本發明屬于材料領域，具體涉及一種多壁碳納米管增強傳熱密封材料及其制備方法。
背景技術：
密封涉及到人類生產、生活的方方面面，密封制品是機械設備的重要基礎元件，幾乎所有的工業部門都離不開它，通用設備中的壓縮機、泵、壓力管道等更是以密封為工作基礎。密封元件的質量如何，直接關系到大多數裝備的使用壽命及運轉可靠性。如果密封件質量低劣，輕則帶來經濟損失和麻煩，重則會造成惡性事故，對人與環境都會造成很大的傷害。尤其是在工作壓力、溫度高的環境下，密封圈所承受的負荷較大，在高溫下的老化速度加快，在設備運行過程中經常碰到密封件損壞情況，有的密封件正常工作時間甚至不到一個月就需要更換，大大降低了企業的生產效率。
技術實現要素：
為克服現有技術的不足，本發明第一目的在于提供一種強度、熱傳導性、彈性及抗老化性優異的密封材料，以勝任高壓、高溫以及對傳熱、散熱有較高要求的工況；本發明第二目的在于提供該密封材料的制備方法。
本發明的上述目的是通過下面的技術方案得以實現的：
一種多壁碳納米管增強傳熱密封材料，由如下重量份的原料制備而成：丁腈橡膠100份、芳綸纖維2-8份、多壁碳納米管3-10份、氧化鋅3-7份、氧化鈣2-6份、硬脂酸鋅0.6-1.4份、促進劑CZ 1-3份、促進劑TT 1-3份、防老劑RD 1-3份、防老劑4010NA 1-3份、乙烯基硅樹脂2-6份、硫磺2-4份。
優選地，多壁碳納米管增強傳熱密封材料由如下重量份原料制成：丁腈橡膠100份、芳綸纖維5份、多壁碳納米管5份、氧化鋅3份、氧化鈣3份、硬脂酸鋅0.7份、促進劑CZ 2份、促進劑TT 2份、防老劑RD 2份、防老劑4010NA2份、乙烯基硅樹脂5份、硫磺2.5份。
優選地，多壁碳納米管增強傳熱密封材料由如下重量份原料制成：丁腈橡膠100份、芳綸纖維5份、多壁碳納米管7份、氧化鋅5份、氧化鈣5份、硬脂酸鋅0.7份、促進劑CZ 3份、促進劑TT 3份、防老劑RD 3份、防老劑4010NA3份、乙烯基硅樹脂6份、硫磺4份。
優選地，多壁碳納米管增強傳熱密封材料由如下重量份原料制成：丁腈橡膠100份、芳綸纖維6份、多壁碳納米管6份、氧化鋅4份、氧化鈣5份、硬脂酸鋅0.8份、促進劑CZ 3份、促進劑TT 3份、防老劑RD 3份、防老劑4010NA3份、乙烯基硅樹脂4份、硫磺3份。
上述密封材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠、氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺依次加入混煉機混煉；
(3)添加微尺度纖維：按比例在步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維混煉；
(4)添加納米尺度纖維：按比例在步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管混煉；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理即得。
優選地，步驟(1)在50-80℃塑煉3-5分鐘。
優選地，步驟(2)在50-80℃下混煉6-8分鐘。
優選地，步驟(3)在50-80℃下混煉5-6分鐘。
優選地，步驟(4)在50-80℃下混煉3-4分鐘。
優選地，步驟(5)硫化條件為：硫化溫度為145-155℃，硫化時間為20-25分鐘，硫化壓力為11-13Mpa。
本發明的優點：
1、本發明采用丁腈橡膠中加入芳綸纖維與碳納米管等增強纖維制成一種多壁碳納米管增強傳熱密封材料。芳綸纖維具有極高的強度、很好的尺寸穩定性，耐熱性能好，芳綸纖維作為大尺度意義上的增強填料，保證了橡膠密封材料的宏觀性能突出；碳納米管作為一維納米材料，重量輕，具有許多異常的力學、電學和化學性能，碳納米管具有與高分子材料相似但卻比其穩定得多的結構，碳納米管用作微尺度意義上的增強填料，保證了橡膠密封材料微觀性能優異。多尺度纖維增強充分利用了纖維的混雜效應，綜合了纖維的各自特點,有效提高了材料的強度、導熱性、耐受性、壓縮回彈性、耐老化性。添加劑的加入能有效提高丁腈橡膠的交聯密度、提高丁腈橡膠的防老化和抗熱氧老化性能。因此，本發明機械密封材料具有優異的宏微觀強度、導熱性、耐受性、壓縮回彈性、耐老化性等特性，可用作機械密封用材料。
2、本發明密封材料的制備方法簡單，條件溫和，設備常見，制備成本低，易于推廣。
具體實施方式
下面結合實施例具體介紹本發明的實質性內容，但并不以此限定本發明的保護范圍。實驗中未詳述的試驗操作均為本領域技術人員所熟知的常規試驗操作。
