Go/nr磁性彈性體復合材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性彈性體復合材料及制備方法,具體為Fe304@G0/NR磁性彈性體復合材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]Fe3O4/天然橡膠(NR)磁性彈性體復合材料由于在外磁場作用下具有可控的磁致模量、磁致電阻、磁致伸縮、磁致阻尼及磁學性能,因而在減震、降噪領域的軸襯、自調(diào)諧式吸振器、隔振器、懸掛系統(tǒng),磁密封裝置等領域具有廣泛的應用。制備Fe304/NR磁性彈性體復合材料傳統(tǒng)的方法主要是將天然橡膠生膠、Fe3O4磁粉以及其它加工助劑通過機械共混方法制備成型。但是,此種制備方法導致磁性粒子在天然橡膠基體中的分散不均勻,且在固化成型過程中磁性粒子容易聚集,導致磁性彈性體復合材料的結構和性能不穩(wěn)定,尤其是力學性能下降,大大限制了該類材料的應用范圍。因此,設計一種磁性粒子分散均勻、不容易聚集,性能結構穩(wěn)定,力學性能好的Fe3O4 /NR磁性彈性體復合材料及制備方法是十分有必要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明解決現(xiàn)有的Fe304/NR材料中磁性粒子分散不均勻,磁性粒子容易聚集,結構性能不穩(wěn)定,力學性能差的問題,提供一種Fe3O4OGCVNR (Fe3O4O氧化石墨烯/天然橡膠)磁性彈性體復合材料及制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:Fe304@G0/NR磁性彈性體復合材料制備方法,包括以下步驟:
1)、制備穩(wěn)定Fe3O4水基磁性液體
將3.6g FeCl2.4Η20和6.1g FeCl3.6Η20溶解于90mL去離子水中,50°C下攪拌均勻后,在500r/min攪拌下,滴加90mL濃度為1.34mol/L的NaOH水溶液,滴加完畢后反應90min停止,冷卻至室溫,將所得溶液磁分離得到黑色沉淀,除去上層清液,再用去離子水超聲分散、磁分離,重復洗滌,直至上清液的pH呈中性。然后將黑色磁性粒子超聲分散于一定體積的去離子水中,并以200r/min機械攪拌lOmin,直至形成濃度為0.02-0.167g/mL的穩(wěn)定Fe3O4水基磁性液體;
2)、制備完全剝離的GO(氧化石墨烯)懸浮液
在冰浴條件下,將2.0g天然鱗片石墨和2.0g硝酸鈉加入到46mL的濃硫酸中,以600r/min機械攪拌30min ;將6.0g高猛酸鉀加入到上述混合液中,以600r/min機械攪拌60min。將上述混合液轉(zhuǎn)移到45°C水浴中,以400r/min機械攪拌4h后,將80mL去離子水加入到混合液中,然后將其轉(zhuǎn)移到95°C的油浴中;待混合溶液溫度達到95°C時,先后加入200mL去離子水和16mL 30%濃度的雙氧水,當溶液由棕黃色變成金黃色時,停止反應;依次用2mol/LHCl溶液、去離子水和無水乙醇多次離心洗滌,直至溶液的pH呈中性后,將金黃色沉淀物置于烘箱內(nèi)60°C烘干,即得氧化石墨;將一定量的氧化石墨加入到20mL去離子水中,在120W功率下,超聲分散3~7h,形成完全剝離的濃度為0.5mg/ml~10mg/ml的GO懸浮液;
3 )、制備穩(wěn)定劑、硫化劑、促進劑等配合劑分散體
a)、分別稱取一定量的KOH和平平加O(烷基聚氧乙烯醚),在50°C條件下溶于去離子水中,分別配制成20wt%的KOH水溶液和20wt%的平平加O水溶液;
b)、在室溫下將50g硫磺、20mL10wt%的酪素溶液、1.25mL濃度為11.5%的氨水、28.75mL去離子水及75mL玻璃砂子加入到容器中,以500r/min機械攪拌12h,然后通過篩子將玻璃砂子與第一分散劑懸浮液分離,得到50wt%的硫磺分散體;在室溫下將50g氧化鋅、20mL 10wt%的酪素溶液和3gNF(甲撐二萘磺酸鈉)、5mL濃度為20%的氨水、30mL去離子水及75mL玻璃砂子加入到500mL搪瓷杯中,以500r/min機械攪拌10h,然后通過篩子將玻璃砂子與第二分散劑懸浮液分離,得到40wt%的氧化鋅分散體;在室溫下將50g促進劑ZDC(二乙基二硫代氨基甲酸鋅)、40mL 10wt%酪素溶液和1.15gNF、28.85mL的去離子水及75mL的玻璃砂子混合盛入500mL的搪瓷杯中,并以500r/min機械攪拌12h,最后通過篩子將玻璃砂子與第三分散劑懸浮液分離,獲得50wt%的促進劑ZDC分散體;
4)、乳液共混法制備Fe304@G0/NR磁性彈性體復合材料
