[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

说明书

本发明为一种石墨烯改性三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，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﹪。有益效果：本专利采用自制的石墨烯对三元乙丙橡胶进行改性，添加了无机纳米导热填充剂，使其具有了高导热的特性。能够显著改善橡胶耐疲劳性和导热性能，工艺简单，易于生产，操作简便，可控性强，产品性能优异。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，主要涉及一种石墨烯改性三元乙丙橡胶材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，人类对材料的需求日益增长。以橡胶为主的高分子材料已经渗入生活的各个领域。橡胶以超高弹性、耐磨、绝缘等特点，成为汽车零部件中不可或缺的部分，如车胎、密封条等。许多研究者对橡胶进行改性或者增强复合，使其在高科技领域也能得到应用。但普遍认为，橡胶存在模量低、导热性差、耐磨性差及不抗疲劳等缺点，使其实用性受到限制。

以石墨烯、碳纳米管、泡沫炭等新型碳材料对橡胶进行改性制备橡胶复合材料成为了近年来的研究热点之一。

发明内容

本发明提供了研究一种新型高热导率的石墨烯改性三元乙丙橡胶，主要以三元乙丙橡胶为原料，以纳米无机导热材料为填充剂，通过自制石墨烯进行改性，同时添加一些必要的添加剂，获得最终的材料。主要研究了改橡胶材料的热学性能。

本发明提供了下述技术方案：一种石墨烯改性三元乙丙橡胶复合材料，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﹪。

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（如铝粉）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～12 h，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。