本發(fā)明涉及一種高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法，屬于橡膠類(lèi)聚合物復(fù)合材料制備技術(shù)及汽車(chē)配件產(chǎn)品領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在汽車(chē)的總和中，雨刮器是個(gè)比較小的零部件。但是據(jù)國(guó)際駕駛安全調(diào)查顯示：雨天駕車(chē)，由雨刮器老化引起的交通事故率比平常高出大約5倍。好的雨刮器其雨刮條必須具備耐熱、耐寒、耐酸堿、抗腐蝕、低噪音、撥水性強(qiáng)、質(zhì)軟不刮傷擋風(fēng)玻璃等特點(diǎn)，能使視野清晰。

石墨烯自被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，得到廣泛關(guān)注。石墨烯是一種碳原子以sp2雜化排列的單原子層二維晶體，呈六角環(huán)形片狀體，形成蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，它的厚度僅為一個(gè)碳原子，是目前世界上已知最薄、最堅(jiān)硬、最具有韌性的材料。石墨烯具有很高的強(qiáng)度，碳原子之間的強(qiáng)大作用力使其成為目前力學(xué)強(qiáng)度已知最高的材料。它具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電性能、熱性能等，石墨烯的加入使復(fù)合材料也擁有這些優(yōu)異的性能。傳統(tǒng)工藝中使用炭黑、碳納米管等作為填料對(duì)橡膠材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，石墨烯的發(fā)現(xiàn)豐富碳基填料的種類(lèi)，得到性能更為優(yōu)異的復(fù)合材料。

橡膠材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高科技領(lǐng)域不可缺少、不可替代的關(guān)鍵材料之一，并廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。橡膠開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)有100多年歷史，隨著航空器大功率和高速度化的不斷發(fā)展和橡膠制品應(yīng)用的多樣化，以高承載、高阻尼和高可靠密封為代表的航空橡膠產(chǎn)品需要具有優(yōu)異的抗靜電性、導(dǎo)電性、氣體阻隔性、耐介質(zhì)性和高抗沖擊性，這對(duì)橡膠材料提出更高的功能性需求。而石墨烯的加入有效地提升橡膠的力學(xué)性能、電性能、熱性能、耐腐蝕性能和耐候等性能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法，該方法通過(guò)石墨烯改性橡膠，使橡膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電性能、熱性能、耐腐蝕性能和耐候等性能，再將其應(yīng)用到雨刮條中，解決目前雨刮條較硬、耐候性差、易老化等缺點(diǎn)，提高其使用壽命以及對(duì)擋風(fēng)玻璃的保護(hù)。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條，按重量份數(shù)計(jì)，由下述組分經(jīng)過(guò)混煉、熱壓和硫化成型制成，100份橡膠、0.5～5份石墨烯、1～5份分散劑、2～6份硫化劑、10～50份炭黑、1～5份硬脂酸、3～6份氧化鋅、0.5～3份促進(jìn)劑和0.5～3份防老劑。

所述的高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條，橡膠選用是氯丁橡膠、天然橡膠、丁基橡膠中的一種或兩種并用膠。

所述的高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條，石墨烯為石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、氧化氟化石墨烯、氮摻雜石墨烯、硫摻雜石墨烯的一種或兩種以上混合。

所述的高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條，石墨烯層數(shù)為2～10層。

所述的高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條，石墨烯片徑大小為4～500nm。

所述的高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將橡膠放入開(kāi)煉機(jī)，在轉(zhuǎn)速為45～60r/min、室溫下開(kāi)煉2～5分鐘；

步驟2，將石墨烯、分散劑加入開(kāi)煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行混煉，使石墨烯在橡膠中分散均勻即可；

步驟3，依次加入炭黑、硬脂酸、氧化鋅、防老劑、促進(jìn)劑和硫化劑混煉4～10分鐘，得到混煉膠；常溫下將得到的混煉膠置于兩輥開(kāi)煉機(jī)上出片，在室溫下停放20～30小時(shí)；

步驟4，將混煉膠放入模具中，通過(guò)平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃/10mpa×t90，在室溫下放置20～30小時(shí)后，得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與有益效果是：

1、本發(fā)明遵循原有的橡膠加工工藝，通過(guò)石墨烯改性橡膠解決傳統(tǒng)的橡膠制品不耐候、不經(jīng)用、耐摩擦性能低、容易龜裂、拉伸強(qiáng)度差等缺點(diǎn)，使橡膠在力學(xué)性能，電、熱性能以及耐腐蝕性能和耐候性能上有巨大提高。再將其應(yīng)用到雨刮條中，解決目前雨刮條較硬、耐候性差、易老化等缺點(diǎn)，提高其使用壽命以及對(duì)擋風(fēng)玻璃的保護(hù)。

2、與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，本發(fā)明制備出的石墨烯復(fù)合雨刮條，具備較好的物理機(jī)械性能，以及具有優(yōu)良的耐候、耐腐蝕等化學(xué)性能，提高其使用壽命。本發(fā)明具有原理科學(xué)，特點(diǎn)顯著，無(wú)毒無(wú)害，性能優(yōu)異，與現(xiàn)行的雨刮條生產(chǎn)的工藝匹配度高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為石墨烯添加量對(duì)橡膠拉伸強(qiáng)度的影響關(guān)系圖。

