一種磨輥密封圈材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磨輥密封圈材料技術(shù)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)】
[0002] 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。
[0003] 申請公布號為CN104130541A的中國發(fā)明專利申請《一種超級電容器用防爆橡膠 密封膠蓋》（【申請?zhí)枴?01410374228.9)在橡膠材料中加入了氧化石墨烯，石墨烯是由單層 碳原子通過SP 2雜化緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種新炭材料，是目前世界上已知 的最堅(jiān)硬的納米材料，在橡膠材料中添加石墨稀可以提高橡膠材料的耐磨性能。然而，石墨 烯具有難剝離的特點(diǎn)，其表觀密度較低，直接將石墨烯加入到其它材料中，易導(dǎo)致石墨烯在 材料中分布不均勻，大大降低石墨烯的改善性能。申請公布號為CN104194240A的中國發(fā)明 專利申請《一種高強(qiáng)高耐磨橡膠》（【申請?zhí)枴?01410487400. X)同樣在橡膠材料中加入了石 墨烯，并且其對石墨烯進(jìn)行了改性，以促進(jìn)其它物質(zhì)在橡膠材料中分散均勻，同時(shí)起到增強(qiáng) 橡膠材料耐磨性能的效果。然而，其對石墨烯的改性工藝復(fù)雜，且其促進(jìn)其它物質(zhì)在橡膠材 料中分散均勻是利用了石墨烯比表面積大的特點(diǎn)，而若石墨烯本身在橡膠材料中分散不夠 均勻，則直接影響石墨烯對其它材料分散均勻的促進(jìn)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種耐磨及耐熱性能好 的磨輥密封圈材料。
[0005] 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種上述磨輥密 封圈材料的制備方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種磨輥密封圈材料，其特征在 于按重量計(jì)包括以下組分：
[0007] 氟橡膠 100份 有機(jī)蒙脫土 10?20份 耐磨炭黑 10?30份 改性碳化硅 5?20份 石墨烯復(fù)合材料 10?20份 氧化鎂 15?25份 羥基硅油 0.5?2份 微晶蠟 0.1 ~3份 雙酚AF 0.5 ~ 2份 芐基三苯基氯化磷 0.5?1.5份；
[0008] 其中，所述的石墨烯復(fù)合材料為經(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/氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯復(fù)合物由以下方法得到：在超 聲條件下將氧化石墨烯粉末分散在有機(jī)溶劑中，待氧化石墨烯在有機(jī)溶劑中形成無定型的 懸浮液后，再于攪拌條件下向上述懸浮液中加入氫化苯乙烯、丁二烯及苯乙烯反應(yīng)，反應(yīng)完 畢后經(jīng)過減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑并干燥即可；將所述的石墨烯/氫化苯乙烯-丁二烯-苯 乙烯復(fù)合物于220°C?230°C下熔融共混25min?60min后完成原位還原得到所述的石墨 稀復(fù)合材料。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述石墨烯/氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯復(fù)合物中， 石墨烯與氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯體系的重量比為1:1?1. 2 ;所述氫化苯乙烯-丁 二烯-苯乙烯體系中氫化苯乙烯、丁二烯及苯乙烯三者的重量比為1:0. 5?0. 8:1. 7?2。 采用上述配比參數(shù)，解決了石墨烯加料困難的問題，使石墨烯易于在材料中分布均勻，充分 發(fā)揮石墨烯的作用，一方面增加橡膠材料的耐磨性，另一方面促進(jìn)其它組分在橡膠材料中 分散均勻，提高橡膠材料的整體性能。
[0010] 更進(jìn)一步的，所述的耐磨炭黑由高耐磨炭黑與中超耐磨炭黑按質(zhì)量比1:0.5?2 混合得到，所得混合耐磨炭黑的粒徑為10?40nm，補(bǔ)強(qiáng)性能優(yōu)良，本發(fā)明中使用的球形耐 磨炭黑表面會進(jìn)一步與基體發(fā)生物理及化學(xué)交聯(lián)，促使流動(dòng)的高分子鏈段進(jìn)行整合，有利 于耐磨炭黑在橡膠材料中更好的分散，并賦予材料較好的拉伸性能、抗撕裂性能、耐磨性能 和抗老化性能，有效提高橡膠材料的機(jī)械性能。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的改性碳化硅為經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性的碳化硅微粉。改性后的碳 化硅微粉具有更好的親和力，易于在橡膠材料中進(jìn)行分散，有效提高橡膠材料的耐熱性能。
[0012] 一種上述磨輥密封圈材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
[0013] (1)石墨烯復(fù)合材料的制備：
