輕質(zhì)高強(qiáng)溴化丁基橡膠氣密性材料及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輕質(zhì)高強(qiáng)溴化丁基橡膠氣密性材料及其制備方法和用途，它是將100份溴化丁基橡膠充分溶解分散到0-2份（不包括0份）改性氧化石墨烯中，然后加入6份氧化鋅、1.5份硬脂酸、0.3份促進(jìn)劑2、2'-二硫代二苯并噻唑和0.4份促進(jìn)劑二硫化四甲基秋蘭姆密煉和硫化而成的；上述份數(shù)指的是重量份。強(qiáng)度高、氣密性好、增強(qiáng)劑用量少、密度小的新型氣密性材料的生產(chǎn)加工方法。本發(fā)明材料可廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其適用于對(duì)氣密性要求較高的領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】輕質(zhì)高強(qiáng)溴化丁基橡膠氣密性材料及其制備方法和用途
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)化工合成領(lǐng)域，尤其涉及高強(qiáng)度高氣密性橡膠材料加工，屬于材料合成與加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]溴化丁基橡膠是丁基橡膠的溴化產(chǎn)物，具有優(yōu)良的氣密性、硫化性能和耐老化性能，一般用做氣密性材料。尤其廣泛應(yīng)用于汽車(chē)輪胎內(nèi)胎、空氣墊、密封環(huán)、儲(chǔ)氣材料等。目前制備溴化丁基橡膠密性材料的方法是:現(xiàn)階段通用的加工方法為使用氧化鋅硫化體系硫化，以炭黑或白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑增強(qiáng)橡膠的力學(xué)強(qiáng)度，加入增塑劑、防老劑等改善使用性能。存在的缺陷是:傳統(tǒng)加工方法一般加入30-80份炭黑或白炭黑做補(bǔ)強(qiáng)劑，過(guò)多的無(wú)機(jī)填料增加了橡膠的密度及硬度，破壞了橡膠的氣密性，此外，在加工過(guò)程中還容易造成粉塵污染；為了降低硬度，過(guò)量添加增塑劑往往降低橡膠的使用壽命。
[0003]石墨烯是新型的二維單原子層材料,其厚度僅為一個(gè)碳原子的厚度0.335nm。石墨烯晶格具有六方對(duì)稱性，在石墨烯中，每一個(gè)碳原子通過(guò)sp2雜化與相鄰三個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，構(gòu)成單原子片層結(jié)構(gòu)。而石墨烯由于其獨(dú)特的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)完整的石墨烯的力學(xué)性能可高達(dá)1.06T pa，而且其具有極高的縱橫比，讓其在阻隔氣體方面有著優(yōu)良的性能。在與聚合物復(fù)合使其力學(xué)性能增強(qiáng)、增加導(dǎo)電性等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但石墨烯的制備成本高，容易團(tuán)聚不能在一般條件下穩(wěn)定存在，極大地限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。改性氧化石墨烯克服了石墨烯的分散穩(wěn)定性缺點(diǎn)，且生產(chǎn)成本低廉，易于工業(yè)推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種以溴化丁基橡膠為主要原材料制備一種強(qiáng)度高、氣密性好、增強(qiáng)劑用量少、密度小的新型氣密性材料的生產(chǎn)加工方法。這種材料可廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其適用于對(duì)氣密性要求較高的領(lǐng)域。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明氣密性材料是將100份溴化丁基橡膠充分溶解分散到0-2份(不包括O份)改性氧化石墨烯中，然后加入6份氧化鋅、1.5份硬脂酸(簡(jiǎn)稱SA)、0.3份促進(jìn)劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑(簡(jiǎn)稱DM)和0.4份促進(jìn)劑二硫化四甲基秋蘭姆(簡(jiǎn)稱TMTD)密煉和硫化而成；上述份數(shù)指的是重量份；其中改性氧化石墨烯的制備方法是:
[0006]取等質(zhì)量的氧化石墨烯和十八胺分別溶于水和N，N- 二甲基甲酰胺(簡(jiǎn)稱DMF)中，然后將兩種液體混合在100°c下反應(yīng)回流22h，經(jīng)真空抽濾，乙醇清洗抽濾，置于真空干燥箱中60°C下干燥至恒重，即得到十八胺接枝氧化石墨烯，又稱改性氧化石墨烯。
