本发明涉及橡胶技术，具体涉及石墨烯改性橡胶及其制备方法和在输送带中的应用。
背景技术：
橡胶(rubber)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，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度(tg)低，分子量往往很大，大于几十万。橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品已经广泛应用于工业或生活各方面。近年来，随着橡胶工业的迅速发展，对橡胶制品也提出了更高的要求，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，单一的橡胶材料已不能完全满足当下苛刻的性能要求。因此，橡胶材料必须向着功能化、多元化的方向发展。
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。
输送带主要由骨架材料、覆盖层及打底材料三大部分组成。橡胶输送带因其覆盖层为橡胶而得名，广泛应用于工业领域。橡胶输送带的覆盖层是决定其性能的关键部分，而力学性能则是决定使用寿命长短关键因素，所以力学性能是评判其优劣的重要指标。此外，一些特殊的场合，还需要橡胶输送带具有较强的抗灼烧能力。对于橡胶输送带来说，覆盖层采用纳米复合填料改性橡胶有望获得更优异的力学性能和更强的抗灼烧能力，从而适应日益严苛的工作要求。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了石墨烯改性橡胶。本发明的石墨烯改性橡胶具有优异力学性能和较强的抗灼烧能力，用于制造输送带覆盖层，可以显著提高其使用寿命，同时又可以获得承载高温物料的能力。对应地，本发明还提供了制备石墨烯改性橡胶的方法，以及覆盖层橡胶采用本发明的石墨烯改性橡胶的抗灼烧输送带。
对于橡胶而言：本发明的石墨烯改性橡胶的原料组分按重量份计如下：
与现有技术相比，本发明的石墨烯改性橡胶具有特定的组分和用量，取得了如下显著的进步：
1)加入石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料进行改性，显著提高了天然橡胶与丁苯橡胶并用橡胶的力学性能，试验表明，其中，磨耗量不超过120mm3，新月形撕裂力可以达到110n/mm以上，裤型撕裂力可以达到36n/mm以上。
2)石墨烯具有独特的力学性能，使用石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料进行改性，解决了橡胶输送带的诸多技术瓶颈问题，提高了如抗撕裂、耐磨等性能，保证了输送带的使用寿命。
3)本发明的石墨烯改性橡胶具有较强的抗灼烧能力，用其制造的输送带覆盖层可以承受800℃的物料，从而可以应用到一些特殊的高温场合，具有适用范围广的特点。
为进一步提高产品的力学性能，作为优化方案，前述石墨烯改性橡胶的原料组分按重量份计如下：
作为进一步的优化方案，前述石墨烯改性橡胶的原料组分按重量份计如下：
其中，所述的石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料中，石墨烯的含量为10wt％。
试验表明，采用上述配方，制得的石墨烯改性橡胶具有最优的力学性能，其中，磨耗量只有109.6mm3，新月形撕裂力可以达到115.4n/mm以上，裤型撕裂力可以达到38.6n/mm以上。
对于制备方法而言，本发明的制备前述石墨烯改性橡胶的方法，包括以下步骤：
s1，用开炼机分别将石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料薄通，控制胶片厚度为0.3～0.5mm；
s2，密炼室升温到50℃，加入3号烟片胶、丁苯橡胶sbr-1502、石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料，混炼90～100秒；
s3，加入纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂4010na、防老剂rd、防老剂mb、石油树脂，混炼100～120秒；
s4，加入炭黑n220和松焦油，混炼100～120秒或密炼室温度达到120℃时排胶；
s5，用开炼机进行打卷出片，厚度控制在5.0±0.2mm，冷却停放至少4小时，获得胶料a；
s6，密炼室升温到50℃，将胶料a、硫磺、促进剂cbs、促进剂tmtd和促进剂dtdm一起投入密炼机，混炼90～100秒或密炼室温度达到95℃时排胶；
s7，使用开炼机进行导炼、薄通打三角包3～5次，控制胶片厚度为0.3～0.5mm；
s8，调整辊距，控制胶片厚度5.0±0.2mm，左右拉刀打卷3～5次后下片，室温停放至少24小时，获得胶料b；