a)、首先,用堿液調(diào)節(jié)水溶性天然膠乳的pH至8~14,并加入計量的20wt%的KOH水溶液、20wt%的平平加O水溶液,其中KOH與膠乳干基質(zhì)量比為1:500~1000,平平加O與膠乳干基質(zhì)量比為1:500~1000 ;
b)、其次,將步驟I)和步驟2)中所述的一定體積的穩(wěn)定Fe3O4水基磁性液體和所述的一定體積的完全剝離的GO懸浮液,在50°C和150~250r/min機械攪拌條件下加入到a)步驟制得的水溶性天然膠乳混合液中形成復合溶液;
c)、向上述復合溶液中加入計量的硫磺分散體、ZnO分散體和促進劑ZDC分散體,原位硫化60~150min,形成預硫化磁性復合乳液,其中硫磺與膠乳干基質(zhì)量比為1:50~150,氧化鋅與膠乳干基質(zhì)量比為1:100~300,促進劑ZDC與膠乳干基質(zhì)量比為1:100~200 ;接著將該復合乳液在150~250r/min機械攪拌下超聲處理30~180min后,倒入模具中,在20~80°C下干燥10~36h,獲得結構均一的Fe3O4OGCVNR磁性彈性體復合材料,F(xiàn)e3O4水基磁性液體、完全剝離的GO懸浮液、4) a)步驟制得的水溶性天然膠乳混合液的用量應保證制得的Fe3O4OGO/NR磁性彈性體復合材料中含天然橡膠84.9wt%,F(xiàn)e3O4 10wt%,G03wt%。
[0005]采用本專利中化學共沉淀法制備Fe3O4水基磁性液體,使得Fe 304磁性粒子的分散性更好,且不易團聚。采用本專利中Hmnmers法制備氧化石墨,然后再用制得的氧化石墨制備GO懸浮液,使得制得的GO懸浮液分散性更好。制備硫磺分散體、ZnO分散體和促進劑ZDC分散體分別作為硫化劑、穩(wěn)定劑和促進劑,加入到后續(xù)混合溶液中。添加酪素溶液或一起添加酪素溶液與NF (甲撐二萘磺酸鈉)作為分散劑。所用堿液可以是NaOH水溶液或KOH水溶液或NH3H2O水溶液中的一種。所述的KOH與膠乳干基質(zhì)量比為1:500~1000,平平加O與膠乳干基質(zhì)量比為1:500~1000為添加定量的固定質(zhì)量分數(shù)的KOH水溶液和平平加O水溶液中的溶質(zhì)與膠乳干基的質(zhì)量比,不包括堿液中包含的Κ0Η。向天然膠乳中加入KOH水溶液、平平加O水溶液,以增強膠粒表面電荷、保護層、水合度,確保膠乳長時間穩(wěn)定均勻。實驗室檢測得最終制得的Fe304@G0/NR磁性彈性體復合材料中含有KOH和平平加O和硫磺和ZnO和ZDC共計1.5-3.5wt%,其中含2.lwt%時其材料性能最優(yōu)。
[0006]具體實施時,所述堿液可以是NaOH水溶液或KOH水溶液或NH3H2O水溶液中的一種。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有的Fe304/NR磁性彈性體復合材料及其制備方法相比具有以下優(yōu)點:
1、硫化溫度低,制備工藝簡單,且有效提高了磁性粒子、GO在橡膠基體中的分散性,克服了磁性粒子、GO在彈性體基體中易團聚的問題,獲得了結構穩(wěn)定的Fe3O4OGCVNR磁性彈性體復合材料;2、引入的氧化石墨烯不僅可作為反應性增強體,提高磁性彈性體復合材料的機械力學性能,還可以穩(wěn)定磁性粒子,防止磁性粒子的沉降與團聚,進一步提高磁性彈性體機械力學性能與磁性能;3、本發(fā)明所制得Fe3O4OGCVNR磁性彈性體復合材料,在低濃度下即可顯示出優(yōu)異的彈性力學性能、磁性能、耐熱性能和耐溶劑性。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明制備的Fe304@G0/NR預硫化磁性復合乳液靜置I個月后的實物照片; 圖2為本發(fā)明制備的Fe3O4OGCVNR磁性彈性體復合材料的XRD圖譜;從圖中可以看出:
15-18°范圍內(nèi)有一個較大的非晶峰鼓包,在衍射角為10°附近有個衍射峰為G0,而在衍射角為30.02° ,35.5° ,42.12° ,57.06°、62.6。等處顯示出衍射峰,它們分別為Fe3O4(fee)的220、200、311、400、511等晶面的衍射,表明GO、Fe3O4通過乳液復合法與天然橡膠很好的復合在一起;
圖3為本發(fā)明制備的Fe3O4OGCVNR磁性彈性體復合材料的SEM圖,從SEM圖中可以觀察到,F(xiàn)e3O4, GO在天然橡膠基體中的分散性很好,材料復合的較為均一;
圖4為本發(fā)明制備的Fe3O4OGCVNR磁性彈性體復合材料樣品實物照片;從宏觀實物照片中可以看到,復合材料的表面光潔,磁性粒子、氧化石墨與橡膠已經(jīng)很好的復合在一起;
圖5為磁鐵吸引本發(fā)明制備的Fe304@G0/NR磁性彈性體復合材料照片;由照片可知本發(fā)明制備的Fe3O4OGCVNR磁性彈性體復合材料具有良好的磁性能;
圖6為本發(fā)明制備的Fe304@G0/NR磁性彈性體