[0014] 在超聲條件下，按重量計(jì)將100份氧化石墨烯粉末分散在150?200份有機(jī)溶劑 中，待氧化石墨稀在有機(jī)溶劑中形成無定型的懸浮液后，于攪拌條件下向上述懸浮液中加 入100份?120份氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯體系混合物，該混合物中氫化苯乙烯、丁二 烯及苯乙烯三者的重量比為1:0. 5?0. 8:1. 7?2 ;
[0015] 反應(yīng)I. 5h?2h后進(jìn)行減壓蒸餾，去除有機(jī)溶劑并干燥，得到石墨烯/氫化苯乙 烯-丁二烯-苯乙烯復(fù)合物；
[0016] 將所述的石墨烯/氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯復(fù)合物于220°C?230°C下熔融 共混，進(jìn)行原位還原反應(yīng)25min?60min，反應(yīng)完畢即得到所述的石墨稀復(fù)合材料；
[0017] (2)改性碳化硅的制備：
[0018] 取60份洗凈、烘干的碳化硅微粉，加入0. 1?1份硅烷偶聯(lián)劑共混反應(yīng)0. 5h? lh，反應(yīng)完畢后洗滌、抽濾并烘干即可；
[0019] (3)取100份氟橡膠生膠置于開煉機(jī)上，在輥距0.5?Imm下，薄通10?15次，再 將輥距放到4?6mm，輥壓4?6min后下片，其中，開煉機(jī)前輥的塑煉溫度為55?60°C，開 煉機(jī)后輥的塑煉溫度為50?55°C ;
[0020] (4)將步驟（3)處理后的氟橡膠置于密煉機(jī)中，依次加入0.5?2份羥基硅油、 0. 1?3份微晶蠟、15?25份氧化鎂、10?20份有機(jī)蒙脫土、5?20份步驟（2)制備的改 性碳化硅、10?20份步驟（1)制備的石墨烯復(fù)合材料、10?30份耐磨炭黑，混煉均勻后排 料；其中，混煉溫度為50?60°C，混煉時(shí)間為2?3min ;
[0021] (5)將步驟（4)處理后的混合料放置24h后置于開煉機(jī)中，加入0. 5?2份雙酚 AF及0. 5?1. 5份芐基三苯基氯化磷進(jìn)行硫化，一段硫化的硫化溫度為140?160 °C，硫 化時(shí)間為0. 5h ;二段硫化采用逐級升溫方式，即先在常溫下硫化lh，然后依次升溫至90? 110°C、110?130°C分別硫化lh，再升溫至150°C硫化0· 5h，繼續(xù)升溫至200°C硫化12h，最 后冷卻到80°C以下后下片；
[0022] (6)采用硫化機(jī)對步驟（5)所得物質(zhì)成型，設(shè)定成型壓力為20MPa，溫度為170? 180°C，時(shí)間為 10 ?15min。
[0023] 上述氧化鎂為吸酸劑，可以吸收氟橡膠硫化過程中產(chǎn)生的酸，優(yōu)選粒徑較小、多孔 結(jié)構(gòu)的活性氧化鎂。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0025] (1)本發(fā)明添加了經(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；
[0026] (2)改性碳化硅在磨輥密封圈材料中以類似短纖維而尺寸遠(yuǎn)小于短纖維的晶須結(jié) 構(gòu)存在，這種結(jié)構(gòu)不僅能增強(qiáng)材料的機(jī)械性能、提高材料的耐熱性，還能在一定程度上改善 材料加工性能；并且，本發(fā)明中的石墨烯復(fù)合材料及改性碳化硅均具有較好的親和性，二者 之間的協(xié)同作用使石墨烯復(fù)合材料及改性碳化硅的作用得以充分發(fā)揮，從整體上進(jìn)一步提 高了材料的耐磨性及耐熱性；
[0027] (3)由于石墨烯是由單層碳原子通過Sp2雜化緊密堆積而成的二維蜂窩狀晶格結(jié) 構(gòu)，其具有較高的比表面積、強(qiáng)度、彈性等，而有機(jī)蒙脫土的片層結(jié)構(gòu)以及納米分散形態(tài)下 的納米尺寸效應(yīng)使其在橡膠基體中的界面作用力較強(qiáng)，石墨烯復(fù)合材料與有機(jī)蒙脫土相互 作用，利用石墨烯復(fù)合材料的高比表面積和親和性，使得磨輥密封圈材料在整體上形成一 種具有較強(qiáng)界面張力的材料，不僅具有良好的增韌效果，也使磨輥密封圈材料具有較好的 尺寸穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0029] 實(shí)施例1 :
[0030] 本實(shí)施例的磨輥密封圈材料按重量計(jì)包括以下組分：
[0031] 氟橡膠 100份 有機(jī)蒙脫土 10份 高耐磨炭黑 20份 中超耐磨炭黑 10份 改性碳化娃 15份 石墨烯復(fù)合材料 12份 氧化鎂 15份 羥基硅油 1份 微晶蠟 0.5份 雙酚AF 2份 芐基三苯基氯化磷 1.2份；
[0032] 本實(shí)施例的磨輥密封圈材料的制備方法包括以下步驟：
[0033] (1)石墨烯復(fù)合材料的制備：
[0034] 在超聲條件下，按重量計(jì)將100份氧化石墨烯粉末分散在150份四氫呋喃中，待氧 化石墨稀在四氫呋喃中形成無定型的懸浮液后，于攪拌條件下向上述懸浮液中加入100份 氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯體系混合物，該混合物中氫化苯乙烯、丁二烯及苯乙烯三者的 重量比為1:0. 5:1. 7 ;
[0035] 反應(yīng)I. 5h后進(jìn)行減壓蒸餾，去除有機(jī)溶劑并干燥，得到石墨烯/氫化苯乙