一种磨辊密封圈材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磨辊密封圈材料技术领域，具体指一种氟橡胶磨辊密封圈材料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 氟橡胶（FKM)是指主链或侧链的碳原子上接有氟原子的一种合成高分子弹性体。 氟原子的半径小、电负性极强，能够紧密地排列在碳原子的周围，生成键能很高的氟碳键， 对碳碳键产生很好的屏蔽作用。因而氟橡胶具有很高的热稳定性和化学惰性，被用作密封 材料广泛应用于国防、军工、航天航空、汽车、石油化工等领域。氟橡胶用作磨辊密封圈，具 有其它橡胶无法比拟的优势：耐高温、耐燃料油、耐强氧化剂、耐天然老化等。但是，现有技 术中的氟橡胶磨辊密封圈的耐磨性能较差，尤其是在高温、高速环境下，已无法满足现实需 求。
[0003] 申请公布号为CN104130541A的中国发明专利申请《一种超级电容器用防爆橡胶 密封胶盖》（【申请号】201410374228.9)在橡胶材料中加入了氧化石墨烯，石墨烯是由单层 碳原子通过SP 2杂化紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种新炭材料，是目前世界上已知 的最坚硬的纳米材料，在橡胶材料中添加石墨稀可以提高橡胶材料的耐磨性能。然而，石墨 烯具有难剥离的特点，其表观密度较低，直接将石墨烯加入到其它材料中，易导致石墨烯在 材料中分布不均匀，大大降低石墨烯的改善性能。申请公布号为CN104194240A的中国发明 专利申请《一种高强高耐磨橡胶》（【申请号】201410487400. X)同样在橡胶材料中加入了石 墨烯，并且其对石墨烯进行了改性，以促进其它物质在橡胶材料中分散均匀，同时起到增强 橡胶材料耐磨性能的效果。然而，其对石墨烯的改性工艺复杂，且其促进其它物质在橡胶材 料中分散均匀是利用了石墨烯比表面积大的特点，而若石墨烯本身在橡胶材料中分散不够 均匀，则直接影响石墨烯对其它材料分散均匀的促进作用。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种耐磨及耐热性能好 的磨辊密封圈材料。
[0005] 本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述磨辊密 封圈材料的制备方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种磨辊密封圈材料，其特征在 于按重量计包括以下组分：
[0007] 氟橡胶 100份 有机蒙脱土 10?20份 耐磨炭黑 10?30份 改性碳化硅 5?20份 石墨烯复合材料 10?20份 氧化镁 15?25份 羟基硅油 0.5?2份 微晶蜡 0.1 ~3份 双酚AF 0.5 ~ 2份 苄基三苯基氯化磷 0.5?1.5份；
[0008] 其中，所述的石墨烯复合材料为经过原位还原的石墨烯/氢化苯乙烯-丁二 烯-苯乙烯复合物，该石墨烯/氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯复合物由以下方法得到：在超 声条件下将氧化石墨烯粉末分散在有机溶剂中，待氧化石墨烯在有机溶剂中形成无定型的 悬浮液后，再于搅拌条件下向上述悬浮液中加入氢化苯乙烯、丁二烯及苯乙烯反应，反应完 毕后经过减压蒸馏除去有机溶剂并干燥即可；将所述的石墨烯/氢化苯乙烯-丁二烯-苯 乙烯复合物于220°C?230°C下熔融共混25min?60min后完成原位还原得到所述的石墨 稀复合材料。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述石墨烯/氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯复合物中， 石墨烯与氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯体系的重量比为1:1?1. 2 ;所述氢化苯乙烯-丁 二烯-苯乙烯体系中氢化苯乙烯、丁二烯及苯乙烯三者的重量比为1:0. 5?0. 8:1. 7?2。 采用上述配比参数，解决了石墨烯加料困难的问题，使石墨烯易于在材料中分布均匀，充分 发挥石墨烯的作用，一方面增加橡胶材料的耐磨性，另一方面促进其它组分在橡胶材料中 分散均匀，提高橡胶材料的整体性能。
[0010] 更进一步的，所述的耐磨炭黑由高耐磨炭黑与中超耐磨炭黑按质量比1:0.5?2 混合得到，所得混合耐磨炭黑的粒径为10?40nm，补强性能优良，本发明中使用的球形耐 磨炭黑表面会进一步与基体发生物理及化学交联，促使流动的高分子链段进行整合，有利 于耐磨炭黑在橡胶材料中更好的分散，并赋予材料较好的拉伸性能、抗撕裂性能、耐磨性能 和抗老化性能，有效提高橡胶材料的机械性能。
[0011] 作为优选，所述的改性碳化硅为经过硅烷偶联剂改性的碳化硅微粉。改性后的碳 化硅微粉具有更好的亲和力，易于在橡胶材料中进行分散，有效提高橡胶材料的耐热性能。
[0012] 一种上述磨辊密封圈材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0013] (1)石墨烯复合材料的制备：