實施例1：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維5份，多壁碳納米管3份，氧化鋅3份，氧化鈣2份，硬脂酸鋅0.6份，促進劑CZ 1份，促進劑TT2份，防老劑RD 1份，防老劑4010NA2份，乙烯基硅樹脂2份，硫磺2份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例2：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維5份，多壁碳納米管5份，氧化鋅3份，氧化鈣3份，硬脂酸鋅0.7份，促進劑CZ 2份，促進劑TT2份，防老劑RD 2份，防老劑4010NA2份，乙烯基硅樹脂5份，硫磺2.5份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例3：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維5份，多壁碳納米管7份，氧化鋅5份，氧化鈣5份，硬脂酸鋅0.7份，促進劑CZ 3份，促進劑TT3份，防老劑RD 3份，防老劑4010NA3份，乙烯基硅樹脂6份，硫磺4份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例4：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維5份，多壁碳納米管9份，氧化鋅4份，氧化鈣5份，硬脂酸鋅0.8份，促進劑CZ 3份，促進劑TT3份，防老劑RD 3份，防老劑4010NA3份，乙烯基硅樹脂4份，硫磺3份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例5：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維2份，多壁碳納米管6份，氧化鋅4份，氧化鈣4份，硬脂酸鋅0.9份，促進劑CZ 2份，促進劑TT1份，防老劑RD 2份，防老劑4010NA 1份，乙烯基硅樹脂3份，硫磺2份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例6：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維4份，多壁碳納米管6份，氧化鋅5份，氧化鈣6份，硬脂酸鋅0.9份，促進劑CZ 3份，促進劑TT3份，防老劑RD 3份，防老劑4010NA3份，乙烯基硅樹脂5份，硫磺2份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例7：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維6份，多壁碳納米管6份，氧化鋅6份，氧化鈣4份，硬脂酸鋅1.2份，促進劑CZ 3份，促進劑TT3份，防老劑RD 3份，防老劑4010NA3份，乙烯基硅樹脂3份，硫磺3份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例8：制備實施例
一種橡膠密封材料，其由以下質量份數的各組分組成：丁腈橡膠100份，芳綸纖維8份，多壁碳納米管6份，氧化鋅5份，氧化鈣5份，硬脂酸鋅1.3份，促進劑CZ 2份，促進劑TT3份，防老劑RD 2份，防老劑4010NA3份，乙烯基硅樹脂2份，硫磺3份。
所述的橡膠密封材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)塑煉：將丁腈橡膠置于開煉機上薄通塑煉處理，在65℃下混煉4分鐘；
(2)混煉：按比例將步驟(1)的塑煉膠與氧化鋅、氧化鈣、硬脂酸鋅、促進劑CZ、促進劑TT、防老劑RD、防老劑4010NA、乙烯基硅樹脂、硫磺，依次加入混煉機，在65℃下混煉7分鐘；
(3)添加微尺度纖維：按比例將步驟(2)的混煉膠中加入芳綸纖維，在65℃下混煉3.5分鐘；
(4)添加納米尺度纖維：按比例將步驟(3)的混煉膠中加入多壁碳納米管，在65℃下混煉4.5分鐘；
(5)將步驟(4)的復合橡膠料置于到硫化設備中的模具內，進行硫化處理，溫度為150℃，硫化時間為22分鐘，硫化壓力為12Mpa，得到橡膠密封材料成品。
實施例9：效果實施例
將上述實施例中的密封材料制成標準試樣，測試50％定伸強度、拉伸強度、拉伸伸長率、壓縮回彈率和熱傳導系數，常溫(20℃)下測試結果如下表。
從上表可以看出，本發明提供的多壁碳納米管增強傳熱密封材料在拉伸強度、拉伸伸長率、壓縮回彈率和熱傳導系數方面的性能可以滿足多種特定工況下的技術要求。
本發明采用丁腈橡膠中加入芳綸纖維與碳納米管等增強纖維制成一種多壁碳納米管增強傳熱密封材料。芳綸纖維具有極高的強度、很好的尺寸穩定性，耐熱性能好，芳綸纖維作為大尺度意義上的增強填料，保證了橡膠密封材料的宏觀性能突出；碳納米管作為一維納米材料，重量輕，具有許多異常的力學、電學和化學性能，碳納米管具有與高分子材料相似但卻比其穩定得多的結構，碳納米管用作微尺度意義上的增強填料，保證了橡膠密封材料微觀性能優異。多尺度纖維增強充分利用了纖維的混雜效應，綜合了纖維的各自特點,有效提高了材料的強度、導熱性、耐受性、壓縮回彈性、耐老化性。添加劑的加入能有效提高丁腈橡膠的交聯密度、提高丁腈橡膠的防老化和抗熱氧老化性能。因此，本發明機械密封材料具有優異的宏微觀強度、導熱性、耐受性、壓縮回彈性、耐老化性等特性，可用作機械密封用材料。該密封材料的制備方法簡單，條件溫和，設備常見，制備成本低，易于推廣。
上述實施例的作用在于具體介紹本發明的實質性內容，但本領域技術人員應當知道，不應將本發明的保護范圍局限于該具體實施例。