阅读说明：本技术 一种智能机械手吸盘用橡胶及其制备方法 (Rubber for intelligent manipulator sucker and preparation method thereof ) 是由 杨建军 闫高发 周登健 汪必宽 吴庆云 吴明元 张建安 刘久逸 王明 丁小兵 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种智能机械手吸盘用橡胶及其制备方法,涉及高分子化学领域,所述橡胶按重量组分计具体由天然橡胶100份、表面处理石墨烯2～8份、表面处理石膏晶须10～30份、白炭黑10～20份、促进剂1～3份、防老剂1～4份、硬脂酸1～3份、氧化锌2～6份、硫磺3～6份组成；表面处理石墨烯具体的制备方法为：将石墨烯分散在无水乙醇中,然后加入硼酸酯偶联剂,在55℃下机械搅拌反应4h后抽滤、洗涤至中性,干燥并研磨后获得；表面处理石膏晶须具体的制备方法为：石膏晶须加入到含铝酸酯偶联剂的乙醇水溶液中,在65℃下机械搅拌20min,同时控制体系pH范围在4～5之间,反应结束干燥后获得；本发明提供的橡胶对于天然橡胶分子间缺陷起到了很好的填充作用,显著的提高了其刚性和韧性。(The invention discloses rubber for an intelligent manipulator sucker and a preparation method thereof, and relates to the field of polymer chemistry, wherein the rubber specifically comprises 100 parts by weight of natural rubber, 2-8 parts by weight of surface-treated graphene, 10-30 parts by weight of surface-treated gypsum whisker, 10-20 parts by weight of white carbon black, 1-3 parts by weight of accelerator, 1-4 parts by weight of anti-aging agent, 1-3 parts by weight of stearic acid, 2-6 parts by weight of zinc oxide and 3-6 parts by weight of sulfur; the specific preparation method of the surface-treated graphene comprises the following steps: dispersing graphene in absolute ethyl alcohol, adding a boric acid ester coupling agent, performing mechanical stirring reaction at 55 ℃ for 4 hours, performing suction filtration, washing to be neutral, drying and grinding to obtain the graphene-based catalyst; the specific preparation method of the surface treatment gypsum whisker comprises the following steps: adding the gypsum whiskers into an ethanol water solution containing an aluminate coupling agent, mechanically stirring for 20min at 65 ℃, simultaneously controlling the pH range of the system to be 4-5, and drying after the reaction is finished to obtain the gypsum whiskers; the rubber provided by the invention has a good filling effect on the intermolecular defects of the natural rubber, and the rigidity and toughness of the rubber are obviously improved.)

一种智能机械手吸盘用橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子化学领域，尤其涉及一种智能机械手吸盘用橡胶及其制备方法。

背景技术

在现代化工业和海洋勘探领域的不断发展及生产过程机械化和自动化水平的提高，工业机械手凭借自身显著的特点，发展成为一种新型装置。它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，适用于大批量的自动生产。橡胶真空吸盘是机械手组成部分，也是真空设备执行器之一，是搬运系统和工件之间的连接部件，柔软又有弹性的吸盘确保不会损伤工件。

真空吸盘通常会采用生胶、补强剂、增塑剂、填充剂、防老剂、硫化剂、活性剂等来制造，其中生胶主要采用天然橡胶，是以顺-1，4-聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，存在优良的回弹性、绝缘性、隔水性、良好的加工性及可塑性等特性，但存在耐油、耐酸碱、耐热、耐寒、耐老化、耐磨性能不佳，需添加适当助剂处理改变。

天然橡胶因缺乏结晶能力、分子间作用力小，所以其力学性能、电性能等需在增强后才能达到聚合物材料的应用要求，而石墨烯是新型二维碳材料，作为填料可以改善橡胶的力学性能、导电性等。石墨烯/橡胶复合材料的性能受到多种因素影响，包括石墨烯的分散程度、橡胶基体与石墨烯间的界面相互作用以及橡胶复合材料的交联密度等。由于石墨烯片层之间含有丰富的含氧官能团(羧基、羟基等)，干燥后，在氢键和范德华力作用下，石墨烯很容易团聚，导致其在橡胶基体中分散不好，特别是利用机械法共混时，这个问题就更为突出。因此本研究采用硼酸酯偶联剂对石墨烯进行预处理，提高机械共混法中石墨烯在天然橡胶中的分散均匀性，解决其团聚问题及在橡胶基体中的分散性能。

