[发明专利]一种自润滑密封材料及其制备方法

权利要求书

1.一种自润滑密封材料，其特征在于，所述密封材料的制备原料包括以下组份：改性丁腈橡胶60-80份，纳米级润滑滚珠20-40份，MOF改性石墨烯10-20份，硫化剂0.5-3份，硫化活化剂5-10份，硫化促进剂1-5份和补强剂30-80份，

所述改性丁腈橡胶的制备步骤如下：

步骤（1）按重量份称取丁腈橡胶60-80份，八乙烯-笼型倍半硅氧烷15-30份；

步骤（2）将丁腈橡胶和八乙烯-笼型倍半硅氧烷投入密炼机中，设定改性条件，得到改性丁腈橡胶，

所述纳米级润滑滚珠的制备步骤如下：

步骤（1）将氨丙基POSS和马来酸酐溶解于甲苯中，在80-100℃下反应24-36h后分离提纯得到POSS-MA，POSS与马来酸酐的摩尔比为1.01:1-1.05:1；

步骤（2）将POSS-MA、聚乙二醇、对甲苯磺酸溶解于甲苯中，在120-140℃下反应24-36h后分离提纯得到POSS-MA-PEG；

POSS-MA、聚乙二醇的投料摩尔比为1：1.01-1:1.05，对甲苯磺酸占POSS-MA和聚乙二醇总质量的0.01-1%；

步骤（3）按照重量份称取POSS-MA-PEG 0.1-2份，润滑油0.5-20份，交联剂0.01-2份，将POSS-MA-PEG溶于丙酮，加入润滑油、交联剂，搅拌乳化1-6h后升温至60-80℃，并反应6-12h得到纳米级润滑滚珠，

所述MOF改性石墨烯的制备步骤如下：

步骤（1）按照重量份称取石墨烯5-15份、硝酸钠3-8份、浓硫酸200-250份和20-40份高锰酸钾，先将石墨烯、硝酸钠和浓硫酸投入容器中加入，并在冰浴条件下搅拌15min，搅拌速度为300-400rad/min，再缓慢加入高锰酸钾，控制滴加速度使体系温度不超过15℃，继续搅拌45min，移去冰浴，待温度升至室温，缓慢加入400-500mL去离子水，控制温度在100℃以下；待水滴加完毕，升温至98℃，继续搅拌1h；反应结束，加入1000-2000份去离子水和40-60份的H₂O₂，待温度降至室温，过滤，用去离子水洗涤4-5次，直至滤液pH呈中性，将滤饼于60℃烘箱中真空干燥24h，得到氧化石墨烯；

步骤（2）按照重量份称取氧化石墨烯10-20份、无水乙醇100-200份和MOF2-5份，将氧化石墨烯粉末分散于60-100份无水乙醇中，得到氧化石墨烯悬液；将MOF溶解于40-100份无水乙醇中，得到MOF溶液；将氧化石墨烯混悬液倒入MOF溶液中升温至65～75℃，反应完全后洗涤干燥，得到MOF改性的氧化石墨烯；

步骤（3）按重量份称取MOF改性的氧化石墨烯20-30份、铂金催化剂5-10份和0.1-5mol/L的抗坏血酸钠50-100g，并加入反应釜中，反应釜的温度为50-200℃，反应时间为5-15h，过滤后在氮气中煅烧或氢氩混合气中煅烧，煅烧温度为100-1000℃，煅烧时间为2-10h，得到MOF改性石墨烯。

2.根据权利要求1所述的自润滑密封材料，其特征在于，所述硫化剂包括硫磺或过氧化二异丙苯（DCP）中的一种或几种的混合，所述硫化活化剂为氧化锌或硬脂酸中的一种或几种，所述硫化促进剂包括促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂TETD、促进剂DM、促进剂M、硫磺或含硫化合物DTDM中的一种或几种，所述补强剂包括高耐磨炭黑、半补强炭黑、快压出炭黑、碳酸氢钙、硅藻土、白炭黑中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的自润滑密封材料，其特征在于，所述改性丁腈橡胶的制备步骤步骤（2）中，改性条件为：密炼机温度为80-135℃，密炼机转速为50-100r/min，处理时间为10-25min。

