一種發動機油封氟橡膠及其制備方法技術

一種發動機油封氟橡膠，其特征在于每100質量份氟橡膠生膠中含有0.5?1.5質量份的改性石墨烯，所述改性石墨烯是氧化石墨經過聚丙烯酰胺表面改性與氫氧化共沉淀后經過煅燒形成的復合納米顆粒。本發明專利技術用改性石墨烯對現有汽車發動機油封用氟橡膠材料進行改良，使氟橡膠材料的摩擦系數大幅降低，導熱性能大幅提高；從而使汽車發動機油封唇口的磨損量大幅減少，唇口溫度降低，延長了汽車發動機油封的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于橡膠領域，具體指一種氟橡膠磨輥密封圈材料及其制備方法
技術介紹
隨著對汽車節能、環保要求的不斷提高，渦輪增壓發動機、高壓縮比發動機等新技術不斷推廣，發動機工作時機體的溫度也不斷提高。這就對汽車發動機油封用橡膠材料的要求越來越高。目前，汽車發動機油封所用的橡膠材料主要是氟橡膠材料，用氟橡膠材料制造的質量較好的發動機油封在6000轉/分鐘的臺架試驗中，壽命在1000-1500小時左右，不能滿足乘用車30萬公里無泄漏的要求。如何改進汽車發動機油封用氟橡膠材料，提高材料的耐熱性能、降低材料的摩擦系數，從而延長汽車發動機油封使用壽命，已成為目前亟待解決的技術問題。氟橡膠(FKM)是指主鏈或側鏈的碳原子上接有氟原子的一種合成高分子彈性體。氟原子的半徑小、電負性極強，能夠緊密地排列在碳原子的周圍，生成鍵能很高的氟碳鍵，對碳碳鍵產生很好的屏蔽作用。因而氟橡膠具有很高的熱穩定性和化學惰性，被用作密封材料廣泛應用于國防、軍工、航天航空、汽車、石油化工等領域。氟橡膠用作磨輥密封圈，具有其它橡膠無法比擬的優勢：耐高溫、耐燃料油、耐強氧化劑、耐天然老化等。但是，現有技術中的氟橡膠磨輥密封圈的耐磨性能較差，尤其是在高溫、高速環境下，已無法滿足現實需求。石墨稀最早是由英國曼徹斯特大學的AndreGeim在2004年制得的。石墨稀被認為是富勒煤、碳納米管、石墨的基本結構單元，因其力學、量子和電學性質特殊，受到物理和材料學界高度關注。石墨稀的拉伸模量和極限強度與單臂碳納來管相當，其質量輕，導熱性好且比表面積大。石墨稀是單層石墨，原料易得、價格便宜，有望成為聚合物基破納米復合材料的新型關鍵功能材料。石墨稀/聚合物納米復合材料具有良好的應用前景，人們對其制備進行了廣泛研究。目前制備石墨稀/聚合物納米復合材料的方法主要包括熔融共混法、原位聚合法、溶液混合法和乳液混合法。目前直接制備的石墨稀納米復合材料并不多，主要是因為石墨稀既不親水也不親油，反應活性不高，使得對它進行改性比較困難，從而導致與其他材料復合也比較困難。制備石墨稀納來復合材料可以先制備氧化石墨稀(grapheneoxide)，讓氧化石墨稀與其他聚合物材料復合，再將其中的氧化石墨稀還原得到石墨稀納米復合材料。目前已經很多有關將石墨烯用于改進橡膠性能的研究，但是石墨烯由于自身的化學性能，存在著易于團聚，在橡膠材料中分散性能不佳，成本高昂的問題。CN103275368A公開了一種機械共混制備氧化石墨烯/白炭黑/橡膠納米復合材料的方法。所述復合材料中由于石墨烯和白炭黑互相穿插有效抑制了兩種填料自身的聚集，從而得到高度分散、高度剝離且呈納米尺度分散的復合材料。不但具有較高的模量和較低的滾動阻力的同時，還大幅度提升了橡膠材料的耐磨性能，并進一步提高復合材料的模量和抗撕裂性能，同時由于氧化石墨烯的片層結構以及良好的自恢復能力，還賦予了橡膠材料良好的氣體阻隔性能和自愈合能力，具有傳統填料無法比擬的優勢。CN104530611A公開了一種磨輥密封圈材料，所述材料包含改性碳化硅和石墨烯復合材料。石墨烯復合材料是經過原位還原的石墨烯/氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯復合物，該石墨烯復合材料易于分散，解決了現有技術中石墨烯難剝離、因表觀密度低而導致的加料困難問題，使得石墨烯能在磨輥密封圈材料均勻分散，充分發揮了石墨烯的作用，有效提高了磨輥密封圈材料的耐磨性及耐熱性。
技術實現思路
汽車發動機工作時，發動機曲軸油封的唇口以一定的抱緊力，抱在曲軸上，以防止發動機機油的泄露。由于曲軸的高速運轉，曲軸與油封唇口接觸處產生摩擦，一方面，由于摩擦，油封唇口產生磨損，當磨損累積到一定程度必然會發生泄露；另一方面，由于高速摩擦，油封唇口處產生大量熱量，橡膠導熱性能差，唇口處的熱量不能迅速擴散到機油中，使唇口溫度過高。連續高速運轉的發動機，機油溫度可達100-120度，油封唇口處的溫度可達180度以上，對橡膠材料而言，溫度每降低10度，理論壽命可延長一倍。因此降低汽車發動機油封用氟橡膠材料的摩擦系數，從而降低油封唇口的磨損量并且會減少摩擦生熱。提高汽車發動機油封用氟橡膠材料的導熱性能，把唇口摩擦產生的熱量迅速傳遞到機油中，從而降低唇口的溫度。這是延長汽車發動機油封的使用壽命的最重要措施。石墨烯具有優異的導熱性能和低的摩擦系數。