s9，用开炼机将胶料均匀混炼后出片，控制光滑胶片厚度为2.2～2.3mm，将胶片在平板硫化机上的模具中进行硫化；本步骤中硫化条件为150～155℃×20～30min；
s10，将光滑胶片叠成4～6层，在磨耗模具中进行硫化；本步骤中，硫化条件为150～155℃×30～35min。
作为优化方案，前述的制备石墨烯改性橡胶的方法，包括以下步骤：
s1，用开炼机分别将石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料薄通，控制胶片厚度为0.5mm；
s2，密炼室升温到50℃，加入3号烟片胶、丁苯橡胶sbr-1502、石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料，混炼90秒；
s3，加入纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂4010na、防老剂rd、防老剂mb、石油树脂，混炼120秒；
s4，加入炭黑n220和松焦油，混炼120秒或密炼室温度达到120℃时排胶；
s5，用开炼机进行打卷出片，厚度控制在5.0mm，冷却停放4小时，获得胶料a；
s6，密炼室升温到50℃，将胶料a、硫磺、促进剂cbs、促进剂tmtd和促进剂dtdm一起投入密炼机，混炼90秒或密炼室温度达到95℃时排胶；
s7，使用开炼机进行导炼、薄通打三角包5次，控制胶片厚度为0.5mm；
s8，调整辊距，控制胶片厚度5.0mm，左右拉刀打卷3次后下片，室温停放24小时，获得胶料b；
s9，用开炼机将胶料均匀混炼后出片，控制光滑胶片厚度为2.2mm，将胶片在平板硫化机上的模具中进行硫化；本步骤中硫化条件为150℃×20min；
s10，将光滑胶片叠成4～6层，在磨耗模具中进行硫化；本步骤中，硫化条件为150℃×30min。
本发明的方法具有易于实施，适合规模化生产的特点。此外，试验表明，本发明的方法还具有成品率高的特点。
对于本发明的石墨烯改性橡胶的应用而言：本发明的抗灼烧输送带包括覆盖层橡胶，所述覆盖层橡胶为本发明的石墨烯改性橡胶。本发明的抗灼烧输送带不仅覆盖层橡胶力学性能好，使用寿命有保证，且抗灼烧能力强，能够承载800℃的物料，从而可以应用到一些特殊的高温场合，具有适用范围广的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式(实施例)对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的石墨烯改性橡胶可以按照如下原料组分配比制得：3号烟片胶55～65份，丁苯橡胶sbr-150235～45份，纳米氧化锌2.5～3.5份，硬脂酸1.3～1.8份，防老剂4010na1～1.5份，防老剂rd2～2.5份，防老剂mb1～2份，炭黑n22045～55份，石油树脂8～10份，松焦油4～5份，硫磺1.5～2份，促进剂cbs2～2.5份，促进剂tmtd1～1.5份，促进剂dtdm1～1.5份，石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料4～8份，石墨烯预分散天然橡胶母料5～10份。
本发明的的石墨烯改性橡胶可以按照以下方法制得，包括以下步骤：
s1，用开炼机分别将石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料薄通，控制胶片厚度为0.3～0.5mm；
s2，密炼室升温到50℃，加入3号烟片胶、丁苯橡胶sbr-1502、石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料，混炼90～100秒；
s3，加入纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂4010na、防老剂rd、防老剂mb、石油树脂，混炼100～120秒；
s4，加入炭黑n220和松焦油，混炼100～120秒或密炼室温度达到120℃时排胶；
s5，用开炼机进行打卷出片，厚度控制在5.0±0.2mm，冷却停放至少4小时，获得胶料a；
s6，密炼室升温到50℃，将胶料a、硫磺、促进剂cbs、促进剂tmtd和促进剂dtdm一起投入密炼机，混炼90～100秒或密炼室温度达到95℃时排胶；
s7，使用开炼机进行导炼、薄通打三角包3～5次，控制胶片厚度为0.3～0.5mm；
s8，调整辊距，控制胶片厚度5.0±0.2mm，左右拉刀打卷3～5次后下片，室温停放至少24小时，获得胶料b；
s9，用开炼机将胶料均匀混炼后出片，控制光滑胶片厚度为2.2～2.3mm，将胶片在平板硫化机上的模具中进行硫化；本步骤中硫化条件为150～155℃×20～30min；
s10，将光滑胶片叠成4～6层，在磨耗模具中进行硫化；本步骤中，硫化条件为150～155℃×30～35min。
使用本发明的石墨烯改性橡胶制得的输送带覆盖层具有优异的力学性能，使用寿命有保证，同时，又具有较强的抗灼烧能力，能够适用一些特殊的高温场合。
