一种石墨烯增强橡胶的制备方法与流程

本申请是申请号2016103765979、名称：一种高强度耐磨传动皮带，申请日2016年05月31日的分案申请。

本发明涉及传动装置，具体来讲是一种高强度耐磨传动皮带。

背景技术：

传动皮带是工业中机械能量传递以及运输物品的重要装置，将原动机的电机或发动机旋转产生的动力，通过带轮由胶带传导到机械设备上，故又称之为动力带。它是机电设备的核心联结部件，种类异常繁多，用途极为广泛。从大到几千千瓦的巨型电机，小到不足一个千瓦的微型电机，甚至包括家电、计算机、机器人等精密机械在内都离不开传动带。

现有的传动皮带主要通过骨架材料和橡胶或者弹性体材料制备，其中骨架普遍采用强度高、伸长小、耐热和耐弯曲性好的聚酯线绳，80年代又出现了高定伸、低收缩的改性聚酯线绳，其中对于要求高负荷传动、耐冲击性的变速带和农机用的v型带，有的己开始使用芳纶纤维，而目前最好的骨架材料是玻璃纤维，它能使啮合传动时的伸长小，而且具有适度的线膨胀系数，加之对弯曲疲劳等缺欠性使之不能得到广泛使用。今后，强度更高、耐弯曲性更好的芳纶纤维将有可能部分取代玻璃纤维而挤进齿型带最佳骨架材料行列。目前，市场上出现了一种无捻聚酯钢化单丝骨架，这种骨架材料以其价格相对低廉、高强度、耐屈挠性好、使用寿命长等特点逐步得到大家的认可。其中橡胶和弹性体目前广泛使用耐热性、耐磨性较好的丁苯橡胶、聚氨酯弹性体等材料。

随着我国工业的发展，对机械设备的要求越来越高，传动皮带的质量特别是其强度以及耐磨性不够已经成为机械工业发展的瓶颈，严重制约着我国工业的发展，迫切需要高强度、耐磨性、使用寿命长的传动皮带。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高强度、耐磨性强的传动皮带。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种高强度耐磨传动皮带，其特征在于,包括v型凸纹、皮带本体层、背层，所述的本体层位于v型凸纹与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层设有碳纤维对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹的横截面为梯形。

作为优选，所述的碳纤维的取向方向与皮带的宽度方向角度为0度以上30度以下。

作为优选，所述相邻v型凸纹之间的间距为0.6-15cm。

作为优选，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

作为优选，所述的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁2-5份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶20-50份、石墨烯0.01-0.05份、防老剂1-2份、聚丙烯晴纤维10-20份、聚乙烯醇粉末1-2份、硫化剂1-2份、石墨10-20份、偶联剂0.1-0.5份、无机惰性粉末5-10份。

进一步的，石墨烯增强橡胶材料材料的制备方法如下：:

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在80-100℃下干燥10-20h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至100-120℃，以100-150℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至120-140℃，以400-600r/min的速度密炼10-15min，得到橡胶材料。

作为优选，所述的无机惰性粉末选自硅藻土、粉煤灰、重晶石粉、铁矿粉、石英砂粉、石灰石粉、滑石粉、磷矿粉、石棉矿粉、硅粉中的一种或几种。

作为优选，所述的偶联剂为tmc-201、tmc-102、tmc-101、kh792，dl602，dl171的一种或几种。

作为优选，所述的无机惰性粉末的粒径大于100目。

本发明同时公开了此种高强度耐磨传动皮带在汽车上的应用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

一、本发明提供的传动皮带具有优异强度，能广泛使用在各种重工机械设备当中，有效的提高设备的工作效率、减少设备的损坏；

二、本发明提供的传动皮带具有较强的耐摩擦性，在较长时间后，皮带上面的v型凸纹也不会出现磨平损坏，使用寿命更长。

附图说明

图1是本发明提供的传动皮带的横截面图；

图2是本发明提供的传动皮带的表面v型凸纹图；

图中标记：1-v型凸纹，2-本体层，3-背层，4-碳纤维。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施例1：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为0度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为0.6cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁2份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶20份、石墨烯0.01份、防老剂1份、聚丙烯晴纤维10份、聚乙烯醇粉末1份、硫化剂1份、石墨10份、偶联剂0.1份、无机惰性粉末5份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在80℃下干燥10h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至100℃，在100℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至120℃，以400r/min的速度密炼10min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为硅藻土，粒径为100目，偶联剂为tmc-201。

具体实施例2：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为30度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为15cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁5份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶50份、石墨烯0.05份、防老剂2份、聚丙烯晴纤维20份、聚乙烯醇粉末2份、硫化剂2份、石墨20份、偶联剂0.5份、无机惰性粉末10份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在100℃下干燥20h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至120℃，密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至140℃，以600r/min的速度密炼15min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为粉煤灰，粒径为120目，偶联剂为tmc-102。

