[發明專利]一種石墨烯/橡膠復合材料制備方法

有效

• 申請號: 201710680470.0
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107325343B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 邊慧光;劉潔;李澤漢;李海濤;汪傳生;沈波;尹鳳福;李紹明
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08L7/02
• 分類號: C08L7/02;C08K9/06;C08K3/04;C08K3/36;C08K3/22;B29B7/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 白瑩;于正河

本發明屬于橡膠濕法混煉技術領域，具體涉及一種石墨烯/橡膠復合材料制備方法，工藝過程包括制備母膠混合液、制備母膠和制備復合材料共三個步驟，首先對填料進行攪拌和超聲霧化的技術手段預處理形成填料乳液，然后采用填料預分散體驟溫破碎技術，將填料乳液通過氣體高壓將填料乳液噴出，噴射到高溫物體表面，填料乳滴驟然遇熱破碎，實現了填料在橡膠基體中的二次分散，再采用高溫閃蒸干燥技術，將經填料預分散體驟溫破碎分散后制備的濕法混煉膠置于高溫環境中將其中的水分瞬間蒸發，固化填料在橡膠基體中優良分散，最后采用常規的密煉機制備填料/橡膠復合材料；其原理科學可靠，實用簡便，制備效率高，應用前景廣闊，使用環境友好。

技術領域：

本發明屬于橡膠濕法混煉技術領域，具體涉及一種石墨烯/橡膠復合材料制備方法，采用石墨烯乳膠預分散體與濕法混煉膠干燥工藝相結合實現石墨烯在膠乳中的均勻分散與分布，防止石墨烯分散后的聚集，制得石墨烯分布均勻與分散良好，力學性能優良，綜合力學性能和動態力學性能顯著提高的石墨烯/橡膠復合材料。

背景技術：

隨著科學技術的不斷進步和材料學科的持續發展，人類使用的材料也在更新和進步，高分子材料及其制品已占領了生活中的各個領域、各個行業以及各個部門，大到航天飛機的某個部件，小到一個螺釘，都有可能采用高分子材料；橡膠作為一種重要的戰略性物資，廣泛應用于國民經濟、高新技術和國防軍工等領域，但是由于橡膠強度低、模量低、耐磨性和抗疲勞性差，沒有實用性，所以絕大多數橡膠都需要填充補強劑。在現有技術中，炭黑和白炭黑作為主要的補強劑廣泛應用于橡膠制品中，包括石墨烯、碳納米管和碳碳復合材料等的新興填料/橡膠復合材料的制備和應用也成為研究熱點。

橡膠復合材料制備過程最關鍵的工序是混煉，混煉工序的本質就是將各種配合劑混入生膠中，以制成質量均勻的混煉膠的過程，也是橡膠與各種配合劑的混合與分散過程；可以說，混煉是橡膠制品加工過程中第一道也是最重要的一道工序，混煉膠質量的好壞直接影響到橡膠制品的質量、性能及其使用壽命；目前，我國橡膠工業的混煉多采用密煉機多段式混煉方法，由于高聚物的高彈特性，導致了混煉過程是一個不斷生熱升溫的過程，為防止膠料焦燒破壞膠料的性能并達到配合劑均勻分散的目的，混煉過程不得不反復進行，對橡膠制品的性能產生了不可逆轉的影響；為了提高混煉效率，新的混煉方法和工藝層出不窮，包括低溫一次法、串聯式混煉和連續混煉等，這些新的混煉技術在混煉效率和混煉質量上具有很好的均衡效果，但是，這些機械混煉技術中的填料的分散等級不能達到設定的程度，即使延長混煉時間，膠料的混煉質量也不會得到很大的提高。為了獲得更好的混煉質量，人們嘗試將超聲波和固體干冰等新能量注入到混煉過程中以打破填料的聚集體，提高橡膠混煉質量，通過研究發現這些新的技術手段只是在一定程度上改善了填料的微觀分散程度，但是與高端橡膠制品的要求仍存在一定的差距，對于石墨烯/橡膠復合材料的制備，機械混煉的技術手段無法滿足填料分散的需求；石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，也是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨，石墨烯常見的粉體生產的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產方法為化學氣相沉積法(CVD)，由于其十分良好的強度、柔韌、導電、導熱、光學特性，在物理學、材料學、電子信息、計算機、航空航天等領域都得到了長足的發展。