本發(fā)明涉及炭黑制備的，尤其涉及一種碳硅復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、炭黑作為重要的橡膠補強材料，由于有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，有較高的表面化學(xué)活性，可以很牢固的和橡膠表面結(jié)合，有效的提高了橡膠的物理性能和耐老化性能，從而延長了橡膠制品的使用壽命。因此，被廣泛的應(yīng)用于輪胎、密封制品、傳送帶、膠管等領(lǐng)域。

2、炭黑被大量的應(yīng)用于橡膠密封制品中，炭黑提供橡膠的補強和提高硬度，也提高了耐老化性能。但隨著密封制品使用環(huán)境的變化，對補強材料的要求又提出了更高的要求，需要具備更好的耐高溫性能和耐磨性能。將氣凝膠和炭黑制成復(fù)合材料，氣凝膠的超低密度管狀結(jié)構(gòu)，有效的提高了密封制品的耐高溫性能。碳硅的復(fù)合體，有效的降低了混合橡膠的滾動阻力，同時提高了耐磨性能，也降低生熱性能。所以，研發(fā)提高密封制品的新型補強材料是很有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供了一種碳硅復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明所述碳硅復(fù)合材料具有化學(xué)性能穩(wěn)定、密度小的特點，將其應(yīng)用于橡膠密封制品時，有利于提高密封制品的耐磨性能和耐老化性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種碳硅復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將5-10重量份的乙丁橡膠、5-10重量份的二氧化硅氣凝膠以及100-140重量份的煤焦油，混合得到預(yù)混料液；

5、(2)將預(yù)混料液輸送至反應(yīng)室進(jìn)行燃燒反應(yīng)，采用天然氣作為燃料，反應(yīng)溫度控制在1700-1900℃，反應(yīng)時間控制在5-9ms，用自來水霧化將火焰熄滅，終止燃燒反應(yīng)，得到混合煙氣；

6、(3)將產(chǎn)生的混合煙氣通入熱交換設(shè)備進(jìn)行降溫，降溫后溫度控制在280℃以下；

7、(4)混合煙氣經(jīng)過降溫進(jìn)入濾袋過濾系統(tǒng)進(jìn)行煙氣分離，濾袋收集到碳硅復(fù)合材料顆粒，啟動震動系統(tǒng)將碳硅復(fù)合材料從濾袋上脫落，通過傳送系統(tǒng)進(jìn)入納米粉碎機進(jìn)行粉碎，將塊狀的碳硅復(fù)合材料制成粉末狀；

8、(5)粉末狀碳硅復(fù)合材料通過管路進(jìn)入造粒機，在自來水霧化下和高速旋轉(zhuǎn)的造粒系統(tǒng)下，將粉末狀的碳硅復(fù)合材料制成顆粒狀，干燥后即制得所述碳硅復(fù)合材料。

9、二氧化硅氣凝膠是一種隔熱性能優(yōu)異的固體材料，具有高比表面積、納米級孔洞、低密度等特殊的微觀結(jié)構(gòu)，基于這些結(jié)構(gòu)在熱學(xué)方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。它的導(dǎo)熱率～0.012mw/mk、密度～0.16mg/cm3、比表面積在400-1000m2/g、孔隙率為90-99.8％，它化學(xué)性能穩(wěn)定，內(nèi)部體積99％由氣體組成，是目前已知密度最小的固體，可以有效的隔熱、同時的提高制品的耐老化性能。

10、本發(fā)明將氣凝膠與乙丁橡膠、煤焦油混合得到預(yù)混合料液，共同進(jìn)入反應(yīng)室燃燒，制備得到炭黑與氣凝膠的碳硅復(fù)合材料。本發(fā)明所述碳硅復(fù)合材料具有化學(xué)性能穩(wěn)定、密度小的特點，將其應(yīng)用在橡膠密封制品時，通過氣凝膠的超低密度的管狀空心結(jié)構(gòu)，有利于減小材料的本身的導(dǎo)熱系數(shù)，以此提高橡膠密封制品的耐高溫性能。并且，碳硅的結(jié)合有效的降低了混合橡膠的滾動阻力，彈性提高，密封性能提高，同時也有利于提高密封制品的耐磨性能。

11、優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述乙丁橡膠的重均分子量為25-45萬。

12、優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述二氧化硅氣凝膠的粒徑為15-20nm。

13、本發(fā)明中，若二氧化硅氣凝膠的粒徑太大，比表面積變小，化學(xué)結(jié)合面減少，使得碳硅復(fù)合材料的性能下降；若二氧化硅氣凝膠的粒徑太小，容易造成分散困難，使得制品的產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。因此，本發(fā)明通過控制二氧化硅氣凝膠的粒徑在上述范圍內(nèi)，有利于提高橡膠密封制品的耐磨性能和耐老化性能。

