一種改性氫化丁腈橡膠及其製備方法
2023-05-08 05:04:26 4
專利名稱：一種改性氫化丁腈橡膠及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種碳納米管改性氫化丁腈橡膠及其製備方法，屬於橡膠類聚合物複合材料製備技術領域。
背景技術：
氫化丁腈橡膠由於兼備有耐熱、耐油、耐磨和機械強度高等諸多均衡而優良的性能，因而在汽車、機械、石油鑽頭等許多行業得到廣泛的應用。但隨著科技的發展和設備性能的提高，對作為功能配件的橡膠密封件的耐熱、耐磨等性能的要求越來越高。現有的氫化丁腈橡膠製作的橡膠件已經難以滿足某些場合對其耐磨、耐熱性能的要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種改性氫化丁腈橡膠及其製備方法，該改性氫化丁腈橡膠的耐熱、耐磨性能及機械強度可得到有效的改進和提高。
本發明改性氫化丁腈橡膠的技術方案為包含有氫化丁腈橡膠、碳納米管、硫化劑、氧化鋅、碳黑及減磨劑，各組分含量按重量計為氫化丁腈橡膠 100份碳納米管 0.5-15份硫化劑2-10份 氧化鋅 2-8份碳黑 40-80份 減磨劑 0-25份。
按上述方案，所述的氫化丁腈橡可採用一種牌號氫化丁腈橡膠，或兩種及兩種以上牌號的共混氫化丁腈橡膠；碳納米管為20-40nm管徑的多壁碳納米管，碳納米管經表面處理，表面處理包括鹽酸、硝酸處理、活性劑處理或超聲波處理。所述的氧化鋅為納米氧化鋅或活性氧化鋅；所述的硫化劑為過氧化硫物硫化劑，可為氧化二異丙苯(DCP)；所述的減磨劑為石墨、雲母、二硫化鉬中的一種或多種；上述組份中按重量計可加入防老化劑0.5-5份。
本發明製備方法的技術方案為先對碳納米管進行表面處理，將表面處理後的碳納米管與一種液體橡膠通過超聲波混合均勻，然後加入部分氫化丁腈橡膠(生膠)中製得母煉膠，在母煉膠中加入餘下的氫化丁腈橡膠(生膠)、碳黑、氧化鋅、硫化劑，用開煉機或者密煉機對上述混合物進行加工，得到以碳納米管改性的氫化丁腈橡膠混煉膠，通過硫化加工，即可得到本發明的改性氫化丁腈橡膠。在改性氫化丁腈橡膠中加入減磨劑，可降低橡膠摩擦係數。
上述製備方法中所述的液體橡膠為液體丁腈橡膠或液體羧基丁腈橡膠或液體氫化丁腈橡膠；在製作母煉膠時碳納米管與液體橡膠的混合比例按重量計為1∶10～10∶10。在製作母煉膠時碳納米管和液體橡膠的混合物與氫化丁腈橡膠(生膠)的混合比例按重量計為6～9∶10。
本發明的主要特點在於碳納米管材料的採用，碳納米管通過納米效應和碳納米管微纖維增強可以明顯改善氫化丁腈橡膠的拉伸強度和拉伸伸長率。碳納米管本身屬於一種耐高溫材料加入橡膠中以後，由於碳納米管良好的導熱性能，可將橡膠中局部熱量迅速傳導均勻，避免局部高溫損壞，從而起到提高橡膠耐高溫的作用。
本發明的有益效果在於通過在膠料中滲入納米材料使氫化丁腈橡膠的耐熱抗磨性能、機械強度及抗老化等綜合性能得到明顯的改善和提高，從而提高氫化丁腈橡膠的使用性能，擴大氫化丁腈橡膠的使用範圍。特別是在橡膠密封製品中，這種複合材料橡膠在使用壽命、密封性能、適宜工況等方面都具有明顯的優越性。實驗證明，在橡膠中碳納米管含量為4～8％時，得到最佳改進綜合效果，該複合材料的拉伸強度超過27Mpa，拉伸伸長率超過300％，與未改性的氫化丁腈橡膠相比，拉伸強度、拉伸伸長率、耐磨性等綜合性能提高15％，耐熱等級溫度提高10～15℃。
具體實施例方式
以下結合實施例進一步說明本發明。
實施例1製取碳納米管改性氫化丁腈橡膠膠料。選用管徑為20-40nm的碳納米管，用表面活性劑(如十二烷基磺酸鈉)進行分散處理，然後在容器中依次加入50份液體橡膠、40份碳納米管，在超聲波儀器上進行超聲皮分散處理，然後將該混合物與氫化丁腈橡膠按9∶10的重量比例在開煉機上混合均勻，製成添加碳納米管的母煉膠。選用Therban 3850牌號的氫化丁腈作為配方用生膠。
依次稱取38份母煉膠、80份生膠、3.8份氧化二異丙苯(DCP)、5份納米氧化鋅、55份碳黑、17份石墨，1.5份防老化劑RD(2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉多聚體)在開煉機上混煉均勻。將煉好的膠料隔夜停放，在180℃條件下硫化5分鐘，然後在150℃下進行3小時的二段硫化。即可得到用碳納米管改性的氫化丁腈橡膠，用該氫化丁腈橡膠可製造低摩擦係數密封圈，該密封圈膠料的阿克隆磨耗值≤0.1cm3/1.61km，耐熱等級≥165℃，扯斷強度≥27Mpa，扯斷伸長率≥280％，摩擦係數下降20％，材料綜合性能在未改性橡膠基礎上提高20％以上。