[0007]本發(fā)明氣密性材料的制備方法是:
[0008]第一步:原料準(zhǔn)備
[0009]原料包括溴化丁基橡膠100份、改性氧化石墨烯0-2份(不包括O份)、氧化鋅6份、硬脂酸1.5份、促進(jìn)劑TMTD0.4份和促進(jìn)劑DM0.3份；
[0010]第二步:將改性氧化石墨烯分散于橡膠中[0011]將溴化丁基橡膠按照1:10的比例溶解到環(huán)己烷溶劑中，加入改性氧化石墨烯，充分?jǐn)嚢璩暦稚?，在真空烘箱?0°c條件下干燥至恒重；
[0012]第三步:混煉及下片
[0013]在室溫下，將硫化劑氧化鋅、硫化劑硬脂酸、促進(jìn)劑TMTD和促進(jìn)劑DM —起在密煉機(jī)中與第二步產(chǎn)物共混，并在開(kāi)煉機(jī)上下片；
[0014]第四步:硫化
[0015]將第三步混合材料在硫化儀上以175°C、10MPa的條件下硫化5分鐘，制得輕質(zhì)高強(qiáng)氣密性材料。
[0016]經(jīng)檢測(cè):本發(fā)明橡膠的性能指標(biāo)如下:
[0017]拉伸強(qiáng)度:5.7-9.9Mpa (檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn):GB/T528-1998)
[0018]拉斷伸長(zhǎng)率:680-1081%(檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn):GB/T528-1998)
[0019]密度:0.92-0.95g/cm3
[0020]邵爾A硬度:27-32度(檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn):GB531—1999)
[0021]氧氣滲透系數(shù):0.30-0.60cc*mm/m2-d-mmHg (檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn):ASTM D3985，60°C)
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:`[0023](I)本發(fā)明通過(guò)石墨制備氧化石墨烯，工藝簡(jiǎn)單成本低廉，氧化石墨烯能很好的分散，其表面含有豐富的羧基、羥基、環(huán)氧基等含氧基團(tuán)，有利于其片層分散和進(jìn)一步的表面改性，通過(guò)對(duì)氧化石墨烯的不同表面改型，可以使橡膠等其余不同的聚合物很好的復(fù)合。
[0024](2)本發(fā)明在傳統(tǒng)氣密性材料的生產(chǎn)加工方法基礎(chǔ)上，以改型氧化石墨烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)劑炭黑，通過(guò)溶液法加入補(bǔ)強(qiáng)劑，在橡膠生產(chǎn)階段即可加入，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序、減少了粉塵污染，促進(jìn)環(huán)保。
[0025](3)由于石墨烯的納米級(jí)尺寸及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得很少的加入量就可得到很好的補(bǔ)強(qiáng)效果。0.5-5份的加入量即可達(dá)到甚至超過(guò)傳統(tǒng)炭黑50份加入量的補(bǔ)強(qiáng)效果。由于減少了無(wú)機(jī)填料的添加，極大地降低氣密性材料的密度及硬度，減少了增塑劑的使用。
[0026](4)由于石墨烯的單片層結(jié)構(gòu)，其具有極高的縱橫比，使得其分散在橡膠中有很好的氣體阻隔性，能很好的增強(qiáng)溴化丁基橡膠的氣密性。使得溴化丁基橡膠能應(yīng)用在對(duì)氣密性要求苛刻的特殊場(chǎng)合。如高級(jí)汽車(chē)內(nèi)胎、高壓氣罐封裝、儲(chǔ)氫材料等。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是投射電鏡下氧化石墨烯在N，N- 二甲基甲酰胺中分散的單片層結(jié)構(gòu)。
[0028]圖2是掃描電鏡下1.5份改性氧化石墨烯在溴化丁基橡膠中的分布。
【具體實(shí)施方式】:
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0030]實(shí)施例一
[0031]原料配比為:包括溴化丁基橡膠100份、改性氧化石墨烯1.5份、氧化鋅6份、硬脂酸1.5份、促進(jìn)劑TMTD0.4份和促進(jìn)劑DM0.3份；
[0032]制備方法為:
