本發(fā)明屬于橡膠領(lǐng)域，具體指一種氟橡膠磨輥密封圈材料及其制備方法
背景技術(shù)：
：隨著對汽車節(jié)能、環(huán)保要求的不斷提高，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)等新技術(shù)不斷推廣，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)機(jī)體的溫度也不斷提高。這就對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封用橡膠材料的要求越來越高。目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封所用的橡膠材料主要是氟橡膠材料，用氟橡膠材料制造的質(zhì)量較好的發(fā)動(dòng)機(jī)油封在6000轉(zhuǎn)/分鐘的臺(tái)架試驗(yàn)中，壽命在1000-1500小時(shí)左右，不能滿足乘用車30萬公里無泄漏的要求。如何改進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封用氟橡膠材料，提高材料的耐熱性能、降低材料的摩擦系數(shù)，從而延長汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封使用壽命，已成為目前亟待解決的技術(shù)問題。氟橡膠(FKM)是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上接有氟原子的一種合成高分子彈性體。氟原子的半徑小、電負(fù)性極強(qiáng)，能夠緊密地排列在碳原子的周圍，生成鍵能很高的氟碳鍵，對碳碳鍵產(chǎn)生很好的屏蔽作用。因而氟橡膠具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，被用作密封材料廣泛應(yīng)用于國防、軍工、航天航空、汽車、石油化工等領(lǐng)域。氟橡膠用作磨輥密封圈，具有其它橡膠無法比擬的優(yōu)勢：耐高溫、耐燃料油、耐強(qiáng)氧化劑、耐天然老化等。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的氟橡膠磨輥密封圈的耐磨性能較差，尤其是在高溫、高速環(huán)境下，已無法滿足現(xiàn)實(shí)需求。石墨稀最早是由英國曼徹斯特大學(xué)的AndreGeim在2004年制得的。石墨稀被認(rèn)為是富勒煤、碳納米管、石墨的基本結(jié)構(gòu)單元，因其力學(xué)、量子和電學(xué)性質(zhì)特殊，受到物理和材料學(xué)界高度關(guān)注。石墨稀的拉伸模量和極限強(qiáng)度與單臂碳納來管相當(dāng)，其質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性好且比表面積大。石墨稀是單層石墨，原料易得、價(jià)格便宜，有望成為聚合物基破納米復(fù)合材料的新型關(guān)鍵功能材料。石墨稀/聚合物納米復(fù)合材料具有良好的應(yīng)用前景，人們對其制備進(jìn)行了廣泛研究。目前制備石墨稀/聚合物納米復(fù)合材料的方法主要包括熔融共混法、原位聚合法、溶液混合法和乳液混合法。目前直接制備的石墨稀納米復(fù)合材料并不多，主要是因?yàn)槭〖炔挥H水也不親油，反應(yīng)活性不高，使得對它進(jìn)行改性比較困難，從而導(dǎo)致與其他材料復(fù)合也比較困難。制備石墨稀納來復(fù)合材料可以先制備氧化石墨稀(grapheneoxide)，讓氧化石墨稀與其他聚合物材料復(fù)合，再將其中的氧化石墨稀還原得到石墨稀納米復(fù)合材料。目前已經(jīng)很多有關(guān)將石墨烯用于改進(jìn)橡膠性能的研究，但是石墨烯由于自身的化學(xué)性能，存在著易于團(tuán)聚，在橡膠材料中分散性能不佳，成本高昂的問題。CN103275368A公開了一種機(jī)械共混制備氧化石墨烯/白炭黑/橡膠納米復(fù)合材料的方法。所述復(fù)合材料中由于石墨烯和白炭黑互相穿插有效抑制了兩種填料自身的聚集，從而得到高度分散、高度剝離且呈納米尺度分散的復(fù)合材料。不但具有較高的模量和較低的滾動(dòng)阻力的同時(shí)，還大幅度提升了橡膠材料的耐磨性能，并進(jìn)一步提高復(fù)合材料的模量和抗撕裂性能，同時(shí)由于氧化石墨烯的片層結(jié)構(gòu)以及良好的自恢復(fù)能力，還賦予了橡膠材料良好的氣體阻隔性能和自愈合能力，具有傳統(tǒng)填料無法比擬的優(yōu)勢。