[发明专利]一种氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺，本发明之氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料，由以下重量份数的原料制成：丁苯橡胶100份，硫酸钙晶须8～12份，氧化石墨烯5～10份，炉法炭黑10～15份，硫磺0.5～1.5份，促进剂NS 0.5～1份，氧化锌2～3份，硬脂酸1～5份，钛酸酯偶联剂1～5份。本发明还包括所述氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料的制备工艺。本发明之氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料，强度高，韧性好，性能稳定，可广泛用于轮胎、胶管和胶鞋等产品的制作。

技术领域

本发明涉及改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺，尤其是涉及一种氧化石墨烯改性丁苯橡胶(SBR)复合材料及其制备工艺。

背景技术

丁苯橡胶(SBR)是丁二烯和苯乙烯的共聚物，因是通用胶，且价格便宜，70％用于轮胎行业，在管、带和鞋等领域也有大量应用。但是，其强度较低，韧性较差，性能欠稳定，限制了其进一步的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有丁苯橡胶存在的不足，提供一种强度高，韧性好，性能稳定的氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

本发明之氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料由以下重量份数的原料制成：丁苯橡胶100份，硫酸钙晶须5～6份，氧化石墨烯5～10份，炉法炭黑10～15份，硫磺0.5～1.5份，促进剂NS 0.5～1份，氧化锌2～3份，硬脂酸1～5份，钛酸酯偶联剂1～5份。

优选的重量配比为：丁苯橡胶100份，硫酸钙晶须5份，氧化石墨烯8份，炉法炭黑12份，硫磺1份，促进剂NS 0.8份，氧化锌3份，硬脂酸2份，钛酸酯偶联剂2份。

本发明之氧化石墨烯改性丁苯橡胶复合材料的制备工艺，包括如下步骤：

(1)将硫酸钙晶须加入到高速混合机中，在85-90℃(优选88℃)下加入钛酸酯偶联剂，混合3～5min，得到改性硫酸钙晶须；

改性后的硫酸钙晶须长径比15～20，平均直径0.5～1μm；

(2)将丁苯橡胶、氧化石墨烯、改性硫酸钙晶须和炉法炭黑在开炼机上混炼5～7min；

(3)加入硫磺、促进剂NS、硬脂酸和氧化锌，混炼3～6min，制成片；辊间距0.5mm～2mm，辊温90℃～110℃。

硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是一种硫酸钙的纤维状单晶体。研究表明，本发明使用之改性硫酸钙晶须具有均匀的横截面，完整的内部结构，这一特征赋予其接近晶体理论值-原子间价键的强度。由于其具有极高的强度，细微的尺寸，易与丁苯橡胶界面粘合，提高与基体的相容性和界面黏结力，当受外力强迫取向时，丁苯橡胶中的残余应力能很好地传递给硫酸钙晶须，从而提高橡胶的强度，同时改善橡胶的韧性。由于硫酸钙晶须为无机物，在丁苯橡胶基质中分散均匀，不易团聚，使复合材料性能稳定。

氧化石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。氧化石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。现有技术中关于氧化石墨烯的研究较多，但未见有采用氧化石墨烯对硫酸钙晶须进行改性的报道。

研究表明，作为石墨烯材料一类重要的衍生物，尽管氧化过程破坏了石墨烯高度共轭结构，但是仍保持着特殊的表面性能与层状结构。含氧基团的引入不仅使得氧化石墨烯具有化学稳定性，而且改性材料提供表面修饰活性位置和较大的比表面积。氧化石墨烯作为合成石墨烯基复合材料的前驱物与支撑载体，易功能化与可控性高。在与金属、金属氧化物、高分子聚合物等材料复合过程中，可以提供大的比表面积有效分散附着材料，防止团聚，提高力学性能。