本發(fā)明屬于羅拉皮輥材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥及其制備方法。

背景技術(shù)：

紡紗機(jī)械上所用的上羅拉，大多是表面包覆彈性物的，俗稱(chēng)皮輥，在紡織技術(shù)領(lǐng)域，羅拉皮輥一般用于羅拉牽伸機(jī)、針梳機(jī)、精梳機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、布料的無(wú)靜電拉伸等。在使用時(shí)，將羅拉皮套筒套于輥體上，使羅拉皮套筒隨著輥體的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，羅拉皮套筒的內(nèi)側(cè)設(shè)有花紋，以防止羅拉皮套筒與輥體之間發(fā)生滑動(dòng)。但是，由于傳統(tǒng)的羅拉皮輥彈性和耐磨性較差，羅拉皮輥長(zhǎng)時(shí)間工作之后會(huì)因?yàn)槟Σ辽鸁岫鴾囟壬?，?dǎo)致羅拉皮套筒的內(nèi)徑變大，進(jìn)而使羅拉皮套筒與輥體之間的縫隙加大，從而產(chǎn)生松動(dòng)，羅拉皮套筒不再隨著輥體轉(zhuǎn)動(dòng)，使用壽命短，紡出的紗線粗細(xì)不均，產(chǎn)品質(zhì)量難以提高。

丁腈橡膠是用于制備羅拉皮輥的主要原料，它是由丁二烯和丙烯腈經(jīng)乳液聚合法制得的，主要采用低溫乳液聚合法生產(chǎn)，其分子鏈中含有不飽和雙鍵和極性基團(tuán)，因而具有極好的耐油、耐磨、耐老化等性能，主要用于制造耐油橡膠制品，被廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、交通工具等諸多領(lǐng)域，但是，丁腈橡膠的彈性和強(qiáng)度稍低，并且在實(shí)際使用過(guò)程中，丁腈橡膠由于具有較低的電導(dǎo)率，從而容易產(chǎn)生電荷集聚，靜電現(xiàn)象很明顯，因此，在紡織羅拉皮輥使用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)紗線飛花及毛絮嚴(yán)重的現(xiàn)象，對(duì)紗線加工環(huán)境造成影響。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個(gè)碳原子圍成的六邊形，厚度為一個(gè)原子層，碳原子之間由σ鍵連接，結(jié)合方式為sp2雜化，這些σ鍵賦予了石墨烯極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性，石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強(qiáng)100倍，甚至還要超過(guò)鉆石，石墨烯既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍；同時(shí)，它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％，它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料；在石墨烯中，每個(gè)碳原子都有一個(gè)未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)光速的1/300，賦予了石墨烯良好的導(dǎo)電性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了一種基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥及其制備方法，該制備方法制得的羅拉皮輥，不僅提高了羅拉皮輥的彈性和機(jī)械強(qiáng)度，而且提高了羅拉皮輥的電導(dǎo)率，對(duì)纖維在紡紗、織造過(guò)程中產(chǎn)生的電荷實(shí)現(xiàn)很好的消除，實(shí)現(xiàn)抗靜電的效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥，所述羅拉皮輥包括以下重量份數(shù)的組分：丁腈橡膠80-100份、氧化鋅5-8份、硬脂酸1-5份、防老劑1-3份、促進(jìn)劑NOBS 1-2份、硫磺1-3份、補(bǔ)強(qiáng)填充劑30-50份、功能助劑0.1-20份。

進(jìn)一步的，所述防老劑為水楊酸苯酯、二苯甲酮和亞磷酸酯中的任意一種或兩種以上以任意比例混合而成。

進(jìn)一步的，所述補(bǔ)強(qiáng)填充劑為碳酸鈣、二氧化鈦和導(dǎo)電炭黑中的任意一種或兩種以上以任意比例混合而成。

進(jìn)一步的，所述補(bǔ)強(qiáng)填充劑由碳酸鈣∶二氧化鈦∶導(dǎo)電炭黑以2∶1∶3的重量比混合而成。

進(jìn)一步的，所述功能助劑為為石墨烯、導(dǎo)電石墨和導(dǎo)電云母中的任意一種或兩種以上以任意比例混合而成。

進(jìn)一步的，所述羅拉皮輥包括以下重量份數(shù)的組分：丁腈橡膠100份、氧化鋅6份、硬脂酸3份、二甲苯酮2份、促進(jìn)劑NOBS 2份、硫磺3份、補(bǔ)強(qiáng)填充劑30份、功能助劑5份。

本發(fā)明還提供了一種基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥的制備方法，按照上述重量份數(shù)稱(chēng)取各原料，在開(kāi)煉機(jī)上混煉，具體包括以下步驟：

(1)將丁腈橡膠投入開(kāi)煉機(jī)中，以150-250rpm的攪拌速度塑煉30-35min得到橡膠主料，然后于80-95℃混煉30-40min；

(2)然后將氧化鋅、硬脂酸和防老劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以180-280rpm的攪拌速度塑煉40-55min，然后于85-100℃混煉40-50min；