CN104530611A公開了一種磨輥密封圈材料，所述材料包含改性碳化硅和石墨烯復(fù)合材料。石墨烯復(fù)合材料是經(jīng)過原位還原的石墨烯/氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯復(fù)合物，該石墨烯復(fù)合材料易于分散，解決了現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯難剝離、因表觀密度低而導(dǎo)致的加料困難問題，使得石墨烯能在磨輥密封圈材料均勻分散，充分發(fā)揮了石墨烯的作用，有效提高了磨輥密封圈材料的耐磨性及耐熱性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸油封的唇口以一定的抱緊力，抱在曲軸上，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的泄露。由于曲軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，曲軸與油封唇口接觸處產(chǎn)生摩擦，一方面，由于摩擦，油封唇口產(chǎn)生磨損，當(dāng)磨損累積到一定程度必然會(huì)發(fā)生泄露；另一方面，由于高速摩擦，油封唇口處產(chǎn)生大量熱量，橡膠導(dǎo)熱性能差，唇口處的熱量不能迅速擴(kuò)散到機(jī)油中，使唇口溫度過高。連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)油溫度可達(dá)100-120度，油封唇口處的溫度可達(dá)180度以上，對橡膠材料而言，溫度每降低10度，理論壽命可延長一倍。因此降低汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封用氟橡膠材料的摩擦系數(shù)，從而降低油封唇口的磨損量并且會(huì)減少摩擦生熱。提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封用氟橡膠材料的導(dǎo)熱性能，把唇口摩擦產(chǎn)生的熱量迅速傳遞到機(jī)油中，從而降低唇口的溫度。這是延長汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封的使用壽命的最重要措施。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和低的摩擦系數(shù)。本發(fā)明對石墨烯材料進(jìn)行了表面改性，在石墨烯的分子邊界引入聚丙烯酰胺，通過有機(jī)基團(tuán)的引入，使得石墨烯在納米結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)半金屬性質(zhì)，改進(jìn)后的石墨烯可以相對穩(wěn)定的存在于有機(jī)溶劑中，從而有利于石墨烯在橡膠分子中的分散。本發(fā)明還意外的發(fā)現(xiàn)，在對石墨烯進(jìn)行表面改性的同時(shí)引入納米氫氧化鋁材料可以進(jìn)一步改善其導(dǎo)熱性能，聚丙烯酰胺中強(qiáng)大的吸附能力作用于納米氫氧化鋁，從而產(chǎn)生一種復(fù)雜的復(fù)合納米顆粒，這種改性產(chǎn)物可以很好的分散于橡膠材料中，并具有良好的導(dǎo)熱性能，改進(jìn)橡膠的延展性。本發(fā)明的目的在于：提供一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封用氟橡膠。用這種氟橡膠制造的發(fā)動(dòng)機(jī)油封在6000轉(zhuǎn)/分鐘的臺(tái)架試驗(yàn)中，壽命可達(dá)到2500-3200小時(shí)，壽命提高一倍以上。一種發(fā)動(dòng)機(jī)油封氟橡膠，其特征在于每100質(zhì)量份氟橡膠生膠中含有0.5-1.5質(zhì)量份的的改性石墨烯，所述改性石墨烯是氧化石墨經(jīng)過聚丙烯酰胺表面改性與氫氧化共沉淀后經(jīng)過煅燒形成的復(fù)合納米顆粒。所述改性石墨烯的制備方法包括以下步驟：(1)氧化石墨烯分散于去離子水中，加入表面活性劑；(2)加入聚丙烯酰胺溶液，加熱至60-80℃；(3)加入鋁酸鈉溶液，并緩慢調(diào)節(jié)pH值到10-12，得到所述懸濁液；(4)過濾、洗滌；(5)在300-400℃下煅燒1-6h，得到所述改性石墨烯；其中步驟(1)-(3)用超聲波攪拌。