硅氧烷水解后与氧化石墨烯脱水缩合反应得到。通过上述技术方案，解决了现有技术中丁腈橡胶耐高低温性差的问题。

技术亮点

一种石墨烯改性丁腈橡胶，其特征在于，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶70～90份，改性氧化石墨烯‑羧基丁腈橡胶母胶10～30份，硫化剂1.5～2份，硫化促进剂0.5～2.0份，硫化活化剂3～5份，增塑剂1～3份，防老剂1～2份，填料20～30份，所述改性氧化石墨烯‑羧基丁腈橡胶母胶包括改性氧化石墨烯，所述改性氧化石墨烯由巯基硅氧烷水解后与氧化石墨烯脱水缩合反应得到，所述巯基硅氧烷与氧化石墨烯的质量比为6～8：1，所述脱水缩合反应温度为65～95℃，反应时间为9～12h，所述巯基硅氧烷为γ‑巯丙基甲基二甲氧基硅烷或γ‑巯丙基三甲氧基硅烷，还包括羧基丁腈胶乳，所述改性氧化石墨烯的质量占所述改性氧化石墨烯‑羧基丁腈橡胶母胶质量的10～17％。

丁腈橡胶是丁二烯与丙烯腈经乳液聚合而得到的共聚物，由于分子链上引入强极性的氰基团，以优异的耐油性著称。丁腈橡胶作为一种耐油橡胶广泛用于制造胶管、胶囊、密封制品、垫圈等耐油制品。硫化丁腈橡胶作为密封件，会面临各种恶劣的应用环境，就需要丁腈橡胶对各种环境都有良好的适应性。丁腈橡胶为非结晶橡胶，但又由于极性氰基的存在使得耐寒性较差，在低温下导致松弛过程急剧减慢，硬度、模量和分子内摩擦增大，弹性显著降低，当温度降至弹性温度极限使用温度时，橡胶会硬化与收缩，导致密封件泄漏失效。在高温下会加速丁腈橡胶的老化进程，使橡胶发生过度交联，降低了硬度、拉伸强度等性能。因此，制备一种对温度具有高适应性丁腈橡胶在实际应用中具有重要意义。

 1、本发明中，将改性氧化石墨烯加入到丁腈橡胶中，与配方中其它组分配合使用，制备的石墨烯改性丁腈橡胶机械性能优异，适用温度范围广，使用稳定性强，很好的解决了现有技术中丁腈橡胶耐高低温性差的问题。

2、本发明中，采用羧基丁腈橡胶，相对于丁腈橡胶来说，引入的羧基增加了橡胶的极性，极性的增加使得丁腈橡胶原有的耐油性、强度、耐磨性、耐老化性达到提升，确保了橡胶的基本性能。

 3、本发明中，采用过氧化物硫化体系需在碱性条件下硫化，在硫化过程中产生的交联键为C‑C键，较多硫键来说性能更加稳定。过氧化物硫化胶的体积膨胀系数大，可使链段活动的自由空间增加，同时配合脂肪族二元酸酯增塑剂的使用，能够使橡胶的玻璃化温度降低，从而使硫化胶具有较好的耐寒性能。过氧化物硫化体系硫化速度较慢，与含巯基石墨烯配合使用，可适当提升，硫化速率。硫化产生的C‑C或单硫交联键的键能高、耐热性好。并且，未反应的巯基可以吸收活性自由基，同时石墨烯自身片层结构对氧气起到隔绝作用，都对橡胶的热氧老化提供防护作用。总之，将丁腈橡胶的适用温度范围扩大。

4、本发明中，炉法炭黑为过氧化物硫化体系提供碱性环境，与改性石墨烯配合使用可以在保证机械性能的前提下有效降低炭黑的用量。次磺酰胺类促进剂与二硫代氨基甲酸盐促进剂配合使用，次磺酰胺类促进剂可以防止橡胶中存在炉法炭黑时发生焦烧现象，有利于胶料的压出和在模压中的充分流动。配合超速促进剂二硫代氨基甲酸盐的使用，可以使整个促进剂的用量保持在较低的水平，提高过氧化物硫化体系的硫化速率，并且胶料的压缩变形，滞后性能及耐老化性能优良。

5、本发明中，石墨烯改性丁腈橡胶的制备方法中采用低温薄通法对丁腈橡胶进行分段式塑炼，防止胶料在高温塑炼条件下生成凝胶。混炼过程中多次冷却，可避免胶料产生焦烧现象，并与胶乳法、机械法配合使用，使的改性氧化石墨烯在橡胶中分散的更加均匀，避免了改性氧化石墨烯发生团聚现象的发生。