一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種橡膠復(fù)合材料，更具體的說涉及一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠 復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車多楔帶是一種工作面帶有齒形結(jié)構(gòu)的環(huán)形帶，廣泛用作汽車內(nèi)燃機的風扇、 電機、水泵、壓縮機、動力轉(zhuǎn)向泵、增壓器等傳動用帶。目前，汽車多楔帶主要采用EPDM (三 元乙丙橡膠)、CR (氯丁橡膠）等作橡膠主體材料；為滿足傳動要求，同時在橡膠中添加各種 補強填料。碳納米管（CNTs)是由碳石墨層卷曲而構(gòu)成的一種管狀材料，其直徑范圍通常為 1 nm-50 nm范圍；依照其長度、粗細、螺旋性及層數(shù)的不同，碳納米管具有多種結(jié)構(gòu)。碳納 米管具有低密度、高比模量、高強度、良好的電導(dǎo)性和溫度傳導(dǎo)性能等特性。
[0003] 中國發(fā)明專利申請公布號：CN103012872A、申請公布日：2013年4月3日、名稱為 《一種耐磨橡膠復(fù)合材料》的發(fā)明專利申請中，公開了一種耐磨橡膠復(fù)合材料，其以天然橡 膠或合成橡膠為基體、采用瀝青基中間相石墨碳微球為耐磨劑、碳納米管為增強劑形成高 耐磨性的碳微球/碳納米管/橡膠三元復(fù)合材料。該橡膠復(fù)合材料耐磨性能高、使用壽命 較長，具有很大的實用價值；但是，該耐磨橡膠復(fù)合材料的撕裂強度較低、定伸應(yīng)力較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的碳納米管橡膠復(fù)合材料撕裂強度較低、定伸應(yīng)力較 低等問題，提供一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料及其制備方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù) 合材料，其組成和各組份的質(zhì)量份數(shù)為： EPDM生膠100份， 碳納米管1. 5-15份， 硅烷偶聯(lián)劑0. 01-0. 5份， 炭黑30-80份， 短纖維2-50份， 防老劑1-5份， 氧化鋅1-10份， 硬脂酸〇. 5-5份， 石賭油10-30份， 硫化劑2-7份， 促進劑1-5份。
[0006] 所述的碳納米管質(zhì)量份數(shù)為5-9份。
[0007] 所述的碳納米管為呈一維有序排列的碳納米陣列管。
[0008] 所述的硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量份數(shù)為0. 05-0. 2份。
[0009] 所述的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷。
[0010] 一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟： 步驟一、碳納米管的預(yù)處理：將硅烷偶聯(lián)劑用2-5倍質(zhì)量無水乙醇稀釋后，與碳納米管 在高速混合機中混合15-60 min，經(jīng)100 °C干燥1-2 h后，得硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管； 步驟二、在由EPDM生膠、炭黑、短纖維、防老劑、氧化鋅、硬脂酸、石蠟油、硫化劑和促進 劑組成的EPDM混煉橡膠經(jīng)密煉機混煉或者開煉機塑煉過程中加入經(jīng)偶聯(lián)劑處理的碳納米 管： 將經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管與炭黑混合，再與EPDM生膠、短纖維、防老劑、氧化 鋅、硬脂酸、石蠟油、硫化劑、促進劑混合，經(jīng)密煉機機械混煉，停放4-6h后，在開煉機上薄 通塑煉10-20次，使碳納米管分散在EPDM混煉橡膠中，然后經(jīng)過160°C硫化20 min后，得到 碳納米管橡膠復(fù)合材料， 或者在開煉機上塑煉EPDM混煉橡膠時分批加入經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管，再經(jīng) 開煉機薄通塑煉10-20次，使碳納米管分散在EPDM混煉橡膠中，然后經(jīng)過160 °C硫化20 min 后，得到碳納米管橡膠復(fù)合材料。