[发明专利]一种石墨烯/橡胶复合材料制备方法

说明书

本发明属于橡胶湿法混炼技术领域，具体涉及一种石墨烯/橡胶复合材料制备方法，工艺过程包括制备母胶混合液、制备母胶和制备复合材料共三个步骤，首先对填料进行搅拌和超声雾化的技术手段预处理形成填料乳液，然后采用填料预分散体骤温破碎技术，将填料乳液通过气体高压将填料乳液喷出，喷射到高温物体表面，填料乳滴骤然遇热破碎，实现了填料在橡胶基体中的二次分散，再采用高温闪蒸干燥技术，将经填料预分散体骤温破碎分散后制备的湿法混炼胶置于高温环境中将其中的水分瞬间蒸发，固化填料在橡胶基体中优良分散，最后采用常规的密炼机制备填料/橡胶复合材料；其原理科学可靠，实用简便，制备效率高，应用前景广阔，使用环境友好。

技术领域：

本发明属于橡胶湿法混炼技术领域，具体涉及一种石墨烯/橡胶复合材料制备方法，采用石墨烯乳胶预分散体与湿法混炼胶干燥工艺相结合实现石墨烯在胶乳中的均匀分散与分布，防止石墨烯分散后的聚集，制得石墨烯分布均匀与分散良好，力学性能优良，综合力学性能和动态力学性能显著提高的石墨烯/橡胶复合材料。

背景技术：

随着科学技术的不断进步和材料学科的持续发展，人类使用的材料也在更新和进步，高分子材料及其制品已占领了生活中的各个领域、各个行业以及各个部门，大到航天飞机的某个部件，小到一个螺钉，都有可能采用高分子材料；橡胶作为一种重要的战略性物资，广泛应用于国民经济、高新技术和国防军工等领域，但是由于橡胶强度低、模量低、耐磨性和抗疲劳性差，没有实用性，所以绝大多数橡胶都需要填充补强剂。在现有技术中，炭黑和白炭黑作为主要的补强剂广泛应用于橡胶制品中，包括石墨烯、碳纳米管和碳碳复合材料等的新兴填料/橡胶复合材料的制备和应用也成为研究热点。

橡胶复合材料制备过程最关键的工序是混炼，混炼工序的本质就是将各种配合剂混入生胶中，以制成质量均匀的混炼胶的过程，也是橡胶与各种配合剂的混合与分散过程；可以说，混炼是橡胶制品加工过程中第一道也是最重要的一道工序，混炼胶质量的好坏直接影响到橡胶制品的质量、性能及其使用寿命；目前，我国橡胶工业的混炼多采用密炼机多段式混炼方法，由于高聚物的高弹特性，导致了混炼过程是一个不断生热升温的过程，为防止胶料焦烧破坏胶料的性能并达到配合剂均匀分散的目的，混炼过程不得不反复进行，对橡胶制品的性能产生了不可逆转的影响；为了提高混炼效率，新的混炼方法和工艺层出不穷，包括低温一次法、串联式混炼和连续混炼等，这些新的混炼技术在混炼效率和混炼质量上具有很好的均衡效果，但是，这些机械混炼技术中的填料的分散等级不能达到设定的程度，即使延长混炼时间，胶料的混炼质量也不会得到很大的提高。为了获得更好的混炼质量，人们尝试将超声波和固体干冰等新能量注入到混炼过程中以打破填料的聚集体，提高橡胶混炼质量，通过研究发现这些新的技术手段只是在一定程度上改善了填料的微观分散程度，但是与高端橡胶制品的要求仍存在一定的差距，对于石墨烯/橡胶复合材料的制备，机械混炼的技术手段无法满足填料分散的需求；石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，也是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨，石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)，由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。