一种螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113861459A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111414169.8(22)申请日2021.11.25(71)申请人四川轻化工大学地址643000四川省自贡市汇兴路学苑街180号第二实验楼(72)发明人金永中李裕铭皮林陈克辉严林陈晓超王炼(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人李博(51)Int.Cl.C08J5/04(2006.01)C08L7/00(2006.01)C08K7/06(2006.01)C08C1/15(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图1页(54)发明名称一种螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及橡胶技术领域，提供了一种螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料及其制备方法，通过选用无毒性的乙酸作为凝聚剂，配合冷冻干燥技术的使用，乙酸不但可以保证橡胶胶乳的凝聚效果，而且在后期的冷冻干燥中可以和水一并除去，得到乙酸水溶液，这样乙酸不会残留在橡胶基体中影响橡胶的综合性能，而且得到的乙酸水溶液可以重复使用；而且本发明通过采用冷冻干燥的干燥方式，还避免了橡胶胶乳在常规高温干燥过程中产生预硫化现象，从而进一步提高了橡胶复合材料的力学性能。试验结果表明，利用本发明提供的制备方法得到的橡胶复合材料的断裂伸长率可达450～540％，拉伸强度可达23.6～26.2MPa。CN113861459ACN113861459A权利要求书1/1页1.一种螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将橡胶胶乳、螺旋纳米碳纤维、硫磺、ZnO、硬脂酸和促进剂混合，得到混合液；(2)将所述步骤(1)得到的混合液和乙酸水溶液混合后进行冷冻干燥，得到母炼胶；(3)将所述步骤(2)得到的母炼胶进行初次混炼，得到混炼胶；(4)将所述步骤(3)得到的混炼胶和炭黑混合，进行再次混炼，得到含炭黑的混炼胶；(5)将所述步骤(4)得到的含炭黑的混炼胶依次进行静置、硫化，得到螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中促进剂为2,2,‑二硫化二苯并噻唑、2‑硫醇基苯并噻唑、二乙基二硫代氨基甲酸锌和N‑环已基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中橡胶胶乳、螺旋纳米碳纤维、硫磺、ZnO、硬脂酸和促进剂的质量比为(80～150):(0.5～3.5):(2～3):(3～7):(1～5):(0.4～0.8)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述乙酸水溶液中乙酸和水的体积比为(0.5～3):20。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中乙酸水溶液的体积和所述步骤(1)中橡胶胶乳的质量比为(0.5～3)mL:(80～150)g。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中冷冻干燥的温度为‑65～‑55℃，冷冻干燥的时间为10～14h。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中炭黑和所述步骤(1)中橡胶胶乳的质量比为(40～60):(80～150)。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中静置的时间为16～20h。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中硫化的温度为140～150℃，硫化的时间为20～40min。10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料。2CN113861459A说明书1/7页一种螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种螺旋纳米碳纤维增强橡胶复合材料及其制备方法。背景技术[0002]在制备橡胶复合材料的制备过程中添加碳填料，可以提高橡胶复合材料的综合性能。螺旋纳米碳纤维(HCNFs)作为一种具有特殊螺旋结构的新型碳材料，除了具备直线形纳米碳纤维自身的优异性能外，还具有因其螺旋状结构带来的优势。例如，采用HCNFs作为制备橡胶复合材料的填料，纳米碳螺旋结构，既可以有效降低碳纤维的石墨层间的滑动，也可在分子水平增强一维纳米碳纤维填料和聚合物之间的界面结合，从而避免直线形纳米碳填料刚性强、容易脆性断裂的缺点。[0003]虽然现有技术中也有关于将HCNFs作为填料来制备橡胶复合材料的报道：将固体橡胶作为原料，采用干法炼胶工艺进行制备；或者将橡胶胶乳作为原料，采用湿法炼胶工艺进行制备，因原料为橡胶胶乳，含有水分，后期干燥过程中，通常直接采用鼓风干燥机、真空烘箱等加热装置在60℃及60℃以上温度对胶乳进行烘干处理；采用上述制备工艺制备出的橡胶复合材料的强度和韧性仍然不理想。发明内