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是： 1、本發(fā)明中的橡膠復(fù)合材料包括EPDM生膠、碳納米管、硅烷偶聯(lián)劑、炭黑、短纖維、防 老劑、氧化鋅、硬脂酸、石蠟油、硫化劑和促進劑。即將碳納米管和硅烷偶聯(lián)劑添加到EPDM 橡膠中，一方面顯著提高了該橡膠復(fù)合材料的耐磨性能，另一方面顯著提高了該橡膠復(fù)合 材料的定伸應(yīng)力及撕裂強度等性能；使得橡膠復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學性能和耐熱性能， 使用該橡膠復(fù)合材料作為汽車多楔帶的基體橡膠，可顯著提高汽車多楔帶的耐磨性能和使 用壽命，滿足汽車多楔帶的耐熱性能、耐磨性能要求。
[0012] 2、本發(fā)明中的制備方法是在EPDM橡膠混煉過程中加入經(jīng)偶聯(lián)劑處理的碳納米 管，再經(jīng)硫化制得碳納米管橡膠復(fù)合材料。碳納米管經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理，有助于降低碳納 米管表面能，有利于碳納米管在EPDM混煉橡膠內(nèi)的分散；在橡膠混煉過程中加入經(jīng)偶聯(lián)劑 處理的碳納米管，經(jīng)開煉機反復(fù)薄通塑煉后，可使碳納米管分散在EPDM混煉橡膠中；同時， 采用橡膠的傳統(tǒng)混煉工藝、硫化工藝制備碳納米管橡膠復(fù)合材料的方法，操作簡單，技術(shù)成 熟。
【具體實施方式】
[0013] 以下結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0014] 一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料，其組成和各組份的質(zhì)量份數(shù)為： EPDM生膠100份， 碳納米管1. 5-15份， 硅烷偶聯(lián)劑0. 01-0. 5份， 炭黑30-80份， 短纖維2-50份， 防老劑1-5份， 氧化鋅1-10份， 硬脂酸〇. 5-5份， 石賭油10-30份， 硫化劑2-7份， 促進劑1-5份。
[0015] 優(yōu)選的，所述的碳納米管質(zhì)量份數(shù)為5-9份。
[0016] 優(yōu)選的，所述的碳納米管為呈一維有序排列的碳納米陣列管；通常情況下，選擇的 碳納米管管徑為6-8 nm，長度大于50 y m。
[0017] 優(yōu)選的，所述的硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量份數(shù)為0. 05-0. 2份。
[0018] 優(yōu)選的，所述的硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550)。
[0019] 一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟： 步驟一、碳納米管的預(yù)處理：將硅烷偶聯(lián)劑用2-5倍質(zhì)量無水乙醇稀釋后，與碳納米管 在高速混合機中混合15-60 min，經(jīng)100 °C干燥1-2 h后，得硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管。
[0020] 步驟二、在由EPDM生膠、炭黑、短纖維、防老劑、氧化鋅、硬脂酸、石蠟油、硫化劑和 促進劑組成的EPDM混煉橡膠經(jīng)密煉機混煉或者開煉機塑煉過程中加入經(jīng)偶聯(lián)劑處理的碳 納米管： 將經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管與炭黑混合，再與EPDM生膠、短纖維、防老劑、氧化 鋅、硬脂酸、石蠟油、硫化劑、促進劑混合，經(jīng)密煉機機械混煉，停放4-6h后，在開煉機上薄 通塑煉10-20次，使碳納米管分散在EPDM混煉橡膠中，然后經(jīng)過160°C硫化20 min后，得到 碳納米管橡膠復(fù)合材料； 或者在開煉機上塑煉EPDM混煉橡膠時分批加入經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管，再經(jīng) 開煉機薄通塑煉10-20次，使碳納米管分散在EPDM混煉橡膠中，然后經(jīng)過160 °C硫化20 min 后，得到碳納米管橡膠復(fù)合材料。