(3)然后將補(bǔ)強(qiáng)填充劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以150-250rpm的攪拌速度塑煉40-55min，然后于85-105℃混煉40-50min；

(4)再將功能助劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以200-350rpm的攪拌速度塑煉50-60min，然后于80-95℃混煉40-50min；

(5)最后將促進(jìn)劑NOBS和硫磺投入開(kāi)煉機(jī)中，以150-250rpm的攪拌速度塑煉30-40min，然后于100-115℃混煉40-50min，混煉均勻后，下片；

(6)用平板硫化機(jī)硫化試樣，將所述步驟(5)的產(chǎn)物在硫化條件為150-200℃、壓力為10MPa下，硫化10-90min，制成顆粒狀組合物，制得基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥材料；

(7)將所述步驟(6)的羅拉皮輥材料裝入模具，壓模、成型，最終制得基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥。

優(yōu)選的，一種基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥的制備方法，按照上述重量份數(shù)稱(chēng)取各原料，在開(kāi)煉機(jī)上混煉，具體包括以下步驟：

(1)將丁腈橡膠投入開(kāi)煉機(jī)中，以200rpm的攪拌速度塑煉30min得到橡膠主料，然后于90℃混煉30min；

(2)然后將氧化鋅、硬脂酸和二甲苯酮投入開(kāi)煉機(jī)中，以260rpm的攪拌速度塑煉50min，然后于100℃混煉45min；

(3)然后將補(bǔ)強(qiáng)填充劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以200rpm的攪拌速度塑煉50min，然后于95℃混煉45min；

(4)再將功能助劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以250rpm的攪拌速度塑煉55min，然后于85℃混煉45min；

(5)最后將促進(jìn)劑NOBS和硫磺投入開(kāi)煉機(jī)中，以200rpm的攪拌速度塑煉40min，然后于110℃混煉45min，混煉均勻后，下片；

(6)用平板硫化機(jī)硫化試樣，將所述步驟(5)的產(chǎn)物在硫化條件為180℃、壓力為10MPa下，硫化60min，制成顆粒狀組合物，制得基于石墨烯的改性丁腈橡膠材料；

(7)將所述步驟(6)的改性丁腈橡膠材料裝入模具，壓模、成型，最終制得基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥。

與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明采用丁腈橡膠作為羅拉皮輥的主料，使羅拉皮輥具有優(yōu)異的耐油、耐磨和耐老化性能，延長(zhǎng)了羅拉皮輥的使用壽命；通過(guò)功能助劑石墨烯/導(dǎo)電石墨/導(dǎo)電云母混合物的添加，不僅提高了羅拉皮輥的彈性和強(qiáng)度，而且提高皮輥羅拉的電導(dǎo)率，對(duì)纖維在紡紗、織造過(guò)程中因摩擦產(chǎn)生的電荷實(shí)現(xiàn)很好的消除，達(dá)到抗靜電效果；通過(guò)氧化鋅和硬脂酸的添加，增加了改性石墨烯與橡膠分子的物理交聯(lián)點(diǎn)，也使改性石墨烯穩(wěn)定、均勻地分散在橡膠分子之間，因而在受到外界沖擊作用力時(shí)，橡膠分子能有效地將載荷轉(zhuǎn)移到高機(jī)械強(qiáng)度的石墨烯上，從而大大提高了羅拉皮輥的耐磨性能和彈性性能，使之具有足夠的抗彎和抗扭剛度，能有效握持纖維又不致?lián)p傷，對(duì)浮游纖維實(shí)現(xiàn)有效控制，紡出的紗線粗細(xì)均勻，有效保證產(chǎn)品質(zhì)量；又通過(guò)添加碳酸鈣、二氧化鈦和導(dǎo)電炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)填充劑，擴(kuò)大了本發(fā)明容積、降低了成本，增強(qiáng)了羅拉皮輥的耐磨性能和抗撕裂性能；以促進(jìn)劑NOBS和硫磺粉構(gòu)成硫化體系，具有硫化速度快，壓縮變形率低等特點(diǎn)，促進(jìn)形成“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”的同時(shí)形成了一種“整體網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”，從而增強(qiáng)羅拉皮輥的彈性、耐磨性和強(qiáng)度；通過(guò)添加防老劑，提高了羅拉皮輥的抗氧化能力和耐老化能力。因此，本發(fā)明制成的羅拉皮輥具有優(yōu)異的耐油和耐磨性能，并通過(guò)石墨烯的添加，不僅提高了羅拉皮輥的彈性和機(jī)械強(qiáng)度，而且提高了皮輥羅拉的電導(dǎo)率，對(duì)纖維在紡織、織造過(guò)程中因摩擦產(chǎn)生的電荷實(shí)現(xiàn)很好的消除，達(dá)到抗靜電效果，不僅延長(zhǎng)了羅拉皮輥的使用壽命，還改善了紗線的加工環(huán)境、提高了紗線加工質(zhì)量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥的制備方法，按照上述重量份數(shù)稱(chēng)取各原料，在開(kāi)煉機(jī)上混煉，具體包括以下步驟：

