[发明专利]黑滑石/氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种黑滑石/氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料及其制备方法，该材料由以下组分制成：橡胶微粒，细度为800‑1250目的黑滑石粉，氧化石墨烯，絮凝剂，防老剂，促进剂，硫化剂，活性剂。本发明克服了传统的机械共混法存在的补强填料分散不均匀、难以制成性能优良的纳米复合材料的缺点。黑滑石与氧化石墨烯均匀的分散在橡胶基体中起到协同补强的作用，使得所制备的黑滑石/氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料在补强性、耐磨性、阻隔性能等方面都有优异的表现。制备方法工艺简单，成本低，可操作性强，易于工业化，因此本发明具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于橡胶基纳米复合材料技术领域，具体涉及一种黑滑石/氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

橡胶材料广泛应用于工业、国防、交通及日常生活的各个方面，橡胶制品承载着现代社会和工业的运转，伴随着人类日常生活的方方面面。随着中国经济社会的快速发展，橡胶的需求量越来越大，对其质量、性能的要求也越来越高。层状硅酸盐矿物因其独特的纳米层状结构使其在橡胶补强、气体阻隔、耐磨和动态耐疲劳性能方面具有重要作用，近年来层状硅酸盐矿物包括2:1型结构如蒙脱石、凹凸棒石和1:1型结构如高岭石等在橡胶基复合材料中得到广泛研究与应用。黑滑石也是一种片层状的富镁硅酸盐矿物粘土，由滑石层(两个硅氧四面体层和一个镁氧八面体层)和类石墨烯碳层结合而成的矿物材料。由于黑滑石材料的疏水性，用于橡胶材料中时，分散功能好，同时具有一定的补强性，其制品具有伸长率较高、耐磨性较好且不延迟硫化等优点。而且黑滑石矿产资源丰富，价格低廉，可以降低成本，提高产品竞争力。中国发明专利ZL.201811338337.8公开了一种层状结构矿物补强橡胶复合材料的制备方法，使用了层状结构矿物，滑石、黑滑石、蒙脱石、高岭土、伊利石中的一种或两种等质量比的混合物，制备的功能性橡胶复合材料具有优异力学性能、耐候性能稳定、耐曲挠性能和耐湿滑性能。中国发明专利CN201911128695.0公开了一种处理黑滑石的工艺，得到的超细改性黑滑石粉细度可达5000目，片层厚度达到纳米级，并且分散性佳与橡胶基体亲和性好，利用其制备了一种以黑滑石为原料的轮胎气密层用空气阻止剂，在轮胎气密层中起到了优良的气密性和一定补强性能。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化形成的六角蜂巢结构的具有单个原子厚度的二维碳材料。石墨烯具有超高的力学强度，优异的导热性能和导电性能以及超大的理论比表面积。这些预示着石墨烯及其衍生物在橡胶复合材料中的补强性能、动态性能、导电性能、导热性能及气体阻隔性能等均有潜在的优势。中国发明专利ZL.201510081283.1公开了一种高性能氧化石墨烯/溶聚丁苯橡胶复合材料的制备方法，制备出的溶聚丁苯橡胶复合材料可以最大限度发挥出氧化石墨烯的作用，提高溶聚丁苯橡胶复合材料的力学强度、耐磨性、抗湿滑性，降低生热等。然而，如何使石墨烯及其衍生物在橡胶基体中达到最佳纳米分散状态，从而获得性能优异的纳米复合材料仍然是研究与应用的难点，并且石墨烯的价格昂贵，会导致生产成本大大增加，使其在大规模生产应用中受到了限制。

发明内容

为解决现有技术存在的成本高、补强材料在橡胶基体中难以达到最佳纳米分散状态等问题，本发明提供一种黑滑石/氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料及其制备方法。黑滑石与氧化石墨烯的分散相尺寸均达到纳米级，它们互相穿插，可以有效抑制两种补强填料自身的聚集，从而得到分散均匀的纳米复合材料。以纳米级分散的无机片层可以限制橡胶的变形并阻碍裂纹的扩展，具有很好的补强效果；同时，黑滑石中含有类石墨烯碳层，也可以进一步提升黑滑石与氧化石墨烯的协同作用，提高橡胶材料的力学性能与耐磨性能。另外，由于黑滑石与氧化石墨烯均具有比表面积较大的片层结构，均匀分散的片层阻挡了气体分子在橡胶材料中的扩散，还降低了橡胶大分子的热运动，减少了气体在橡胶中的扩散和渗透系数，赋予了橡胶复合材料良好的气体阻隔性能。本发明简单易行、易于工业化，并且我国黑滑石资源储量丰富，价格便宜，具有较好的经济效益和社会效益，应用前景广阔。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：