石膏晶须具有高度有序的原子排列结构，几乎不存在晶体缺陷，显示出优良的机械性能，因此常做为补强剂用于橡胶、塑料生产。但石膏晶须属于无机物，具有很高的表面能，若直接添加在橡胶中会存在较大的相分离，分散不均匀，因此对石膏晶须表面进行处理，增加其与橡胶基体的结合性很有必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种智能机械手吸盘用橡胶及其制备方法，以解决现有技术中石墨烯易发生团聚，影响橡胶性能等技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种智能机械手吸盘用橡胶，所述橡胶按重量组分计具体由天然橡胶100份、表面处理石墨烯2～8份、表面处理石膏晶须10～30份、白炭黑10～20份、促进剂1～3份、防老剂1～4份、硬脂酸1～3份、氧化锌2～6份、硫磺3～6份组成；

其中表面处理石墨烯具体的制备方法为：

将石墨烯分散在无水乙醇中，混合均匀，然后加入硼酸酯偶联剂，在55℃下机械搅拌反应4h，得到分散溶液，将分散溶液抽滤、洗涤至中性，干燥并研磨，得到表面处理石墨烯；

表面处理石膏晶须具体的制备方法为：

石膏晶须加入到含铝酸酯偶联剂的乙醇水溶液中，在65℃下机械搅拌20min，同时控制体系pH范围在4～5之间，反应结束干燥后，得到表面处理石膏晶须。

进一步，所述硼酸酯偶联剂添加量占石墨烯质量的2％～5％。

进一步，所述铝酸酯偶联剂添加量占石膏晶须质量的3％～7％，石膏晶须选用60的长径比，在加入石膏晶须前，含铝酸酯偶联剂的乙醇水溶液需机械搅拌5min，乙醇和水的体积比为20：1。

进一步，所述促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺或二苯胍中的一种。

进一步，所述防老剂为苯乙烯化苯酚。

本发明还提供一种上述的智能机械手吸盘用橡胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、材料准备

按照权利要求1所示重量组分准备各项材料

步骤2、天然橡胶破胶

在2mm辊距的密炼机中依次连续投入天然橡胶；薄通，胶块破碎后，将辊距调至0.5mm，辊温控制在50℃，薄通数次；捣胶，将辊距放宽至1mm，胶片包辊后，反复割胶操作多次；

步骤3、胶料混炼

调节辊筒温度在55℃，将辊距调至1mm，胶片包辊后，依次加入促进剂、防老剂、表面处理石墨烯、表面处理石膏晶须、白炭黑、硬脂酸、氧化锌、硫磺进行翻炼，直到混炼均匀为止；

步骤4、混炼完成后，将混炼胶试样放置8h后，通过无转子硫化仪确定最佳的硫化工艺，然后在平板硫化机上进行硫化，制备出复合材料试样。

进一步，步骤4中硫化温度为170℃，硫化时间20min。

进一步，步骤3中加料间隔时间为1min。

本发明一种智能机械手吸盘用橡胶及其制备方法，与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)通过硼酸酯偶联剂对石墨烯须进行表面处理解决其在天然橡胶中相分离程度大的问题，处理后石墨烯相分散性更好，能很好的更利于实际生产；利用表面处理石膏晶须对天然橡胶进行改性，在保证产品质量的同时，进一步提升其耐磨性和耐热性。

(2)通过表面改性石墨烯和石膏晶须双重改性天然橡胶，对于天然橡胶分子间缺陷起到了很好的填充作用，显著的提高了其刚性和韧性，发明产品质量具有很好的稳定性，能够满足智能机械手吸盘用橡胶的要求。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的方法不必限于清楚地列出的那些步骤，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些方法固有的其它步骤。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。

实施例1：一种智能机械手吸盘用石膏晶须/石墨烯双重改性天然橡胶的制备

按重量份数组成为：天然橡胶100份、促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份、防老剂苯乙烯化苯酚2份、表面处理石墨烯2份、表面处理石膏晶须15份、白炭黑20份、硬脂酸2份、氧化锌3份、硫磺4份。