(1)將丁腈橡膠投入開(kāi)煉機(jī)中，以150-250rpm的攪拌速度塑煉30-35min得到橡膠主料，然后于80-95℃混煉30-40min；

(2)然后將氧化鋅、硬脂酸和防老劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以180-280rpm的攪拌速度塑煉40-55min，然后于85-100℃混煉40-50min；

(3)然后將補(bǔ)強(qiáng)填充劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以150-250rpm的攪拌速度塑煉40-55min，然后于85-105℃混煉40-50min；

(4)再將功能助劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以200-350rpm的攪拌速度塑煉50-60min，然后于80-95℃混煉40-50min；

(5)最后將促進(jìn)劑NOBS和硫磺投入開(kāi)煉機(jī)中，以150-250rpm的攪拌速度塑煉30-40min，然后于100-115℃混煉40-50min，混煉均勻后，下片；

(6)用平板硫化機(jī)硫化試樣，將所述步驟(5)的產(chǎn)物在硫化條件為150-200℃、壓力為10MPa下，硫化10-90min，制成顆粒狀組合物，制得基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥材料。

(7)將所述步驟(6)的羅拉皮輥材料裝入模具，壓模、成型，最終制得基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥。

基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥，所述羅拉皮輥包括以下重量份數(shù)的組分：丁腈橡膠80份、氧化鋅5份、硬脂酸1份、防老劑1份、促進(jìn)劑NOBS 1份、硫磺1份、補(bǔ)強(qiáng)填充劑30份、功能助劑0.1份。所述防老劑為水楊酸苯酯、二苯甲酮和亞磷酸酯中的任意一種或兩種以上以任意比例混合而成；所述補(bǔ)強(qiáng)填充劑為碳酸鈣、二氧化鈦和導(dǎo)電炭黑中的任意一種或兩種以上以任意比例混合而成的混合物；所述功能助劑為石墨烯、導(dǎo)電石墨和導(dǎo)電云母中的任意一種或兩種以上以任意比例混合而成。

實(shí)施例2：

與實(shí)施例1不同的是，基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥，所述羅拉皮輥包括以下重量份數(shù)的組分：丁腈橡膠100份、氧化鋅8份、硬脂酸5份、防老劑3份、促進(jìn)劑NOBS 2份、硫磺3份、補(bǔ)強(qiáng)填充劑50份、功能助劑20份。

實(shí)施例3：

與實(shí)施例1和2不同的是，基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥，所述羅拉皮輥包括以下重量份數(shù)的組分：丁腈橡膠100份、氧化鋅6份、硬脂酸3份、防老劑2份、促進(jìn)劑NOBS2份、硫磺3份、補(bǔ)強(qiáng)填充劑30份、功能助劑5份。所述防老劑僅選用2份二甲苯酮；所述補(bǔ)強(qiáng)填充劑由碳酸鈣∶二氧化鈦∶導(dǎo)電炭黑以2∶1∶3的重量比混合而成，即所述碳酸鈣為10份，所述二氧化鈦為5份，所述炭黑為15份；所述功能助劑為石墨烯/導(dǎo)電石墨/導(dǎo)電云母混合物。

實(shí)施例4：

與實(shí)施例1-3不同的是，一種基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥的制備方法，按照上述重量份數(shù)稱(chēng)取各原料，在開(kāi)煉機(jī)上混煉，具體包括以下步驟：

(1)將丁腈橡膠投入開(kāi)煉機(jī)中，以200rpm的攪拌速度塑煉30min得到橡膠主料，然后于90℃混煉30min；

(2)然后將氧化鋅、硬脂酸和二甲苯酮投入開(kāi)煉機(jī)中，以260rpm的攪拌速度塑煉50min，然后于100℃混煉45min；

(3)然后將補(bǔ)強(qiáng)填充劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以200rpm的攪拌速度塑煉50min，然后于95℃混煉45min；

(4)再將功能助劑投入開(kāi)煉機(jī)中，以250rpm的攪拌速度塑煉55min，然后于85℃混煉45min；

(5)最后將促進(jìn)劑NOBS和硫磺投入開(kāi)煉機(jī)中，以200rpm的攪拌速度塑煉40min，然后于110℃混煉45min，混煉均勻后，下片；

(6)用平板硫化機(jī)硫化試樣，將所述步驟(5)的產(chǎn)物在硫化條件為180℃、壓力為10MPa下，硫化60min，制成顆粒狀組合物，制得基于石墨烯的改性丁腈橡膠材料。

(7)將所述步驟(6)的改性丁腈橡膠材料裝入模具，壓模、成型，最終制得基于石墨烯/丁腈橡膠復(fù)合的羅拉皮輥。

以上所述僅為發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。