[0021] 實施例1 一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料，各組份的質(zhì)量份數(shù)為： EPDM生膠100份，F(xiàn)loTube 7000碳納米管1. 5份，KH-550硅烷偶聯(lián)劑0. 01份，炭黑 60份，短纖維25份，防老劑RD 3份，氧化鋅5份，硬脂酸1份，石蠟油20份，硫磺5份， 秋蘭姆類促進劑2份。
[0022] 制備方法： 將硅烷偶聯(lián)劑0. 01份用3倍質(zhì)量無水乙醇稀釋后，與1. 5份FloTube 7000碳納米管 在高速混合機中混合30 min，100 °C干燥1 h，得經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管；將經(jīng)硅烷 偶聯(lián)劑處理的碳納米管與炭黑混合，再與EPDM生膠100份、短纖維25份、防老劑RD 3份、 氧化鋅5份、硬脂酸1份、石蠟油20份、硫磺5份和秋蘭姆類促進劑2份混合，然后在密 煉機上機械混煉，停放4h后，經(jīng)開煉機薄通塑煉15次，得碳納米管EPDM混煉橡膠，最后經(jīng) 160°C硫化20 min得碳納米管橡膠復(fù)合材料。其性能見表1。
[0023] 實施例2 一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料，各組份的質(zhì)量份數(shù)為： EPDM生膠100份，F(xiàn)loTube 7000碳納米管3份，KH-550硅烷偶聯(lián)劑0. 05份，炭黑60 份，短纖維25份，防老劑RD 3份，氧化鋅5份，硬脂酸1份，石蠟油20份，硫磺5份，秋蘭 姆類促進劑2份。
[0024] 制備方法： 將硅烷偶聯(lián)劑0. 05份用2倍質(zhì)量無水乙醇稀釋后，與3份FloTube 7000碳納米管在高 速混合機中混合30 min，100 °C干燥1 h，得經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管；將經(jīng)硅烷偶聯(lián) 劑處理的碳納米管與炭黑混合，再與EPDM生膠100份、短纖維25份、防老劑RD 3份、氧化 鋅5份、硬脂酸1份、石蠟油20份、硫磺5份和秋蘭姆類促進劑2份混合，然后在密煉機 上機械混煉，停放4h后，經(jīng)開煉機薄通塑煉15次，得碳納米管EPDM混煉橡膠，最后經(jīng)160°C 硫化20 min得碳納米管橡膠復(fù)合材料。其性能見表1。
[0025] 實施例3 一種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料，各組份的質(zhì)量份數(shù)為： EPDM生膠100份，碳納米陣列管FloTube 7000 5份，KH-550硅烷偶聯(lián)劑0.15份，炭 黑60份，短纖維25份，防老劑RD 3份，氧化鋅5份，硬脂酸1份，石蠟油20份，硫磺5 份，秋蘭姆類促進劑2份。
[0026] 制備方法：將硅烷偶聯(lián)劑0. 15份用4倍質(zhì)量無水乙醇稀釋后，與5份碳納米陣列 管FloTube7000在高速混合機中混合15 min，100 °C干燥1.5 h，得經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的 碳納米管；將EPDM生膠100份，炭黑60份，短纖維25份，防老劑RD 3份，氧化鋅5份，硬 脂酸1份，石蠟油20份，硫磺5份，秋蘭姆類促進劑2份混合，然后在密煉機上機械混煉， 停放5h，在開煉機上塑煉EPDM混煉橡膠時分批加入經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的碳納米管，再經(jīng)開 煉機薄通塑煉10次，在剪切力作用下使碳納米管分散在EPDM混煉橡膠中，得碳納米管EPDM 混煉橡膠，最后經(jīng)160 °C硫化20 min得碳納米管橡膠復(fù)合材料。其性能見表1。
[0027] 實施例4 種汽車多楔帶用碳納米管橡膠復(fù)合材料，各組份的質(zhì)量份數(shù)為： EPDM生膠100份，碳納米陣列管FloTube 7000 9份，KH-550硅烷偶聯(lián)劑0.