實施例2製取碳納米管改性氫化丁腈橡膠膠料。選用管徑為20-40nm的碳納米管，用表面活性劑(如十二烷基磺酸鈉)進行分散處理，然後在容器中依次加入50份液體橡膠、30份碳納米管，在超聲波儀器上進行超聲波分散處理，然後將該混合物與氫化丁腈橡膠按8∶10的重量比例在開煉機上混合均勻，製成添加碳納米管的母煉膠。選用Therban 3850牌號的氫化丁腈作為配方用生膠。
依次稱取36份母煉膠、80份生膠、3.5份氧化二異丙苯(DCP)、5份納米氧化鋅、72份碳黑，在開煉機上混煉均勻。將煉好的膠料隔夜停放，在180℃條件下硫化5分鐘，然後在150℃下進行3小時的二段硫化。即可得到用碳納米管改性的氫化丁腈橡膠，用該氫化丁腈橡膠可製造高彈性密封圈，該密封圈膠料的耐熱等級≥165℃，扯斷強度≥27Mpa，扯斷伸長率≥300％，回彈率≥20％，材料綜合性能在未改性橡膠基礎上提高20％以上。
權利要求
1.一種改性氫化丁腈橡膠，其特徵在於包含有氫化丁腈橡膠、碳納米管、硫化劑、氧化鋅、碳黑及減磨劑，各組分含量按重量計為氫化丁腈橡膠 100份 碳納米管 0.5-15份硫化劑2-10份 氧化鋅2-8份碳黑 40-80份減磨劑0-25份。
2.按權利要求1所述的改性氫化丁腈橡膠，其特徵在於所述的氫化丁腈橡可採用一種牌號氫化丁腈橡膠，或兩種及兩種以上牌號的共混氫化丁腈橡膠。
3.按權利要求1或2所述的改性氫化丁腈橡膠，其特徵在於碳納米管為20-40nm管徑的多壁碳納米管。
4.按權利要求3所述的改性氫化丁腈橡膠，其特徵在於碳納米管經表面處理，表面處理包括鹽酸、硝酸處理、活性劑處理或超聲波處理。
5.按權利要求1或2所述的改性氫化丁腈橡膠，其特徵在於所述的氧化鋅為納米氧化鋅或活性氧化鋅。
6.按權利要求1或2所述的改性氫化丁腈橡膠，其特徵在於上述組份中按重量計加入防老化劑0.5-5份。
7.按權利要求1或2所述的改性氫化丁腈橡膠，其特徵在於所述的減磨劑為石墨、雲母、二硫化鉬中的一種或多種。
8.一種改性氫化丁腈橡膠的製備方法，其特徵在於先對碳納米管進行表面處理，將表面處理後的碳納米管與一種液體橡膠通過超聲波混合均勻，然後加入部分氫化丁腈橡膠中製得母煉膠，在母煉膠中加入餘下的氫化丁腈橡膠、碳黑、氧化鋅、硫化劑，用開煉機或者密煉機對上述混合物進行加工，得到以碳納米管改性的氫化丁腈橡膠混煉膠，通過硫化加工，即可得到本發明的改性氫化丁腈橡膠；所述氫化丁腈橡膠、碳納米管、硫化劑、氧化鋅、碳黑的含量按重量計為氫化丁腈橡膠 100份 碳納米管 0.5-15份硫化劑2-10份氧化鋅2-8份碳黑40-80份。
9.按權利要求8所述的改性氫化丁腈橡膠的製備方法，其特徵在於所述的液體橡膠為液體丁腈橡膠或液體羧基丁腈橡膠或液體氫化丁腈橡膠。
10.按權利要求8或9所述的改性氫化丁腈橡膠的製備方法，其特徵在於在製作母煉膠時碳納米管與液體橡膠的混合比例按重量計為1∶10～10∶10。
11.按權利要求8或9所述的改性氫化丁腈橡膠的製備方法，其特徵在於在製作母煉膠時碳納米管和液體橡膠的混合物與氫化丁腈橡膠的混合比例按重量計為6～9∶10。
全文摘要
本發明涉及一種碳納米管改性氫化丁腈橡膠及其製備方法，屬於橡膠類聚合物複合材料製備技術領域。通過將表面處理後的碳納米管與一種液體橡膠通過超聲波混合均勻，然後加入部分氫化丁腈橡膠中製得母煉膠，在母煉膠中加入餘下的氫化丁腈橡膠、碳黑、氧化鋅、硫化劑，用開煉機或者密煉機對上述混合物進行加工，得到以碳納米管改性的氫化丁腈橡膠混煉膠，通過硫化加工，即可得到本發明的改性氫化丁腈橡膠。本發明的有益效果在於通過在膠料中滲入納米材料使氫化丁腈橡膠的耐熱抗磨性能、機械強度及抗老化等綜合性能得到明顯的改善和提高，從而提高氫化丁腈橡膠的使用性能，擴大氫化丁腈橡膠的使用範圍。
文檔編號C08K3/30GK1554693SQ200310111660
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月26日 優先權日2003年12月26日
發明者楊忠新, 毛紅兵, 樊鳳山 申請人:江漢石油鑽頭股份有限公司