14、優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述預(yù)混料液的具體混合步驟如下：

15、s1：先將乙丁橡膠開煉，開煉溫度控制在65-70℃；開煉1-2min后，將乙丁橡膠下片，停放6-8h后冷卻至室溫；

16、s2：將煤焦油輸入攪拌罐，溫度控制在160-170℃，將乙丁橡膠投入攪拌罐，攪拌速度為70-90轉(zhuǎn)/min，攪拌時間為15-20min；

17、s3：待乙丁橡膠和煤焦油完全溶解，再投入二氧化硅氣凝膠，攪拌時間為10-12min，混合均勻后得到預(yù)混料液。

18、優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述預(yù)混料液和空氣共同經(jīng)噴嘴噴入反應(yīng)室，所述預(yù)混料液的流速為450-550m/s，所述預(yù)混料液和空氣的體積比為1：(15-25)，用天然氣作為燃料生產(chǎn)火焰，結(jié)束化學(xué)反應(yīng)采用自來水進(jìn)行霧化。

19、本發(fā)明中，通入空氣的作用是將原料油(預(yù)混料液)更好的霧化?？諝夂皖A(yù)混料液的比例，稱之為風(fēng)油比，如果過大，生產(chǎn)效率太低，過小預(yù)混料液的霧化不充分，燒制的炭黑粒徑分布過寬，容易造成產(chǎn)品物理性能下降。因此，本發(fā)明通過控制預(yù)混料液和空氣的體積比在上述范圍內(nèi)，有利于提高橡膠制品的質(zhì)量。

20、并且，預(yù)混料液的流速的大小會直接影響碳硅復(fù)合材料性能的變化。若流速過小，將直接會降低碳硅復(fù)合材料的生產(chǎn)收率(收率會降低)以及和后續(xù)程序的匹配程度。若流速過大，相對霧化程度降低，霧化程度不均勻，燃燒過程會產(chǎn)生結(jié)焦，使碳硅復(fù)合材料的粒徑分布變寬，物理性能下降。因此，本發(fā)明通過控制預(yù)混料液的流速在上述范圍內(nèi)，有利于提高橡膠制品的性能。

21、優(yōu)選地，在步驟(4)中，所述納米粉碎機的轉(zhuǎn)速為2800-3000轉(zhuǎn)/min，粉碎時間為5-8s。

22、優(yōu)選地，在步驟(5)中，造粒時所述粉末狀的碳硅復(fù)合材料和水的質(zhì)量比為1：(0.65-0.75)。

23、優(yōu)選地，在步驟(5)中，所述干燥時的溫度為230-255℃，粉劑干燥后的水分控制標(biāo)準(zhǔn)是≤0.3-0.6％。

24、第二方面，本發(fā)明還提供一種由上述方法制備得到的碳硅復(fù)合材料，粒徑為50-80nm。

25、第三方面，本發(fā)明還提供一種碳硅復(fù)合材料在橡膠密封制品中的應(yīng)用，所述橡膠密封制品包括以下重量份數(shù)的組分：

26、乙丁橡膠100份；碳硅復(fù)合材料45-55份；偶聯(lián)劑1-2份；防老劑1-4份；氧化鋅3-5份；硬脂酸1.5-2份；防護(hù)蠟1-2份；促進(jìn)劑1.5-2.5份；硫化劑0.2-0.4份。

27、優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為偶聯(lián)劑si-69。

28、優(yōu)選地，所述防老劑包括防老劑rd、防老劑nbc中的至少一種。

29、優(yōu)選地，所述促進(jìn)劑包括噻唑類、次黃酰胺類、秋蘭姆類、dtdm促進(jìn)劑中的至少一種。

30、更優(yōu)選地，所述噻唑類為促進(jìn)劑dm，所述次黃酰胺類為促進(jìn)劑ns、促進(jìn)劑cz，所述秋蘭姆類為促進(jìn)劑tmtd。

31、優(yōu)選地，所述硫化劑包括硫磺和硫化劑dcp。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

33、本發(fā)明所述碳硅復(fù)合材料具有化學(xué)性能穩(wěn)定、密度小的特點，將其應(yīng)用在橡膠密封制品時，通過氣凝膠的超低密度的管狀空心結(jié)構(gòu)，有利于減小材料的本身的導(dǎo)熱系數(shù)，以此提高橡膠密封制品的耐高溫性能。并且，碳硅的結(jié)合有效的降低了混合橡膠的滾動阻力，彈性提高，密封性能提高，同時也提高了密封制品的耐磨性能。