一种低透气性含石墨烯的氟橡胶纳米复合材料及制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及橡胶材料领域，涉及一种低透气性含石墨稀的氟橡胶纳米复合材料及 制造方法，尤其涉及一种由石墨稀和氟橡胶共同组成的纳米复合材料。
【背景技术】
[0002] 石墨烯是一种碳原子以sp2杂化排列的单原子层呈六角环形蜂窝状排布的片 状二维晶体，理论厚度只有0. 335nm，模量可高达lTPa，强度达130GPa，比表面积可达 2630m2g-l，同时具备超高的导热率（3000-5000W m-lK-1)及导电性（200000cm2V-ls-l)， 其应用潜力无法估量。
[0003] 氟橡胶是目前耐油性能最好的弹性体材料之一，具备优异的耐高温、耐油、耐强氧 化剂和燃料性能，且电绝缘性能优良、难燃、透气性小，广泛应用于航空、航天、武器装备、重 型机械、汽车等动力系统的密封和化工领域机械、管道耐腐蚀介质的密封和防腐。但是氟橡 胶本身强度不足，往往需要填料来提高力学强度和实现功能化，如更好的气体阻隔性能、导 电、导热、阻燃防火性能。而石墨烯以其独特的的分子结构及特性，在橡胶增强和功能化方 面极具应用潜力。
[0004] 中国专利CN 101558455A公开了"官能性石墨烯-橡胶纳米复合材料"，复合材料 由官能化的石墨烯与基体材料组成，采用经官能化表面处理的石墨烯与橡胶复合，操作复 杂，工艺稳定性不足。专利CN 103937265A公开了一种石墨稀一娃橡胶复合材料及其制备 方法，采用机械方法将未经预分散处理的石墨烯与橡胶复合，石墨烯分散性较差。专利CN 103408855A公开了一种含氧化石墨烯橡胶复合材料，以氯磺化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯 橡胶、氢化丁腈橡胶共混胶为基体，通过乳液共混的方法制备了氧化石墨烯橡胶复合材料， 该方法中难以避免溶剂残留，影响材料性能，且工艺复杂，工程化难度大。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出一种工艺稳定性好、石墨烯分散性较好且工艺简单，工程 化难度小的低透气性的含石墨烯的氟橡胶纳米复合材料及制造方法。
[0006] 本发明的技术解决方案是：
[0007] 所述纳米复合材料的组成包括氟橡胶、石墨烯、炭黑、石墨、吸酸剂和硫化剂，组成 质量份数为氟橡胶100份，石墨稀〇. 05-20份，炭黑0 -25份，石墨0 -20份，吸酸剂3- 6份，硫化剂4一6份。
[0008] 所述的氟橡胶为以C-C键为主链，主链和侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合 物，氟含量为60- 72%，或主链或侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物。
[0009] 所述的石墨稀为多层石墨稀，层数为2-50层。
[0010] 所述的石墨为鳞片石墨、胶体石墨或两者的混合物。
[0011] 所述的吸酸剂为氧化镁、氧化钙、氢氧化钙、氧化锌中的一种或几种的混合物。
[0012] 所述的纳米复合材料采用机械共混法制备，其制备方法包括以下步骤：
[0013] (1)按照重量份数比称量石墨烯、炭黑、石墨和吸酸剂，放入非对称双行星搅拌机 中，20-60r/min 下揽摔 4一8h ；
[0014] (2)将氟橡胶和搅拌后石墨烯、炭黑、石墨、吸酸剂混合物在2h内加入密炼机中， 在 60 - IKTC 下密炼 20- 200min ;
[0015] (3)在两辊炼胶机上将步骤（2)得到的纳米复合材料共混物与硫化剂混炼均匀；
[0016] (4)步骤（3)得到的纳米复合材料共混物根据硫化剂的种类进行高温硫化，得到 低透气性的含石墨稀的氟橡胶纳米复合材料。
[0017] 本发明具有的优点和有益效果，本发明对石墨烯进行预分散处理，提高了其在氟 橡胶中的分散性。石墨烯独特的片层结构，能够在氟橡胶内部形成格栅结构有效阻隔气体。 石墨具有类似的片层结构，与石墨烯混合共同作用，能够在材料内部形成不同尺度的气体 格栅，从而降低材料的气体渗透性。但是由于氟橡胶独特的分子结构、高门尼粘度的特点， 在与石墨烯等材料实现纳米复合时存在很高的技术难度。本发明采用低速搅拌机对粉料进 行预分散处理，通过机械搅拌以及粉料间的相互作用，在保证石墨烯片层结构的同时，提高 了其分散度。此外本发明采用机械式分散及混炼方法，操作简单，工艺稳定性好，便于工程 化生产。
[0018] 本发明提高了氟橡胶的气密性能、导热性，降低了表面摩擦系数，提高了氟橡胶的 综合密封性能。本发明实现了石墨烯在氟橡胶基体内的局均匀混合，进一步降低气体渗透 率，提高了氟橡胶的密封性能，同时能够提高橡胶的导热性，降低摩擦系数。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步的解释：
[0020] 所述纳米复合材料以氟橡胶为基体，加入石墨烯、炭黑、石墨、吸酸剂、硫化剂，组 成的质量份数为氟橡胶100份，石墨稀〇. 05-20份，炭黑0 -25份，石墨0 -20份，吸酸剂 3-6份，硫化剂4一6份。
[0021] 所述的氟橡胶为以C-C键为主链，主链和侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合 物，氟含量为60- 72%，或主链或侧链碳原子上含有氟原子的高分子聚合物。
[0022] 所述的石墨烯为多层石墨烯，层数为2 - 50层，可使用任何合适的方法制备，如石 墨剥离、膨胀，氧化石墨还原，化学气相沉积、碳纳米管打开等方法。
[0023] 所述的石墨为鳞片石墨、胶体石墨或以上的混合物。
[0024] 所述的吸酸剂为氧化镁、氧化钙、氢氧化钙、氧化锌中的一种或几种的混合物。
[0025] 所述的纳米复合材料采用以下方法制备：
[0026] (1)按照重量份数比称量石墨烯、炭黑、石墨和吸酸剂，放入非对称双行星搅拌机 中，20-60r/min 下揽摔 4一8h ；
[0027] (2)将氟橡胶和搅拌后石墨烯、炭黑、石墨、吸酸剂混合物在2h内加入密炼机中， 在 60 - IKTC 下密炼 20- 200min ;
[0028] (3)在两辊炼胶机上将步骤（2)得到的纳米复合材料共混物与硫化剂混炼均匀；
[0029] (4)步骤（3)得到的纳米复合材料共混物根据硫化剂的种类进行高温硫化，得到 低透气性的含石墨稀的氟橡胶纳米复合材料。
[0030] 本发明若无特殊说明所采用的原料均为