[0033]第一步:制備改性氧化石墨烯[0034]稱取等質(zhì)量的氧化石墨烯和十八胺，然后將氧化石墨烯置于燒杯中加入水在100W功率超聲震蕩分散3h得到均勻的分散液；將十八胺充分溶于二甲基甲酰胺(簡(jiǎn)稱DMF)中放置備用，一般Ig十八胺需要100ml 二甲基甲酰胺；將上述得到的兩種液體轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中在100°C下反應(yīng)回流22h，將產(chǎn)物真空抽濾，并用乙醇清洗抽濾5次，置于真空干燥箱中60°C下干燥至恒重，即可得到改性氧化石墨烯；
[0035]第二步:將改性氧化石墨烯分散于橡膠中
[0036]將溴化丁基橡膠溶解到環(huán)己烷溶劑中，加入0.5份改性氧化石墨烯，充分?jǐn)嚢璩暦稚?，在真空烘箱?0°C條件下干燥至恒重；
[0037]第三步:混煉及下片
[0038]在室溫下，將硫化劑氧化鋅、硫化劑硬脂酸、促進(jìn)劑TMTD和促進(jìn)劑DM —起在密煉機(jī)中與第二步產(chǎn)物共混，并在開(kāi)煉機(jī)上下片；
[0039]第四步:硫化
[0040]將第三步混合材料在硫化儀上以175°C、IOMPa的條件下硫化5分鐘，制得輕質(zhì)高強(qiáng)氣密性材料。
[0041]經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例一氣密性材料的力學(xué)性能參數(shù)為:
[0042]拉伸強(qiáng)度:9.77Mpa
[0043]拉斷伸長(zhǎng)率:1074%
[0044]邵爾A硬度:30度`
[0045]密度:0.94g/cm3
[0046]氧氣滲透系數(shù):0.35cc*mm/m2-d-mmHg
[0047]實(shí)施例二、三、四和實(shí)施例一基本相同，不同的是改變了改性氧化石墨烯的份數(shù)，制備方法見(jiàn)實(shí)施例一。各實(shí)施例中各組分具體配比和制備的材料性能情況見(jiàn)表1。
【權(quán)利要求】
1.一種輕質(zhì)高強(qiáng)溴化丁基橡膠氣密性材料，其特征在于，它是將100份溴化丁基橡膠充分溶解分散到0-2份(不包括O份)改性氧化石墨烯中，然后加入6份氧化鋅、1.5份硬脂酸、0.3份促進(jìn)劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑和0.4份促進(jìn)劑二硫化四甲基秋蘭姆密煉和硫化而成的；這種氣密性材料的拉伸強(qiáng)度為5.7-9.9Mpa ;拉斷伸長(zhǎng)率為680-1081% ;密度為0.92-0.95g/cm3 ;邵爾 A 硬度為 27-32 度；氧氣滲透系數(shù)為 0.30-0.60cc Wm2-d-mmHg ； 上述份數(shù)指的是重量份； 上述改性氧化石墨烯的制備方法是: 取等質(zhì)量的氧化石墨烯和十八胺分別溶于水和N，N-二甲基甲酰胺中，然后將兩種液體混合在100°C下反應(yīng)回流22h，經(jīng)真空抽濾，乙醇清洗抽濾，置于真空干燥箱中60°C下干燥至恒重，即得到十八胺接枝氧化石墨烯，又稱改性氧化石墨烯。
2.一種如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)溴化丁基橡膠氣密性材料的制備方法，其特征在于， 第一步:原料準(zhǔn)備 原料包括溴化丁基橡膠100份、改性氧化石墨烯0-2份(不包括O份)、氧化鋅6份、硬脂酸1.5份、促進(jìn)劑二硫化四甲基秋蘭姆0.4份和促進(jìn)劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑0.3份；第二步:將改性氧化石墨烯分散于橡膠中 將溴化丁基橡膠按照1:10的比例溶解到環(huán)己烷溶劑中，加入改性氧化石墨烯，充分?jǐn)嚢璩暦稚ⅲ谡婵蘸嫦渲?0°C條件下干`燥至恒重； 第三步:混煉及下片 在室溫下，將硫化劑氧化鋅、硫化劑硬脂酸、促進(jìn)劑二硫化四甲基秋蘭姆和促進(jìn)劑2、2’ - 二硫代二苯并噻唑一起在密煉機(jī)中與第二步產(chǎn)物共混，并在開(kāi)煉機(jī)上下片； 第四步:硫化 將第三步混合材料在硫化儀上以175°C、IOMPa的條件下硫化5分鐘，制得輕質(zhì)高強(qiáng)氣密性材料。
3.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)溴化丁基橡膠氣密性材料在高級(jí)汽車(chē)內(nèi)胎、高壓氣罐封裝或儲(chǔ)氫材料上的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C08K3/04GK103497437SQ201310496248
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】劉欣, 梁雷, 何海峰, 趙麗芬, 靳濤 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)