本專利技術對石墨烯材料進行了表面改性，在石墨烯的分子邊界引入聚丙烯酰胺，通過有機基團的引入，使得石墨烯在納米結構上實現半金屬性質，改進后的石墨烯可以相對穩定的存在于有機溶劑中，從而有利于石墨烯在橡膠分子中的分散。本專利技術還意外的發現，在對石墨烯進行表面改性的同時引入納米氫氧化鋁材料可以進一步改善其導熱性能，聚丙烯酰胺中強大的吸附能力作用于納米氫氧化鋁，從而產生一種復雜的復合納米顆粒，這種改性產物可以很好的分散于橡膠材料中，并具有良好的導熱性能，改進橡膠的延展性。本專利技術的目的在于：提供一種汽車發動機油封用氟橡膠。用這種氟橡膠制造的發動機油封在6000轉/分鐘的臺架試驗中，壽命可達到2500-3200小時，壽命提高一倍以上。一種發動機油封氟橡膠，其特征在于每100質量份氟橡膠生膠中含有0.5-1.5質量份的的改性石墨烯，所述改性石墨烯是氧化石墨經過聚丙烯酰胺表面改性與氫氧化共沉淀后經過煅燒形成的復合納米顆粒。所述改性石墨烯的制備方法包括以下步驟：(1)氧化石墨烯分散于去離子水中，加入表面活性劑；(2)加入聚丙烯酰胺溶液，加熱至60-80℃；(3)加入鋁酸鈉溶液，并緩慢調節pH值到10-12，得到所述懸濁液；(4)過濾、洗滌；(5)在300-400℃下煅燒1-6h，得到所述改性石墨烯；其中步驟(1)-(3)用超聲波攪拌。所述步驟(4)可以采用噴霧成型，即將步驟(3)得到的懸濁液經過噴霧干燥裝置，霧化形成微小的復合液液滴，在干燥介質中脫除水分，得到改性石墨烯顆粒。所述表面活性劑是石油磺酸鹽、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種。所述聚丙烯酰胺的加入量是氧化石墨烯質量的50-300％，優選是10-150％。所述鋁酸鈉的加入量以Al2O3計，其用量是氧化石墨烯質量的50-100％。所述改性石墨烯顆粒的粒徑為10-500nm，優選是30-100nm。所述氟橡膠還包括炭黑、氧化鎂、氫氧化鈣、雙酚AF、BPP、微晶蠟等橡膠助劑。所述氟橡膠的制備方法，包括以下步驟，將100份氟橡膠生膠置于開煉機上，輥壓10-15min后下片，其中開煉機前輥的塑煉溫度為55-60℃，開煉機后輥的塑煉溫度為40-50℃；氟橡膠生膠置于密煉機中，依次加入0.1-3份微晶蠟、5-25份氧化鎂、1-5份氫氧化鈣、0.5-1.5改性石墨烯、10-40份炭黑，混煉均勻后排料；其中，混煉溫度為50-60℃，混煉時間為2-3min；處理后的混合料放置12-36h后置于開煉機中，加入0.5-2份雙酚AF及0.1-0.5份BPP進行硫化，一段硫化的硫化溫度為150-180℃，硫化時間為0.5-1h，繼續升溫至200-210℃硫化12-24h，最后冷卻到60-80℃以下后下片，即得所述氟橡膠。本專利技術與已有技術相比具有以下顯著特點和積極效果：本專利技術用改性石墨烯對現有汽車發動機油封用氟橡膠材料進行改良，使氟橡膠材料的摩擦系數大幅降低，導熱性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發動機油封氟橡膠，其特征在于每100質量份氟橡膠生膠中含有0.5?1.5質量份的的改性石墨烯，所述改性石墨烯是氧化石墨經過聚丙烯酰胺表面改性與氫氧化共沉淀后經過煅燒形成的復合納米顆粒。

【技術特征摘要】
1.一種發動機油封氟橡膠，其特征在于每100質量份氟橡膠生膠中含有0.5-1.5質量份的的改性石墨烯，所述改性石墨烯是氧化石墨經過聚丙烯酰胺表面改性與氫氧化共沉淀后經過煅燒形成的復合納米顆粒。2.如權利要求1所述的氟橡膠，其特征在于所述改性石墨烯的制備方法包括以下步驟：(1)氧化石墨烯分散于去離子水中，加入表面活性劑；(2)加入聚丙烯酰胺溶液，加熱至60-80℃；(3)加入鋁酸鈉溶液，并緩慢調節pH值到10-12，得到所述懸濁液；(4)過濾、洗滌；(5)在300-400℃下煅燒1-6h，得到所述改性石墨烯；其中步驟(1)-(3)用超聲波攪拌。3.如權利要求2所述的氟橡膠，其特征在于所述步驟(4)可以采用噴霧成型，即將步驟(3)得到的懸濁液經過噴霧干燥裝置，霧化形成微小的復合液液滴，在干燥介質中脫除水分，得到改性石墨烯顆粒。4.如權利要求2所述的氟橡膠，其特征在于所述表面活性劑是石油磺酸鹽、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種。5.如權利要求2所述的氟橡膠，其特征在于所述聚丙烯酰胺的加入量是氧化石墨烯質量的50-300％，優選是10-150％。6.如權利要求2所述的氟橡膠，其特征在于所述鋁酸鈉的加入量以Al2O3計，其用量是氧化石墨烯質量的5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉中國，胡婭婷，張萬明，
申請(專利權)人：青島海力威新材料科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：山東;37