[发明专利]一种基于纸团状石墨烯微球改性的复合橡胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纸团状石墨烯微球改性的复合橡胶及其制备方法，该复合橡胶由100份合成橡胶、0.1～10份纸团状石墨烯微球、0.5～5份硫化剂、3～10份硫化促进剂和5～20份其他助剂组合而成。纸团状石墨烯微球具有良好的力学性能和弹性，能有效提升橡胶的机械强度，吸收冲击，提高材料回弹性，提高导热率。纸团状结构一方面降低了石墨烯的堆叠，添加至橡胶中后可以良好分散，另一方面使得石墨烯填料具有抗冲击性和弹性。本发明的基于纸团状石墨烯微球改性的复合橡胶具有优异的机械强度、耐磨性、回弹性、阻燃性。

技术领域

本发明属于橡胶领域，涉及一种基于纸团状石墨烯微球改性的复合橡胶及其制备方法。

背景技术

橡胶在室温下具有独特的高弹性，质量轻，应用性广，作为一种重要的战略性物资被广泛应用于国民经济、高新技术和国防军工等领域.然而，单纯的橡胶强度低、模量低、耐磨差、抗疲劳差，没有实用性，因此对于绝大多数橡胶都需要填充补强。炭黑(CB)和白炭黑(SiO₂)是传统橡胶主要的补强剂，广泛使用于各种橡胶制品中，但是在橡胶补强的同时，由于橡胶材料固有的黏弹滞后损耗和橡胶内部的填料、大分子链之间的相互摩擦，动态环境下使用的橡胶制品会产生大量的热量。而当产生的热量不能及时地传导出去时，橡胶内部会急剧升温，使其性能劣化，此需要提高橡胶制品的导热性来提高其动态使用下的使用性能和使用寿命。此前有许多研究者将纳米填料与橡胶结合来获得更好性能的复合橡胶，如添加富勒烯、蒙脱土、膨胀石墨、碳纳米管等，但是这些材料易于团聚，难以在橡胶这种高粘度体系中分散，并且不能在各种性能中取得平衡，因而应用范围较窄。

石墨烯是一种原子厚度的二维材料，具有超高的比表面积、优异的力学性能、高导热率和自润滑性。这些特性使其在复合材料方面得到广泛研究，使得高分子材料的性能得到改善。但石墨烯容易团聚，会重新形成石墨堆叠结构，降低了其增强性能。虽然可以通过添加分散剂和进行表面修饰的方法来促进石墨烯的分散性和降低石墨烯的堆叠，但是这些方法提高了石墨烯的成本，并且引入了新的成分。专利201510208883.X《一种石墨烯改性的耐磨橡胶》采用多层石墨烯对橡胶进行增强，提升了整体的机械性能。专利201610705206.3《一种基于三维石墨烯改性的复合橡胶及其制备》用三维石墨烯与橡胶复合，利用三维结构在提升橡胶力学性能的同时改善了其导热性。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种基于纸团状石墨烯微球改性的复合橡胶及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于纸团状石墨烯微球改性的复合橡胶，按质量份计包括如下组分：100份橡胶、0.1～10份纸团状石墨烯微球、0.5～5份硫化剂、3～10份硫化促进剂和5～20份其他助剂。所述纸团状石墨烯微球由单层石墨烯片皱褶而成，微球直径为500nm～5μm，密度为0.2～0.4g/cm³，碳氧比为20～60，比表面积低于200m²/g。

所述纸团状石墨烯微球由以下步骤制备得到：

(1)通过雾化干燥法将单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球；

(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，置于还原性气体氛围中进行还原，得到还原氧化石墨烯微球；

(3)将步骤(2)得到的还原氧化石墨烯微球进行高温处理，温度高于1000℃，得到纸团状石墨烯微球。

进一步地，所述步骤(1)的单层氧化石墨烯分散液中，还可以含有还原剂。在雾化过程中，氧化石墨烯片发生褶皱，同时，还原剂以分子形态附着在片层表面。所述还原剂为碘化氢、溴化氢、水合肼、维生素C、硼氢化钠等。还原剂与单层氧化石墨烯质量比为0.1～10。所述步骤(1)中的雾化干燥温度为100～200℃，使得包裹在褶皱结构中的还原剂对氧化石墨烯进行初步还原。