圖2為石墨烯添加量對(duì)橡膠邵式硬度的影響關(guān)系圖。

圖3為石墨烯添加量對(duì)橡膠斷裂伸長(zhǎng)率的影響關(guān)系圖。

圖4為石墨烯添加量對(duì)橡膠100％定伸應(yīng)力的影響關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

在具體實(shí)施過(guò)程中，本發(fā)明針對(duì)原有的橡膠配方，在混煉的過(guò)程中將具有優(yōu)異性能的石墨烯添加入橡膠中，在硫化過(guò)程中橡膠鏈之間的交聯(lián)作用與石墨烯相結(jié)合，使橡膠具有優(yōu)異性能。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中，高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法如下：

先將100份氯丁橡膠放入開(kāi)煉機(jī)，在轉(zhuǎn)速為45～60r/min、室溫下開(kāi)煉2～5分鐘；再將0.5份石墨烯、1份乙烯基雙硬酯酰胺加入開(kāi)煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行混煉，使石墨烯在橡膠中分散均勻即可；然后依次加入炭黑40份、硬脂酸1份、氧化鋅3份、1份防老劑d、0.5份促進(jìn)劑na-22和氧化鎂2份混煉8分鐘，得到混煉膠；常溫下將得到的混煉膠置于兩輥開(kāi)煉機(jī)上出片，在室溫下停放24小時(shí)；最后將混煉膠放入模具中，通過(guò)平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃/10mpa×t90，在室溫下放置24小時(shí)后，得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條。

本實(shí)施例中，石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條的技術(shù)指標(biāo)如下：其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到19.516mpa，邵氏硬度為62a，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)397.808％，100％定伸應(yīng)力為3.603mpa，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其耐磨性具有明顯提升，并且雨刮條與玻璃之間具有較好的潤(rùn)滑性。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法如下：

先將100份天然橡膠放入開(kāi)煉機(jī)，在轉(zhuǎn)速為45～60r/min、室溫下開(kāi)煉2～5分鐘；再將1份石墨烯、1份硬脂酰胺加入開(kāi)煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行混煉，使石墨烯在橡膠中分散均勻即可；然后依次加入炭黑30份、硬脂酸2份、氧化鋅3份、1份防老劑4010na、1份促進(jìn)劑m和硫磺3份混煉5分鐘，得到混煉膠；常溫下將得到的混煉膠置于兩輥開(kāi)煉機(jī)上出片，在室溫下停放24小時(shí)；最后將混煉膠放入模具中，通過(guò)平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃/10mpa×t90，在室溫下放置24小時(shí)后，得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條。

本實(shí)施例中，石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條的技術(shù)指標(biāo)如下：其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到22.432mpa，邵氏硬度為63a，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)427.248％，100％定伸應(yīng)力為3.279mpa，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其耐磨性具有明顯提升，并且雨刮條與玻璃之間具有較好的潤(rùn)滑性。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例中，高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法如下：

先將100份氯丁橡膠放入開(kāi)煉機(jī)，在轉(zhuǎn)速為45～60r/min、室溫下開(kāi)煉2～5分鐘；再將2份石墨烯、1份乙烯基雙硬酯酰胺加入開(kāi)煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行混煉，使石墨烯在橡膠中分散均勻即可；然后依次加入炭黑10份、硬脂酸4份、氧化鋅4份、0.5份防老劑d、0.5份促進(jìn)劑na-22和三聚硫氰酸3份混煉10分鐘，得到混煉膠；常溫下將得到的混煉膠置于兩輥開(kāi)煉機(jī)上出片，在室溫下停放24小時(shí)；最后將混煉膠放入模具中，通過(guò)平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃/10mpa×t90，在室溫下放置24小時(shí)后，得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條。

本實(shí)施例中，石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條的技術(shù)指標(biāo)如下：其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到22.462mpa，邵氏硬度為61a，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)427.517％，100％定伸應(yīng)力為2.826mpa，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其耐磨性具有明顯提升，并且雨刮條與玻璃之間具有較好的潤(rùn)滑性。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例中，高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法如下：

先將100份氯丁橡膠放入開(kāi)煉機(jī)，在轉(zhuǎn)速為45～60r/min、室溫下開(kāi)煉2～5分鐘；再將4份石墨烯、2份硬脂酰胺加入開(kāi)煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行混煉，使石墨烯在橡膠中分散均勻即可；然后依次加入炭黑20份、硬脂酸4份、氧化鋅5份、1份防老劑d、2份促進(jìn)劑na-22和氧化鎂3份混煉5分鐘，得到混煉膠；常溫下將得到的混煉膠置于兩輥開(kāi)煉機(jī)上出片，在室溫下停放24小時(shí)；最后將混煉膠放入模具中，通過(guò)平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃/10mpa×t90，在室溫下放置24小時(shí)后，得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條。

