[发明专利]碳纤维基橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维基橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶复合材料技术领域。首先制备聚乙烯醇溶液，然后加入碳纤维，超声分散，随后制备碳纤维‑聚乙烯醇复合物，最后将碳纤维‑聚乙烯醇复合物、聚乙烯醇缩丁醛、胶料注入密炼室混炼，得到胶料复合物。本发明工艺简单，能够显著提高碳纤维在橡胶混炼工艺中的分散性，提高橡胶的各项性能指标。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维基橡胶复合材料及其制备方法，属于橡胶复合材料技术领域。

背景技术

橡胶因其独特的高弹性，是一种重要的战略性物资，在国民经济、高新技术和国防军工领域有着极为广泛的应用。

碳纤维是由单层或多层石墨片卷曲或嵌套组装成的无缝中空的纳米级同轴圆柱形管状材料。碳纤维侧壁的碳原子主要以sp²杂化与相邻碳原子形成高度离域化得π电子，从而使得碳纤维之间存在较强的范德华力，易聚集成束而不易分散。碳纤维作为增强填料在橡胶中有着重要的应用。将碳纤维引入橡胶中提高橡胶的综合性能一直是研究的热点。碳纤维不仅能够提高橡胶的机械性能，同时可赋予其特殊的功能性。提高碳纤维在橡胶中的分散性是发挥碳纤维性能，提升橡胶综合性能的关键。然而，提高碳纤维在橡胶中的分散性一直是科研技术领域和工业领域的难点。

发明内容

本发明的目的是是克服现有技术的不足之处，提供一种碳纤维基橡胶复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案，一种碳纤维基橡胶复合材料，配方比例按重量份计如下：橡胶100份，碳纤维-聚乙烯醇复合物0.1-20份，聚乙烯醇缩丁醛0.5-5份，炭黑30-60份，氧化锌5-10份，硬脂酸0.5-4份，防老剂1-5份，硫磺2-6份，促进剂0.5-2份和防焦剂0.1-0.4份。

作为优选，所述橡胶为天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和氯丁橡胶中的一种或多种。

作为优选，所述的碳纤维-聚乙烯醇复合物中，碳纤维与聚乙烯醇的质量比为1:5-50。

作为优选，所述橡胶为天然橡胶。

作为优选，所述炭黑为N234、N326和N375中的一种或多种。

作为优选，所述防老剂具体为防老剂4020和/或防老剂RD。

作为优选，所述促进剂为NOBS、CZ、DZ和NS中的一种或多种。

作为优选，所述防焦剂为CTP。

所述碳纤维基橡胶复合材料的制备方法，按重量份计步骤如下：

（1）碳纤维-聚乙烯醇复合物：

a、将聚乙烯醇溶于去离子水中，配置质量浓度为1%-10%的聚乙烯醇水溶液，待完全溶解后加入乙醇，体积分数为1%-5%，得到聚乙烯醇溶液；

b、将碳纤维加入步骤（1）中的聚乙烯醇溶液中，碳纤维与聚乙烯醇的质量比为1:5-50，100-800W功率下超声分散1-3h至碳纤维均匀分散，得到碳纤维-聚乙烯醇分散液；

c、将碳纤维-聚乙烯醇分散液于室温下干燥2-24h，制备得到碳纤维-聚乙烯醇复合物；

（2）一段母炼：向密炼机中依次加入橡胶100份，碳纤维-聚乙烯醇复合物0.1-20份，聚乙烯醇缩丁醛0.5-5份，炭黑30-60份，氧化锌5-10份，硬脂酸0.5-4份，防老剂1-5份，密炼机转子转速为45-55r/min，上顶栓压力为0.3-0.5MPa，炼胶时间为50-140s，排胶温度为150-165℃，得到一段母胶；