一种耐磨耐剪切橡胶材料及其制备方法与流程

本发明涉及橡胶材料，尤其涉及一种耐磨耐剪切橡胶材料及其制备方法。

背景技术：

1、摩擦轮传动是指利用两个或两个以上互相压紧的轮子间的摩擦力传递动力和运动的机械传动，它广泛应用于各种机械设备中，包括汽车、工厂机械、船舶、飞机，扫雪机器等。鉴于其工作时的原理，制备摩擦轮所使用的材料要求有良好的耐磨性、较大的摩擦系数，而橡胶是常用的制备摩擦轮的材料之一。

2、橡胶是一种具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在应用的过程中，为了提高橡胶制品的力学性能，往往会在橡胶基体中加入补强填料，现有技术中大多是加入炭黑或白炭黑，但是由于炭黑或白炭黑的表面存在着大量的羟基，且比表面积大，使得其表面极性较高，分之间作用力强，从而在使用的过程中出现严重的纳米团聚，导致其与橡胶基体之间的相容性不好，最终造成得到的橡胶材料性能提升不明显。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种耐磨耐剪切橡胶材料，利用炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合短纤维作为耐磨填料，得到橡胶材料具有更好的耐磨性能，耐剪切性能。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

3、一种耐磨耐剪切橡胶材料，所述橡胶材料包括以下重量份原料：丁苯橡胶100份、耐磨填料55-65份、防老化剂3.5-5份、抗撕裂剂3.5-5份，硫化剂3-4份；所述耐磨填料为炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合短纤维。

4、丁苯橡胶是目前产量最大的通用合成橡胶，以其作为橡胶基体，具有耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶的特点，质地也较天然橡胶均匀，防老化剂减缓橡胶温升性能衰减，抗撕裂剂的加入能够增强橡胶材料的抗剪切力。

5、进一步，所述橡胶材料包括以下重量份原料：丁苯橡胶100份、耐磨填料63份、防老化剂3.5份、抗撕裂剂5份，硫化剂3份。

6、进一步，所述抗撕裂剂为抗撕裂树脂。

7、进一步，所述改性石墨烯为儿茶素接枝改性石墨烯。

8、进一步，所述耐磨填料的制备方法包括以下步骤：

9、s1：取石墨烯搅拌分散于水中，加入儿茶素和乙二胺，搅拌混匀，加入过硫酸铵，置于水浴超声仪中，超声处理1-2h，得到改性石墨烯悬浮液；

10、s2：取经过预处理的炭黑搅拌分散于石墨烯悬浮液中，于5000rpm条件下搅拌混合1-2h，置于离心机中离心分离后，将沉淀放入烘箱中真空干燥后得到炭黑/改性石墨烯；

11、s3：将三元乙丙橡胶颗粒加入四氢呋喃溶剂中，加热至40-50℃，保温搅拌10-12h得到混合溶液，加入炭黑/改性石墨烯，升温至55-60℃，同时以300-500r/min的速度搅拌混合3-5h，自然冷却至室温，得到纺丝原液；

12、s4：将纺丝原液吸入注射泵中，在接收距离为10-30cm，电压为15-30kv，纺丝原液流速为2-5ml/h条件下进行静电纺丝，得到炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合纤维；

13、s5：将制备得到的炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合纤维进行球磨得到耐磨填料。

14、本发明利用炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合短纤维作为耐磨填料，首先，耐磨填料的加入能够增加丁苯橡胶基体的耐磨性和力学性能，且其能够和丁苯橡胶基体形成穿插的网络结构，能够在一定程度上干扰丁苯橡胶基体的撕裂，提高其耐剪切性能，而利用炭黑和改性石墨烯相复合，经过预处理后的炭黑和改性石墨烯相互穿插结合，炭黑的加入能够抑制石墨烯片层之间的堆叠，而石墨烯能够在抑制炭黑的团聚效应，有利于提高炭黑/改性石墨烯的分散性，进而保证其在丁苯橡胶基体中的分散性，而三元乙丙橡胶改善了炭黑/改性石墨烯和丁苯橡胶基体之间的相容性，使得耐磨填料对丁苯橡胶基体的改性效果更好。