具体实施例3：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为10度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为10cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁3份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶30份、石墨烯0.03份、防老剂1.5份、聚丙烯晴纤维15份、聚乙烯醇粉末1.5份、硫化剂1.5份、石墨15份、偶联剂0.3份、无机惰性粉末8份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在90℃下干燥15h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至110℃，以120℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至130℃，以500r/min的速度密炼12min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为重晶石粉，粒径为200目，偶联剂为tmc-101。

具体实施例4：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为5度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为7cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁2份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶50份、石墨烯0.01份、防老剂2份、聚丙烯晴纤维10份、聚乙烯醇粉末2份、硫化剂1份、石墨20份、偶联剂0.1份、无机惰性粉末10份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在80℃下干燥20h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至100℃，以150℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至120℃，以600r/min的速度密炼10min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为铁矿粉，粒径大于100目，偶联剂为kh792。

具体实施例5：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为15度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为0.6cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁5份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶20份、石墨烯0.05份、防老剂1份、聚丙烯晴纤维20份、聚乙烯醇粉末1份、硫化剂2份、石墨10份、偶联剂0.5份、无机惰性粉末5份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在100℃下干燥10h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至120℃，以100℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至140℃，以400r/min的速度密炼15min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为石英砂粉，粒径大于100目，偶联剂为dl602。

具体实施例6：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为20度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为0.6cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁5份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶30份、石墨烯0.01份、防老剂2份、聚丙烯晴纤维12份、聚乙烯醇粉末1份、硫化剂2份、石墨12份、偶联剂0.1份、无机惰性粉末10份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在90℃下干燥10h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至120℃，以120℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至120℃，以600r/min的速度密炼12min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为石灰石粉，粒径大于100目，偶联剂为dl602。

具体实施例7：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为12度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为0.6cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁3份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶50份、石墨烯0.01份、防老剂1.5份、聚丙烯晴纤维15份、聚乙烯醇粉末1份、硫化剂1.5份、石墨20份、偶联剂0.5份、无机惰性粉末8份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在80℃下干燥20h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至100℃，以150℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至120℃，以600r/min的速度密炼12min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为滑石粉，粒径大于100目，偶联剂为dl171。

具体实施例8：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为30度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为0.6cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁5份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶50份、石墨烯0.03份、防老剂1份、聚丙烯晴纤维10份、聚乙烯醇粉末2份、硫化剂2份、石墨15份、偶联剂0.1份、无机惰性粉末5份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在100℃下干燥20h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至110℃，以100℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至120℃，以600r/min的速度密炼15min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为磷矿粉，粒径大于100目，偶联剂为tdl602。

具体实施例9：如图1、图2所示，本实施例公开了一种高强度耐磨传动皮带，包括v型凸纹1、本体层2、背层3，所述的本体层位于v型凸纹1与背层之间，所述的v型凸纹呈一个方向排列，所述的的本体层2设有碳纤维4对传送皮带进行增强，所述的v型凸纹1的横截面为梯形。

在本实施例中，所述的碳纤维4的取向方向与皮带的宽度方向角度为0度，相邻v型凸纹（1）之间的间距为0.6cm，所述的本体层为石墨烯增强橡胶材料。

本实施例的的石墨烯增强橡胶由以下重量份的原料组成：氧化铁5份、氯丁橡胶100份、丁苯橡胶50份、石墨烯0.02份、防老剂1.5份、聚丙烯晴纤维10份、聚乙烯醇粉末1份、硫化剂2份、石墨20份、偶联剂0.3份、无机惰性粉末5份，制备方法如下：

步骤1：用偶联剂对氧化铁进行表面处理，将偶联剂与无水乙醇按照质量比为1:1混合搅拌均匀，加入氧化铁，在90-100摄氏度的范围下搅拌30min，，洗涤，抽滤，干燥；

步骤2：将步骤1后的氧化铁加入到环己烷溶剂中，用超声波方式对其进行分散，在加入石墨烯、石墨、无机惰性粉末，再次用超声波分散，然后缓慢加入到环己烷蒸发，对其进行烘干，得到粉末状材料；

步骤3：将步骤2后的产物和短切后的聚丙烯晴纤维、防老剂、聚乙烯醇粉末混合，再加入1wt%的氯化钙溶液进行絮凝，经洗澡后在80℃下干燥10h，冷却后备用。

步骤4：将氯丁橡胶和丁苯橡胶加入到密炼机中，升温至120℃，以150℃密炼4分钟，加入步骤3制备的产物，硫化剂，升温至130℃，以400r/min的速度密炼10min，得到橡胶材料。

本实施例的无机惰性粉末为石棉矿粉，粒径大于100目，偶联剂tmc-102。

本实施例公开的高强度耐磨传动皮带能够在汽车的传送装置上使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。