[发明专利]一种石墨烯复合补强剂及其制备方法

说明书

本发明属于橡胶助剂技术领域，具体涉及石墨烯复合补强剂及其制备方法与应用。本发明提供的一种石墨烯复合补强剂，按重量份数计，包括以下组份：白炭黑40‑50份，改性石墨烯40‑45份，改性氮化硼20‑25份，碳纤维20‑25份，表面活性剂1‑1.5份，硬脂酸2‑3份，防老油4010NA1‑2份，硫黄3‑4份，硅烷偶联剂3‑4份，促进剂CZ1.5‑2份，促进剂CBS1.5‑2份。本发明能够在改善力学性能的同时能够提高橡胶复合材料的导热性，避免因产生大量热量导致其性能劣化。

技术领域

本申请涉及橡胶助剂技术领域，尤其涉及一种石墨烯复合补强剂、制备方法及应用。

背景技术

目前，绝大部分橡胶都需要补强剂如炭黑、白炭黑等来进行填充以提高橡胶的各项力学性能。炭黑和白炭黑作为补强剂，能够提高橡胶及橡胶制品的拉伸强度、抗撕裂性、耐磨性等力学性能。但是在补强的同时，由于橡胶材料固有的黏弹滞后损耗和橡胶内部的填料与填料、填料与大分子链以及大分子链之间的摩擦，动态环境下使用的橡胶制品会产生大量的热量，这些热量需及时传导出去，否则会导致橡胶内部急剧升温，使其性能劣化，导致其使用性能和使用寿命降低。因此补强剂需要在补强的同时，能够提高橡胶及橡胶制品的导热性，以提高橡胶及橡胶制品的使用性能和使用寿命。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一方面目的在于提供一种石墨烯复合补强剂，在改善力学性能的同时能够提高橡胶复合材料的导热性，避免因产生大量热量导致其性能劣化。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种石墨烯复合补强剂，按重量份数计，包括以下组份：

白炭黑40-50份，改性石墨烯40-45份，改性氮化硼20-25份，碳纤维20-25份，表面活性剂1-1.5份，硬脂酸2-3份，防老油4010NA1-2份，硫黄3-4份，硅烷偶联剂3-4份，促进剂CZ1.5-2份，促进剂CBS1.5-2份。

其中，白炭黑可以是40份、42份、45份、48份、50份，改性石墨烯可以是40份、42份、45份、48份、50份，改性氮化硼可以是20份、21份、22份、23份、24份、25份，碳纤维可以是20份、21份、22份、23份、24份、25份。

白炭黑是硅酸盐产品，主要成分为二氧化硅，外观为白色粉末状。白炭黑表面富含羟基，具备较强的吸附力、优异的抗撕裂和耐氧化性能，白炭黑的比表面积大，且其表面存在大量亲水性强的羟基，但是由于白炭黑的极性很高，与非极性橡胶的相互作用小，从而产生强烈的附聚趋势，分散不均匀，会导致胶料的局部黏性增大导热性能变差。

本申请采用硅烷偶联剂、硫黄与白炭黑复配，硅烷偶联剂能够阻止酸性白炭黑干扰硫黄的硫化反应，使胶料的硫化程度提高，填料分散均匀，从而提高胶料的导热性能；其次，硅烷偶联剂对白炭黑的改性，能够使白炭黑的极性表面得到屏蔽，增强白炭黑与橡胶的相容性，从而降低白炭黑之间的交联，降低胶料的黏度，提高胶料的导热性能；硅烷偶联剂与白炭黑表面及橡胶的有效结合和反应，改善填料的分散性，从而提高胶料的导热性能。

本申请将石墨烯进行改性，改性后的石墨烯能够高效构建导热路径，能够在提高导热性能的同时，保持良好的分散性。

碳纤维含碳量超过90％，具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、抗疲劳、抗蠕变、导热、导电等一系列优良性能，其纵向导热率很高，可在较低含量下较好地增强基体材料的导热性，但随着碳纤维的增加，复合材料的机械性能也会相应地降低。

本申请采用石墨烯作为插层改性剂，对氮化硼球磨剥离插层改性，制备石墨烯插层改性的氮化硼导热填料，保证剥离的的氮化硼不会二次团聚，且能够充分利用石墨烯和氮化硼的良好的导热性能，提高补强剂的导热能力。