CN111647209A - 一种高强度延展性阀门垫片及其制备方法 - Google Patents

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张裕凯
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Abstract

本发明公开了一种高强度延展性阀门垫片及其制备方法，本发明涉及高强度延展性阀门技术领域，由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯10‑50份、四氢呋喃2000‑6000份、水合肼2‑10份、交联剂2‑10份、催化剂1‑3份，采用极性分子较多的石墨烯，并通过静电自组装反应在羧基丁腈橡胶的羧基与石墨烯中的极性分子形成分子间氢键，提高羧基丁腈橡胶与石墨烯填料的粘合力，有助于石墨烯填料的分散，有助于炭黑填料的分散，解决了填料在橡胶中不容易分散，在反复拉伸过程中容易脱离的问题，在经过水合肼氧化还原将石墨烯还原为石墨，固化填料结构。因而可以进一步增加自组装弹性的形变与强度，扩大了其应用范围。

Description

一种高强度延展性阀门垫片及其制备方法
技术领域
本发明涉及高强度延展性阀门技术领域，具体为一种高强度延展性阀门垫片及其制备方法。
背景技术
静电自组装弹性体属于电活性聚合物。在极性分子的作用下，分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、π-π堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程，它的产生需要两个条件：自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用，它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性，也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装按机理分为自组装单层膜和逐层自组装膜。
羧基丁腈橡胶，在其产生静电自组装时，由于通常我们使用的极性较弱的填料，当静电自组装发生时，由于该种填料的极性分子与羧基丁腈橡胶的极性分子不容易产生分子间氢键，在反复拉伸过程中容易脱离，造成有效静电压力面积的减小，从而影响聚合物整体力学性能。特别是对于自组装弹性体而言，这种现象可能会导致自组装弹性体在工作时受力不均，从而在工作时，可能产生过早失效的现象。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度延展性阀门垫片及其制备方法，解决了极性分子不容易产生分子间氢键，在反复拉伸过程中容易脱离，造成有效静电压力面积的减小，从而影响聚合物整体力学性能。特别是对于自组装弹性体而言，这种现象可能会导致自组装弹性体在工作时受力不均，从而在工作时，可能产生过早失效现象的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于：由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯10-50份、四氢呋喃2000-6000份、水合肼2-10份、交联剂2-10份、催化剂1-3份。
优选的，由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯30份、四氢呋喃4000份、水合肼6份、交联剂6份、催化剂2份。
优选的，所述羧基丁腈橡胶是通过购买台湾南帝橡胶得到，所述羧基丁腈橡胶的羧基含量为18％～20％。
优选的，所述石墨烯为实验室自己制得。
优选的，所述石墨烯的比表面积值为15～35m2/g，电导率300～600S/cm。
优选的，所述羧基丁腈橡胶含有极性有机小分子。
优选的，所述阀门垫片的制备方法包括以下步骤：
A：将所述量的羧基丁腈橡胶、四氢呋喃、石墨烯、交联剂和催化剂混合；
B：经过超声、搅拌；
C：水合肼还原制得。
优选的，所述超声包括超声温度和超声功率，所述超声温度为25～35℃，超声功率为300～500W。
(三)有益效果
本发明提供了一种高强度延展性阀门垫片及其制备方法。具备了以下有益效果：
该高强度延展性阀门垫片及其制备方法，采用极性分子较多的石墨烯，并通过静电自组装反应在羧基丁腈橡胶的羧基与石墨烯中的极性分子形成分子间氢键，提高羧基丁腈橡胶与石墨烯填料的粘合力，此外，也有助于石墨烯填料的分散，因为石墨烯表面有羟基、羧基等极性基团，容易和羧基之间形成氢键，有助于炭黑填料的分散，解决了填料在橡胶中不容易分散，在反复拉伸过程中容易脱离的问题，在经过水合肼氧化还原将石墨烯还原为石墨，固化填料结构。因而可以进一步增加自组装弹性的形变与强度，扩大了其应用范围。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种高强度延展性阀门垫片，由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯10份、四氢呋喃2000份、水合肼2份、交联剂2份、催化剂1份。
所述羧基丁腈橡胶是通过购买台湾南帝橡胶得到，所述羧基丁腈橡胶的羧基含量为18％。
所述石墨烯的比表面积值为15m2/g，电导率300S/cm。
所述羧基丁腈橡胶含有极性有机小分子。
所述阀门垫片的制备方法包括以下步骤：
A：将所述量的羧基丁腈橡胶、四氢呋喃、石墨烯、交联剂和催化剂混合；
B：经过超声、搅拌；
C：水合肼还原制得。