本實(shí)施例中，石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條的技術(shù)指標(biāo)如下：其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到24.658mpa，邵氏硬度為61a，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)442.526％，100％定伸應(yīng)力為2.426mpa，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其耐磨性具有明顯提升，并且雨刮條與玻璃之間具有較好的潤(rùn)滑性。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例中，高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法如下：

先將100份天然橡膠放入開(kāi)煉機(jī)，在轉(zhuǎn)速為45～60r/min、室溫下開(kāi)煉2～5分鐘；再將5份石墨烯、4份硬脂酰胺加入開(kāi)煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行混煉，使石墨烯在橡膠中分散均勻即可；然后依次加入炭黑30份、硬脂酸4份、氧化鋅5份、2份防老劑4010na、3份促進(jìn)劑m和硫磺3份混煉8分鐘，得到混煉膠；常溫下將得到的混煉膠置于兩輥開(kāi)煉機(jī)上出片，在室溫下停放24小時(shí)；最后將混煉膠放入模具中，通過(guò)平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃/10mpa×t90，在室溫下放置24小時(shí)后，得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條。

本實(shí)施例中，石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條的技術(shù)指標(biāo)如下：其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到23.642mpa，邵氏硬度為62a，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)388.43％，100％定伸應(yīng)力為3.432mpa，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其耐磨性具有明顯提升，并且雨刮條與玻璃之間具有較好的潤(rùn)滑性。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例中，高拉伸強(qiáng)度、高耐磨性石墨烯/橡膠復(fù)合雨刮條及制備方法如下：

先將100份氯丁橡膠放入開(kāi)煉機(jī)，在轉(zhuǎn)速為45～60r/min、室溫下開(kāi)煉2～5分鐘；再將3份石墨烯、2份乙烯基雙硬酯酰胺加入開(kāi)煉機(jī)中與橡膠進(jìn)行混煉，使石墨烯在橡膠中分散均勻即可；然后依次加入炭黑40份、硬脂酸1份、氧化鋅5份、2份防老劑d、2份促進(jìn)劑na-22和硫磺2份混煉10分鐘，得到混煉膠；常溫下將得到的混煉膠置于兩輥開(kāi)煉機(jī)上出片，在室溫下停放24小時(shí)；最后將混煉膠放入模具中，通過(guò)平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃/10mpa×t90，在室溫下放置24小時(shí)后，得到石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條。

本實(shí)施例中，石墨烯/橡膠復(fù)合材料雨刮條的技術(shù)指標(biāo)如下：其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到24.763mpa，邵氏硬度為60a，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)483.663％，100％定伸應(yīng)力為2.757pa，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其耐磨性具有明顯提升，并且雨刮條與玻璃之間具有較好的潤(rùn)滑性。

圖1為石墨烯添加量對(duì)橡膠拉伸強(qiáng)度的影響，從圖1可以看出沒(méi)加石墨烯的橡膠拉伸強(qiáng)度較低，加入1份少量石墨烯其拉伸強(qiáng)度就有明顯的提升，而隨著石墨烯添加量增加橡膠的拉伸強(qiáng)度也隨之增高，這對(duì)雨刮條的力學(xué)性能是有明顯的提升；

圖2為石墨烯添加量對(duì)橡膠硬度的影響，從圖2可以看出隨著石墨烯添加量增加橡膠的硬度也隨之降低并有趨于平緩的趨勢(shì)，橡膠的柔軟度對(duì)雨刮條是一個(gè)很重要的性能，膠條太硬會(huì)對(duì)玻璃有損害，膠條太軟又不容易擦干玻璃，因此一個(gè)適中的硬度對(duì)雨刮條來(lái)說(shuō)是非常重要的，因此通過(guò)控制石墨烯的添加量可以改善這個(gè)問(wèn)題；

圖3為石墨烯添加量對(duì)橡膠斷裂伸長(zhǎng)率的影響，圖4為石墨烯添加量對(duì)橡膠100％定伸應(yīng)力的影響，從圖3可以看出隨著石墨烯添加量提高橡膠的斷裂伸長(zhǎng)率顯著提高，而從圖4可以看出沒(méi)加石墨烯的橡膠，在拉伸到初始長(zhǎng)度1倍時(shí)，所需應(yīng)力為3.626mpa；當(dāng)石墨烯添加量為5份時(shí)，所需應(yīng)力僅為1.355mpa，圖3和圖4可以說(shuō)明隨著石墨烯添加橡膠的韌性有明顯的提升。

實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明將石墨烯分散在橡膠中，以獲得良好物理和機(jī)械性能，如：硬度、模量和拉伸強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)用到汽車(chē)產(chǎn)品雨刮條中。先將橡膠塑煉，在加料混煉過(guò)程中將石墨烯與其他填料一并加入橡膠中，最后通過(guò)硫化制得成品。石墨烯/橡膠復(fù)合材料的制備對(duì)橡膠性能的提升以及橡膠應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)起著重要的作用，而石墨烯/橡膠復(fù)合材料應(yīng)用到雨刮條中對(duì)汽車(chē)行業(yè)的提升以及對(duì)交通發(fā)展也有著很好的前景。