[发明专利]一种石墨烯改性三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯改性三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述石墨烯改性三元乙丙橡胶复合材料包含成分按质量百分数统计如下：三元乙丙橡胶9～14﹪、二元乙丙橡胶1～3﹪、炭黑2～5﹪、纳米无机导热填充剂1～3﹪、石墨烯0.05～0.5﹪、交联剂0.5～1﹪、偶联剂0.3～0.5﹪、硫化剂0.050～0.15﹪、增塑剂0.5～1.5﹪、活性剂0.05～0.2﹪。

2.一种石墨烯改性三元乙丙橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法依次包括以下步骤：原料的配备、石墨烯纳米片的制备、石墨烯纳米片的球磨、石墨烯的插层处理、石墨烯的活化以及橡胶的制备；

所述原料的配备中基础原料包括：三元乙丙橡胶、石墨烯和填充物纳米氧化物、纳米碳化物、纳米氮化物三者中的一种或者任意两种或三种的混合物；所述基础原料的辅助原料为：交联剂、硅烷偶联剂、硫磺、增塑剂、活性剂；所述基础原料、所述辅助原料占原料总量以质量百分数表示为：所述基础原料占7﹪～9﹪；所述辅助原料占1﹪～3﹪；

所述石墨烯纳米片的制备之工序为：取一定量的煤沥青进行充分研磨过筛后与添加剂混合均匀后装入石墨坩埚中，置于高温真空烧结炉中，以0℃•min^-1～30℃•min^-1的升温速率升至600℃～1800℃设定温度，保温1 h ～12 h之后样品随炉自然冷却，配置1 mol•L^-1～5 mol•L^-1浓度的盐酸，对制得高温产物进行酸洗1 h～6 h后，用去离子水水洗过滤至中性，再将水洗过滤之后的产物置于表面皿在真空干燥箱内进行干燥处理，制得石墨烯纳米片；

所述石墨烯纳米片的球磨之工序为：称取所述石墨烯纳米片置于球磨罐中选择球磨溶剂球料与其混合搅拌均匀后置于球磨机上，在500 rmp ～1200 rmp转速下，球磨3 h～12h，球磨后，用100目的标准筛进行球料分离，过滤干燥，得到产物石墨烯，所述球磨溶剂球料为乙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺DMF或者十二烷基硫酸钠SDS中的一种。

所述石墨烯的插层处理之工序为：取经过所述石墨烯纳米片的球磨处理后的石墨烯为原料，配置浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾混合溶液作为插层剂，浓硫酸、浓硝酸、高锰酸钾的质量比例为0～3：3～6：0～1，在反应釜中加入插层剂后进行搅拌，插层剂与石墨烯的质量比例为5～10：1；将石墨烯缓慢加入反应釜中反应3 h ~ 10 h，最后向反应釜中缓慢滴加双氧水直至混合溶液不产生气泡为止，将产物水洗过滤至中性，然后进行干燥处理，最终获得经插层石墨烯；

所述石墨烯纳米片的活化之工序为：取所述插层石墨烯与1 mol•L^-1 ~ 5 mol•L^-1的KOH配置溶液混合，置于搅拌器中搅拌2 h ~ 8 h，搅拌速度为100 rmp ~ 300 rmp，然后超声处理1 h ~ 3 h后，过滤除去剩余KOH溶液，产物置于40 ℃ ~ 100 ℃的干燥箱内干燥24 h ~48 h，得到混合物，将所述混合物置于高温真空炉中，以3 ℃•min ~ 10℃•min的升温速率升高到设定温度后保温1 h ~12 h，样品随炉冷却后，配置1 mol•L^-1 ~ 5 mol•L^-1的盐酸，对样品酸洗1 h ~ 6 h，除去碳化物，然后用去离子水进行反复清洗，直至溶液呈中性。样品经过滤后，进行干燥处理，获得活化石墨烯；

所述橡胶的制备之工序为：打开电源及冷却装置，将密炼机升温至90 ℃ ~ 110 ℃，调整转速至20 rmp ~ 40 rmp，将橡胶原料、炭黑、填充剂、石墨烯、交联剂、偶联剂一次加入密炼机中混炼4 min ~ 6 min，排胶至压片机上冷却至室温，下片并重复以上步骤两次，分别为一次混炼、一次混炼排胶、二次混炼、二次混炼排胶；

将所述一次密炼胶，加入硫化剂、活化剂进行所述二次混炼，此时密炼机温度＜90 ℃，密炼3min后，排胶至压片机，冷却至室温得到高导热的石墨烯改性三元乙丙橡胶材料；进行所述一次混炼时的密炼机温度为90 ℃ ~ 110 ℃并且密炼机转速为20 rmp ~ 40 rmp；所述一次混炼时间为4 min ~ 6 min；所述一次混炼排胶温度为110 ℃ ~ 150 ℃；一次混炼重复次数为1 次 ~ 3 次；所述二次混炼时的密炼机温度为70 ℃ ~ 90 ℃；所述二次混炼时间为2 min ~ 3 min；所述二次混炼排胶温度为100 ℃ ~ 120 ℃；一次混炼、二次混炼后静置时间为8 h ~ 12 h。