所述步驟(4)可以采用噴霧成型，即將步驟(3)得到的懸濁液經(jīng)過噴霧干燥裝置，霧化形成微小的復(fù)合液液滴，在干燥介質(zhì)中脫除水分，得到改性石墨烯顆粒。所述表面活性劑是石油磺酸鹽、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種。所述聚丙烯酰胺的加入量是氧化石墨烯質(zhì)量的50-300％，優(yōu)選是10-150％。所述鋁酸鈉的加入量以Al2O3計(jì)，其用量是氧化石墨烯質(zhì)量的50-100％。所述改性石墨烯顆粒的粒徑為10-500nm，優(yōu)選是30-100nm。所述氟橡膠還包括炭黑、氧化鎂、氫氧化鈣、雙酚AF、BPP、微晶蠟等橡膠助劑。所述氟橡膠的制備方法，包括以下步驟，將100份氟橡膠生膠置于開煉機(jī)上，輥壓10-15min后下片，其中開煉機(jī)前輥的塑煉溫度為55-60℃，開煉機(jī)后輥的塑煉溫度為40-50℃；氟橡膠生膠置于密煉機(jī)中，依次加入0.1-3份微晶蠟、5-25份氧化鎂、1-5份氫氧化鈣、0.5-1.5改性石墨烯、10-40份炭黑，混煉均勻后排料；其中，混煉溫度為50-60℃，混煉時(shí)間為2-3min；處理后的混合料放置12-36h后置于開煉機(jī)中，加入0.5-2份雙酚AF及0.1-0.5份BPP進(jìn)行硫化，一段硫化的硫化溫度為150-180℃，硫化時(shí)間為0.5-1h，繼續(xù)升溫至200-210℃硫化12-24h，最后冷卻到60-80℃以下后下片，即得所述氟橡膠。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下顯著特點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明用改性石墨烯對現(xiàn)有汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封用氟橡膠材料進(jìn)行改良，使氟橡膠材料的摩擦系數(shù)大幅降低，導(dǎo)熱性能大幅提高；從而使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封唇口的磨損量大幅減少，唇口溫度降低，延長了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油封的使用壽命。具體實(shí)施方式改性石墨烯的制備，包括以下步驟：(1)氧化石墨烯分散于去離子水中，加入表面活性劑；(2)加入聚丙烯酰胺凝膠，加熱至70℃；(3)加入鋁酸鈉溶液，并緩慢調(diào)節(jié)pH值到10，得到所述懸濁液；(4)過濾、洗滌；(5)在400℃下煅燒1h，得到所述改性石墨烯；在步驟(1)-(3)中用超聲波攪拌。實(shí)施例1對比例1對比例2實(shí)施例1氟橡膠100100100炭黑N990353535氧化鎂555氫氧化鈣333微晶蠟222雙酚AF1.51.51.5BPP0.30.30.3普通石墨烯00.50改性石墨烯000.5氟橡膠的制備方法，按照以下步驟，將100份氟橡膠生膠置于開煉機(jī)上，輥壓10min后下片，其中開煉機(jī)前輥的塑煉溫度為55℃，開煉機(jī)后輥的塑煉溫度為50℃；氟橡膠生膠置于密煉機(jī)中，依次加入微晶蠟、氧化鎂、氫氧化鈣、改性石墨烯、炭黑，混煉均勻后排料；其中，混煉溫度為50℃，混煉時(shí)間為3min；處理后的混合料放置12h后置于開煉機(jī)中，加入雙酚AF及BPP進(jìn)行硫化，一段硫化的硫化溫度為150℃，硫化時(shí)間為0.5h，繼續(xù)升溫至200℃硫化12h，最后冷卻到80℃以下后下片，即得所述氟橡膠。對比例1對比例2實(shí)施例1拉伸強(qiáng)度/MPa6.911.314.7摩擦系數(shù)(方法A)0.750.400.35熱導(dǎo)率W/(M.K)0.280.460.54臺(tái)架試驗(yàn)小時(shí)125028803250所述臺(tái)架試驗(yàn)是在6000轉(zhuǎn)/分鐘測試的。以上僅是本發(fā)明的實(shí)施范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡是采用本領(lǐng)域公知的等同替換或等同交換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3