4.根据权利要求3所述的自润滑密封材料，其特征在于，所述润滑油为基础油和硅油中的一种或几种，所述基础油为60SN、70SN或100SN，所述交联剂包括带有两个或两个以上双键的聚合物，如N，N-亚甲基双丙烯酰胺、多缩乙二醇双丙烯酸酯等。

5.一种自润滑密封材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下：

步骤（1）将60-80份丁腈橡胶和15-30份八乙烯-笼型倍半硅氧烷投入密炼机中，密炼机温度为80-135℃，密炼机转速为50-100r/min，处理时间为10-25min，得到改性丁腈橡胶；

步骤（2）将氨丙基POSS和马来酸酐溶解于甲苯中，POSS与马来酸酐的摩尔比为1.01:1-1.05:1，在80-100℃下反应24-36h后分离提纯得到POSS-MA；

步骤（3）将POSS-MA、聚乙二醇、对甲苯磺酸溶解于甲苯中，POSS-MA、聚乙二醇的投料摩尔比为1：1.01-1:1.05，对甲苯磺酸占POSS-MA和聚乙二醇总质量的0.01-1%，在120-140℃下反应24-36h后分离提纯得到POSS-MA-PEG；

步骤（4）按照重量份称取POSS-MA-PEG 0.1-2份，润滑油0.5-20份，交联剂0.01-2份，将POSS-MA-PEG溶于丙酮，加入润滑油、交联剂，搅拌乳化1-6h后升温至60-80℃，并反应6-12h得到纳米级润滑滚珠，所述润滑油为基础油（60SN、70SN、100SN）和硅油中的一种或几种，所述交联剂包括带有两个或两个以上双键的聚合物，所述聚合物包括N，N-亚甲基双丙烯酰胺或多缩乙二醇双丙烯酸酯；

步骤（5）将石墨烯5-15份、硝酸钠3-8份和浓硫酸200-250份投入至容器中，并在冰浴条件下搅拌15min，搅拌速度为300-400rad/min，再缓慢加入高锰酸钾20-40份，控制滴加速度使体系温度不超过15℃，继续搅拌45min，移去冰浴，待温度升至室温，缓慢加入400-500mL去离子水，控制温度在100℃以下；待水滴加完毕，升温至98℃，继续搅拌1h；反应结束，加入1000-2000份去离子水和40-60份的H₂O₂，待温度降至室温，过滤，用去离子水洗涤4-5次，直至滤液pH呈中性，将滤饼于60℃烘箱中真空干燥24h，得到氧化石墨烯；

步骤（6）按照重量份称取氧化石墨烯10-20份、无水乙醇100-200份和MOF2-5份，将氧化石墨烯粉末分散于60-100份无水乙醇中，得到氧化石墨烯悬液；将MOF溶解于40-100份无水乙醇中，得到MOF溶液；将氧化石墨烯混悬液倒入MOF溶液中升温至65～75℃，反应完全后洗涤干燥，得到MOF改性的氧化石墨烯；

步骤（7）将MOF改性的氧化石墨烯20-30份、铂金催化剂5-10份和0.1-5mol/L的抗坏血酸钠50-100g投入反应釜中，反应釜的温度为50-200℃，反应时间为5-15h，过滤后在氮气中煅烧或氢氩混合气中煅烧，煅烧温度为100-1000℃，煅烧时间为2-10h，得到MOF改性石墨烯；

步骤（8）按照重量份称取：改性丁腈橡胶60-80份，纳米级润滑滚珠20-40份，MOF改性石墨烯10-20份，硫化剂0.5-3份，硫化活化剂5-10份，硫化促进剂1-5份和补强剂30-80份，所述硫化剂包括硫磺或过氧化二异丙苯（DCP）中的一种或几种的混合，所述硫化促进剂包括促进剂CBS、促进剂TMTD、促进剂TETD、促进剂DM、促进剂M、硫磺或含硫化合物DTDM中的一种或几种，所述硫化活化剂为氧化锌或硬脂酸中的一种或几种，所述补强剂包括高耐磨炭黑、半补强炭黑、快压出炭黑、碳酸氢钙、硅藻土、白炭黑中的一种或多种；

步骤（9）将改性丁腈橡胶投入密炼机中，并依次加入补强剂、硫化活性剂、硫化剂、硫化促进剂，密炼机温度为80-135℃，转速为500-1000 r/in，处理时间为10-25 min，得到具有自润滑的密封材料胶料。