石墨烯在丁苯橡胶和天然橡胶中应用10.21.doc

石墨烯在丁苯橡胶和天然橡胶中的应用研究 沈会民、庄炳建、吴远滨 浙江双箭橡胶股份有限公司， 浙江 嘉兴 314513 摘 　要 : 本文介绍了石墨烯/丁苯橡胶复合材料母胶（石墨烯含量10%）在丁苯橡胶配方、石墨烯/天然橡胶复合材料母胶（石墨烯含量10%）在天然橡胶和丁苯橡胶并用配方中的试验，可显著提高橡胶的物理力学性能，体现在可提高橡胶的耐磨性、撕裂力、拉伸强度和300%定伸应力。 关键词 : 石墨烯；丁苯橡胶；天然橡胶；力学性能 橡胶是一种在大变形下能迅速恢复变形并具高弹性的高分子材料，近年来，橡胶工业的迅速发展，对橡胶制品提出了更高的要求，特别在交通运输、航空航天等高科技领域，对橡胶材料要求近乎苛刻，橡胶材料必须向着功能化、多元化的方向发展，单一的橡胶材料已不能完全满足苛刻条件的使用要求。 纳米填料具有较大的比表面积和较强的填料—聚合物界面作用力。纳米复合材料具有更优异的力学、热学、电学和气/液阻隔性能。采用纳米复合填料改性橡胶是橡胶工业发展的趋势之一。针对输送带来说，可以显著提高输送带的力学性能，延长其使用寿命。 石墨烯作为新型碳基填料(纳米填料)，具有很高的物理力学性能和电子特性，如超高的强度、超高的导电导热率、大的比表面积。应用于橡胶中，具有很高的补强功能，可实现提高橡胶制品的力学性能。 1 实验 1.1 主要原材料 丁苯橡胶（SBR1500），中国石油天然气股份有限公司；天然橡胶（3#烟片），进口泰国天然橡胶；炭黑N220，江西黑猫炭黑股份有限公司；石墨烯/丁苯橡胶复合母胶（石墨烯含量10%）和石墨烯/天然橡胶复合母胶（石墨烯含量10%），成都创威新材料有限公司；其他助剂均为市售工业品。 1.2 主要设备和仪器 3L加压式密炼机，上海轻工机械股份有限公司；S（X）R-160A双辊开炼机，上海轻工机械股份有限公司；无转子硫化仪，台湾高铁股份有限公司；XLB型平板硫化机，湖州宏侨橡胶机械有限公司；电子拉力机，台湾高铁股份有限公司；邵氏A型橡胶硬度计，上海三菱机械厂；滚筒磨耗机，台湾优肯有限公司；热空气老化箱，上海市实验仪器总厂。 1.3 试验配方 配方A：丁苯橡胶（SBR1500） 100；纳米氧化锌 5；硬脂酸 1.5；防老剂 5；炭黑（N220）55；软化增粘剂 11；硫化促进剂 4.3；石墨烯/丁苯橡胶复合母胶为变量。 配方B：天然橡胶（3#烟片胶）60；丁苯橡胶（SBR1500）40；；纳米氧化锌 3；硬脂酸 1.5；防老剂 5；炭黑（N220）50；石油树脂 8；芳烃油 4；硫磺 2.0；促进剂 1.3；石墨烯/天然橡胶复合母胶为变量。 1.4 混炼工艺 开炼机塑炼石墨烯/橡胶复合母胶：用开炼机将石墨烯/天然橡胶（或丁苯橡胶）复合母胶薄通5次。要求胶片厚度控制在0.3 mm～0.5 mm。 一段混炼：密炼室升温到50℃，加入生胶和石墨烯/天然橡胶复合母胶，混炼90秒； 加入纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂、软化剂等，混炼120秒； 加入炭黑和油，混炼 120秒或密炼室温度达到120℃时排胶； 用开炼机进行打卷出片，厚度控制在5.0 mm，冷却停放4小时。 二段混炼：用密炼机加硫化剂。密炼室升温到50℃，将胶料和硫化剂一起投入密炼机，混炼90秒或密炼室温度达到95℃时排胶； 用开炼机进行导炼、薄通打三角包五次，要求胶片厚度0.3 mm～0.5 mm； 调整辊距，控制胶片厚度5.0 mm，左右拉刀打卷3次后下片，室温停放 24小时，进行试样制备。 1.5 试样制备 在开炼机将胶料均匀混炼后出片，光滑胶片厚度2.2～2.3mm，将胶片裁成长度20 cm×宽度15 cm，在平板硫化机上用模具（长度20 cm×宽度15 cm×厚度2mm）进行硫化试片（硫化条件150℃×20分、30分）。将光滑胶片叠成5层，用旋转冲孔裁刀，制成3个圆柱形试样（直径16.0±0.2mm，高度11.0～11.5mm），在磨耗模具（单个圆柱孔直径16.0mm，高度10.0mm）进行硫化试样（硫化条件150℃×30分）。 1.6 性能测试 胶料停放16小时后进行性能测试，各项性能均按相应的试验方法标准进行测试。 2 结果与讨论 2.1 石墨烯/丁苯橡胶复合材料在丁苯橡胶中应用 2.1.1 配方内容 将石墨烯/丁苯橡胶复合材料母胶（石墨烯含量10%）加入到丁苯橡胶配方中，进行变量试验：0份、5份、10份、15份，其他组份保持不变，分别标记配方代号为A1、A2、A3、A4，如表1所示。 表1 配方内容 原材料 A1配方 A2配方 A3配方