实施例1
本实施例中，石墨烯改性橡胶按照如下组分配比制得：3号烟片胶60份，丁苯橡胶sbr-150240份，纳米氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂4010na1.5份，防老剂rd2份，防老剂mb2份，炭黑n22050份，石油树脂8份，松焦油4份，硫磺2份，促进剂cbs2.5份，促进剂tmtd1份，促进剂dtdm1份，石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料5份，石墨烯预分散天然橡胶母料10份。
其中，所述的石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料中，石墨烯的含量为10wt％。
本实施例中，石墨烯改性橡胶按照如下步骤制得：
s1，用开炼机分别将石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料薄通，控制胶片厚度为0.5mm；
s2，密炼室升温到50℃，加入3号烟片胶、丁苯橡胶sbr-1502、石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料，混炼90秒；
s3，加入纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂4010na、防老剂rd、防老剂mb、石油树脂，混炼120秒；
s4，加入炭黑n220和松焦油，密炼室温度达到120℃时排胶；
s5，用开炼机进行打卷出片，厚度控制在5.0mm，冷却停放4小时，获得胶料a；
s6，密炼室升温到50℃，将胶料a、硫磺、促进剂cbs、促进剂tmtd和促进剂dtdm一起投入密炼机，混炼90秒排胶；
s7，使用开炼机进行导炼、薄通打三角包5次，控制胶片厚度为0.5mm；
s8，调整辊距，控制胶片厚度5.0mm，左右拉刀打卷3次后下片，室温停放24小时，获得胶料b；
s9，用开炼机将胶料均匀混炼后出片，控制光滑胶片厚度为2.2mm，将胶片在平板硫化机上的模具中进行硫化；本步骤中硫化条件为150℃×20min；
s10，将光滑胶片叠成4～6层，在磨耗模具中进行硫化；本步骤中，硫化条件为150℃×30min。
本实施例中，丁苯橡胶sbr-1502采用的是中国石油天然气股份有限公司的产品；3号烟片胶是进口泰国；炭黑n220是江西黑猫炭黑股份有限公司生产的产品；石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料和石墨烯预分散天然橡胶母料是成都创威新材料有限公司的产品，石墨烯含量10wt％。
本实施例中，密炼机为上海轻工机械股份有限公司生产的3l加压式；开炼机为上海轻工机械股份有限公司生产的s(x)r-160a双辊开炼机；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。
实施例2
与实施例1中不同的是，本实施例中，石墨烯改性橡胶按照如下组分配比制得：3号烟片胶60份，丁苯橡胶sbr-150240份，纳米氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂4010na1.5份，防老剂rd2份，防老剂mb2份，炭黑n22050份，石油树脂8份，松焦油4份，硫磺2份，促进剂cbs2.5份，促进剂tmtd1份，促进剂dtdm1份，石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料4份，石墨烯预分散天然橡胶母料5份。
实施例3
与实施例1中不同的是，本实施例中，石墨烯改性橡胶按照如下组分配比制得：3号烟片胶60份，丁苯橡胶sbr-150240份，纳米氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂4010na1.5份，防老剂rd2份，防老剂mb2份，炭黑n22050份，石油树脂8份，松焦油4份，硫磺2份，促进剂cbs2.5份，促进剂tmtd1份，促进剂dtdm1份，石墨烯预分散乳聚丁苯胶母料8份，石墨烯预分散天然橡胶母料10份。
试验表明，上述实施例1-3所制得的石墨烯改性橡胶均能实现本发明的目的，相对来说，实施例1为最优实施例，所制得的石墨烯改性橡胶具有最优的力学性能，从而用其制成输送带覆盖层具有最长的使用寿命。具体性能指标见下表1。
表1
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施例的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和实施例中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。