所述超声包括超声温度和超声功率，所述超声温度为25℃，超声功率为300W。
实施例2
一种高强度延展性阀门垫片，由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯20份、四氢呋喃4000份、水合肼6份、交联剂6份、催化剂2份。
优选的，所述羧基丁腈橡胶是通过购买台湾南帝橡胶得到，所述羧基丁腈橡胶的羧基含量为19％。
优选的，所述石墨烯为实验室自己制得。
优选的，所述石墨烯的比表面积值为25m2/g，电导率450S/cm。
优选的，所述羧基丁腈橡胶含有极性有机小分子。
优选的，所述阀门垫片的制备方法包括以下步骤：
A：将所述量的羧基丁腈橡胶、四氢呋喃、石墨烯、交联剂和催化剂混合；
B：经过超声、搅拌；
C：水合肼还原制得。
优选的，所述超声包括超声温度和超声功率，所述超声温度为30℃，超声功率为400W。
实施例3
一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于：由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯30份、四氢呋喃6000份、水合肼10份、交联剂10份、催化剂3份。
所述羧基丁腈橡20％。
所述石墨烯为实验室自己制得。
所述石墨烯的比表面积值为35m2/g，电导率600S/cm。
所述羧基丁腈橡胶含有极性有机小分子。
所述阀门垫片的制备方法包括以下步骤：
A：将所述量的羧基丁腈橡胶、四氢呋喃、石墨烯、交联剂和催化剂混合；
B：经过超声、搅拌；
C：水合肼还原制得。
优选的，所述超声包括超声温度和超声功率，所述超声温度为35℃，超声功率为500W。
对羧基丁腈橡胶/石墨静电自组装弹性体进行电力学性能测试。
粘合性能测试：拉伸试验使用拉力机(CMT4104)深圳SANs公司生产。复合材料在压片机用模具制成成为8cm*1cm的纺锤拉伸样条，厚度控制在0.5mm左右。拉伸速率设置为50mm/min进行拉伸性能测试在室温条件下，得到拉伸数据后计算应变5％点处对应的应力应变数据进行处理即为弹性模量。
实施例2：
基本实验步骤同实施例1，但与实施例1不同的是：采用石墨烯重量份数为20，测试结果见表1。
对比例1：
基本实验步骤同实施例2，但与实施例2不同的是：采不加入水合肼。
实施例3：
基本实验步骤同实施例1，但与实施例1不同的是：采用石墨烯重量份数为30，测试结果见表1。
表1实施例与对比例的性能比较
Figure BDA0002467162070000061
由表1中的数据分析可知：通过对比实施例1和实施例2，可以看出模量从2.09MPa变为3.82MPa，最大形变从3.9％增加到4.1％。这是由于实施例2中使用的石墨烯填料增加，从而分子间氢键含量增加。将对比例1与实施例2进行对比，由于对比例1中没有使用水合肼，因而模量从2.09MPa变为2.3MPa，而最大形变从3.9％变为2.31％，这可能是石墨烯没有经过氧化还原从而影响分子的极化。而实施例3，由于复合材料中存在较多石墨烯填料，因而可以得到比较大的最大形变(5.32％)，通过对以上数据的分析，可以得知：通过使用羧基丁腈橡胶与石墨烯共混，经过搅拌、氧化还原、溶剂脱除、制备了一种高强度延展性静电自组装弹性体垫片。这种静电自组装弹性体垫片解决了传统垫片，因填料分散性不好、尤其在反复拉伸情况下填料容易团聚的情况，从而弹性体垫片的延展性得到大幅提高。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于：由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯10-50份、四氢呋喃2000-6000份、水合肼2-10份、交联剂2-10份、催化剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于，由以下重量份组分制成：羧基丁腈橡胶100份、石墨烯30份、四氢呋喃4000份、水合肼6份、交联剂6份、催化剂2份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于，所述羧基丁腈橡胶是通过购买台湾南帝橡胶得到，所述羧基丁腈橡胶的羧基含量为18％～20％。
4.根据权利要求要求1所述的一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于，所述石墨烯为实验室自己制得。
5.根据权利要求要求1所述的一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于，所述石墨烯的比表面积值为15～35m2/g，电导率300～600S/cm。
6.根据权利要求要求1所述的一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于，羧基丁腈橡胶含有极性有机小分子。
7.根据权利要求要求1所述的一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于，所述阀门垫片的制备方法包括以下步骤：
A：将所述量的羧基丁腈橡胶、四氢呋喃、石墨烯、交联剂和催化剂混合；
B：经过超声、搅拌；
C：水合肼还原制得。
8.根据权利要求要求7所述的一种高强度延展性阀门垫片，其特征在于，所述超声包括超声温度和超声功率，所述超声温度为25～35℃，超声功率为300～500W。
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