15、进一步，所述炭黑的预处理为：取炭黑加入甲醛溶液中，加入氢氧化钠，超声分散后升温至60-70℃，保温回流反应3-5h，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干后超声分散于二甲苯中，加入马来酸酐，升温至60-75℃，保温回流反应4-6h，反应完成后，加入50℃无水乙醇稀释，过滤，先后用无水乙醇和去离子水洗涤滤饼三次后，滤饼烘干备用。

16、本发明利用甲醛对炭黑进行羟甲基化处理后，与马来酸酐进行酯化接枝反应，将马来酸酐接枝到炭黑的表面，有利于降低炭黑的表面能，改善其分散性，同时通过马来酸酐的接枝，有利于后续与改性石墨烯的复合。

17、进一步，所述炭黑为n220炭黑或n330炭黑。

18、此外，本发明还公开了上述的一种耐磨耐剪切橡胶材料的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

19、a1：按照配比，取丁苯橡胶和一半的耐磨填料加入混炼机中，在转速为45-60rpm条件下，混合至温度达到150-160℃卸料，冷却放置4h，得到一次胶料；

20、a2：将一次胶料、防老化剂、抗撕裂树脂、投入混炼机中，起始转速为20-40rpm，待温度升至90℃时提升转速至45-60rpm，混炼1min；投入剩余的耐磨填料，混合至150-160℃卸料，冷却放置4h，得到二次胶料；

21、a3：将二次胶料、硫化剂投入混炼机中，转速20-30rpm，混合至90℃，然后在开炼机上翻炼180s，制得耐磨耐剪切的橡胶材料。

22、进一步，所述开炼机的辊筒温度为60-70℃，辊筒间距为0.5mm，辊筒转速30-45rpm。

23、本发明的有益效果：

24、本发明的橡胶材料，利用炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合短纤维作为耐磨填料，利用改性石墨烯和炭黑相复合使用，能够有效减少炭黑表面的羟基等基团，抑制其纳米团聚效应，同时三元乙丙橡胶的联合使用使得耐磨填料和丁苯橡胶基体之间的相容性更好，且短纤维的结构使得耐磨填料能够和丁苯橡胶基体之间相互穿插结合，因此最后制备得到的橡胶材料具有更好的耐磨性能和耐剪切性能。

技术特征：

1.一种耐磨耐剪切橡胶材料，其特征在于，所述橡胶材料包括以下重量份原料：丁苯橡胶100份、耐磨填料55-65份、防老化剂3.5-5份、抗撕裂剂3.5-5份，硫化剂3-4份；所述耐磨填料为炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合短纤维。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料，其特征在于，所述橡胶材料包括以下重量份原料：丁苯橡胶100份、耐磨填料63份、防老化剂3.5份、抗撕裂剂5份，硫化剂3份。

3.根据权利要求2所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料，其特征在于，所述抗撕裂剂为抗撕裂树脂。

4.根据权利要求3所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料，其特征在于，所述改性石墨烯为儿茶素接枝改性石墨烯。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料，其特征在于，所述耐磨填料的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述炭黑的预处理为：取炭黑加入甲醛溶液中，加入氢氧化钠，超声分散后升温至60-70℃，保温回流反应3-5h，反应完成后过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，烘干后超声分散于二甲苯中，加入马来酸酐，升温至60-75℃，保温回流反应4-6h，反应完成后，加入50℃无水乙醇稀释，过滤，先后用无水乙醇和去离子水洗涤滤饼三次后，滤饼烘干备用。

7.根据权利要求6所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料，其特征在于，所述炭黑为n220炭黑或n330炭黑。

8.根据权利要求7所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种耐磨耐剪切橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述开炼机的辊筒温度为60-70℃，辊筒间距为0.5mm，辊筒转速30-45rpm。

技术总结本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种耐磨耐剪切橡胶材料及其制备方法，本发明的一种耐磨耐剪切橡胶材料，所述橡胶材料包括以下重量份原料：丁苯橡胶100份、耐磨填料55‑65份、防老化剂3.5‑5份、抗撕裂剂3.5‑5份，硫化剂3‑4份；所述耐磨填料为炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合短纤维。本发明制备得到的橡胶材料，利用炭黑/改性石墨烯/三元乙丙橡胶纳米复合短纤维作为耐磨填料，得到橡胶材料具有更好的耐磨性能，耐剪切性能。技术研发人员：周亮,刘光超,刘春红,胡必海受保护的技术使用者：重庆凌峰橡塑制品股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13