[0014] 在超声条件下，按重量计将100份氧化石墨烯粉末分散在150?200份有机溶剂 中，待氧化石墨稀在有机溶剂中形成无定型的悬浮液后，于搅拌条件下向上述悬浮液中加 入100份?120份氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯体系混合物，该混合物中氢化苯乙烯、丁二 烯及苯乙烯三者的重量比为1:0. 5?0. 8:1. 7?2 ;
[0015] 反应I. 5h?2h后进行减压蒸馏，去除有机溶剂并干燥，得到石墨烯/氢化苯乙 烯-丁二烯-苯乙烯复合物；
[0016] 将所述的石墨烯/氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯复合物于220°C?230°C下熔融 共混，进行原位还原反应25min?60min，反应完毕即得到所述的石墨稀复合材料；
[0017] (2)改性碳化硅的制备：
[0018] 取60份洗净、烘干的碳化硅微粉，加入0. 1?1份硅烷偶联剂共混反应0. 5h? lh，反应完毕后洗涤、抽滤并烘干即可；
[0019] (3)取100份氟橡胶生胶置于开炼机上，在辊距0.5?Imm下，薄通10?15次，再 将辊距放到4?6mm，辊压4?6min后下片，其中，开炼机前辊的塑炼温度为55?60°C，开 炼机后辊的塑炼温度为50?55°C ;
[0020] (4)将步骤（3)处理后的氟橡胶置于密炼机中，依次加入0.5?2份羟基硅油、 0. 1?3份微晶蜡、15?25份氧化镁、10?20份有机蒙脱土、5?20份步骤（2)制备的改 性碳化硅、10?20份步骤（1)制备的石墨烯复合材料、10?30份耐磨炭黑，混炼均匀后排 料；其中，混炼温度为50?60°C，混炼时间为2?3min ;
[0021] (5)将步骤（4)处理后的混合料放置24h后置于开炼机中，加入0. 5?2份双酚 AF及0. 5?1. 5份苄基三苯基氯化磷进行硫化，一段硫化的硫化温度为140?160 °C，硫 化时间为0. 5h ;二段硫化采用逐级升温方式，即先在常温下硫化lh，然后依次升温至90? 110°C、110?130°C分别硫化lh，再升温至150°C硫化0· 5h，继续升温至200°C硫化12h，最 后冷却到80°C以下后下片；
[0022] (6)采用硫化机对步骤（5)所得物质成型，设定成型压力为20MPa，温度为170? 180°C，时间为 10 ?15min。
[0023] 上述氧化镁为吸酸剂，可以吸收氟橡胶硫化过程中产生的酸，优选粒径较小、多孔 结构的活性氧化镁。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0025] (1)本发明添加了经过原位还原的石墨烯/氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯复合物， 该石墨烯复合材料易于分散，解决了现有技术中石墨烯难剥离、因表观密度低而导致的加 料困难问题，使得石墨烯能在磨辊密封圈材料均匀分散，充分发挥了石墨烯的作用，有效提 高了磨辊密封圈材料的耐磨性及耐热性；
[0026] (2)改性碳化硅在磨辊密封圈材料中以类似短纤维而尺寸远小于短纤维的晶须结 构存在，这种结构不仅能增强材料的机械性能、提高材料的耐热性，还能在一定程度上改善 材料加工性能；并且，本发明中的石墨烯复合材料及改性碳化硅均具有较好的亲和性，二者 之间的协同作用使石墨烯复合材料及改性碳化硅的作用得以充分发挥，从整体上进一步提 高了材料的耐磨性及耐热性；
[0027] (3)由于石墨烯是由单层碳原子通过Sp2杂化紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结 构，其具有较高的比表面积、强度、弹性等，而有机蒙脱土的片层结构以及纳米分散形态下 的纳米尺寸效应使其在橡胶基体中的界面作用力较强，石墨烯复合材料与有机蒙脱土相互 作用，利用石墨烯复合材料的高比表面积和亲和性，使得磨辊密封圈材料在整体上形成一 种具有较强界面张力的材料，不仅具有良好的增韧效果，也使磨辊密封圈材料具有较好的 尺寸稳定性及热稳定性。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0029] 实施例1 :
[0030] 本实施例的磨辊密封圈材料按重量计包括以下组分：
[0031] 氟橡胶 100份 有机蒙脱土 10份 高耐磨炭黑 20份 中超耐磨炭黑 10份 改性碳化娃 15份 石墨烯复合材料 12份 氧化镁 15份 羟基硅油 1份 微晶蜡 0.5份 双酚AF 2份 苄基三苯基氯化磷 1.2份；
[0032] 本实施例的磨辊密封圈材料的制备方法包括以下步骤：
[0033] (1)石墨烯复合材料的制备：
[0034] 在超声条件下，按重量计将100份氧化石墨烯粉末分散在150份四氢呋喃中，待氧 化石墨稀在四氢呋喃中形成无定型的悬浮液后，于搅拌条件下向上述悬浮液中加入100份 氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯体系混合物，该混合物中氢化苯乙烯、丁二烯及苯乙烯三者的 重量比为1:0. 5:1. 7 ;
[0035] 反应I. 5h后进行减压蒸馏，去除有机溶剂并干燥，得到石墨烯/氢化苯乙