制取步骤为：

1、向密炼机中投入100份天然橡胶；薄通，胶块破碎后，将辊距调至约0.5mm，辊温控制在50℃左右，薄通数次；捣胶，将辊距放宽至1mm左右，胶片包辊后，反复割胶操作多次。

2、调节辊筒温度在75℃左右，将辊距调至约1mm，胶片包辊后，加入促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份、防老剂苯乙烯化苯酚2份、表面处理石墨烯2份、表面处理石膏晶须15份、白炭黑20份、硬脂酸2份、氧化锌3份、硫磺4份进行翻炼，直到混炼均匀为止。

3、最后将混炼胶试样放置8h后，然后在平板硫化机上，硫化温度为170℃，硫化时间20min,进行硫化，制备出复合材料试样。

其中，表面处理石墨烯工艺为：将20g石墨烯分散在适量无水乙醇中，混合均匀，然后加入0.6g硼酸酯偶联剂，在55℃下机械搅拌反应4h。将反应后的溶液抽滤、洗涤至中性，干燥并研磨，得到预处理的石墨烯样品备用(下同)。

其中，表面处理石膏晶须工艺为：将1.0g铝酸酯偶联剂加入到乙醇水溶液中，分散均匀，再加入20g石膏晶须，在65℃下机械搅拌20min，同时用醋酸控制体系pH范围在4～5之间，反应结束后，干燥得到表面处理石膏晶须，备用(下同)。

实施例2：一种智能机械手吸盘用石膏晶须/石墨烯双重改性天然橡胶的制备

按重量份数组成为：天然橡胶100份、促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份、防老剂苯乙烯化苯酚1份、表面处理石墨烯4份、表面处理石膏晶须15份、白炭黑18份、硬脂酸2份、氧化锌3份、硫磺4份。

制取步骤为：

1、向密炼机中投入100份天然橡胶；薄通，胶块破碎后，将辊距调至约0.5mm，辊温控制在50℃左右，薄通数次；捣胶，将辊距放宽至1mm左右，胶片包辊后，反复割胶操作多次。

2、调节辊筒温度在75℃左右，将辊距调至约1mm，胶片包辊后，加入促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份、防老剂苯乙烯化苯酚1份、表面处理石墨烯4份、表面处理石膏晶须15份、白炭黑18份、硬脂酸2份、氧化锌3份、硫磺4份进行翻炼，直到混炼均匀为止。

3、最后将混炼胶试样放置8h后，然后在平板硫化机上，硫化温度为170℃，硫化时间20min,进行硫化，制备出复合材料试样。

实施例3：一种智能机械手吸盘用石膏晶须/石墨烯双重改性天然橡胶的制备

按重量份数组成为：天然橡胶100份、促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份、防老剂苯乙烯化苯酚1份、表面处理石墨烯5份、表面处理石膏晶须20份、白炭黑12份、硬脂酸2份、氧化锌4份、硫磺3份

制取步骤为：

1、向密炼机中投入100份天然橡胶；薄通，胶块破碎后，将辊距调至约0.5mm，辊温控制在50℃左右，薄通数次；捣胶，将辊距放宽至1mm左右，胶片包辊后，反复割胶操作多次。

2、调节辊筒温度在75℃左右，将辊距调至约1mm，胶片包辊后，加入促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份、防老剂苯乙烯化苯酚1份、表面处理石墨烯5份、表面处理石膏晶须20份、白炭黑12份、硬脂酸2份、氧化锌4份、硫磺3份进行翻炼，直到混炼均匀为止。

3、最后将混炼胶试样放置8h后，然后在平板硫化机上，硫化温度为170℃，硫化时间20min,进行硫化，制备出复合材料试样。

实施例4：一种智能机械手吸盘用石膏晶须/石墨烯双重改性天然橡胶的制备

按重量份数组成为：天然橡胶100份、促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份、防老剂苯乙烯化苯酚1份、表面处理石墨烯6份、表面处理石膏晶须20份、白炭黑11份、硬脂酸2份、氧化锌4份、硫磺4份。

制取步骤为：

1、向密炼机中投入100份天然橡胶；薄通，胶块破碎后，将辊距调至约0.5mm，辊温控制在50℃左右，薄通数次；捣胶，将辊距放宽至1mm左右，胶片包辊后，反复割胶操作多次。

2、调节辊筒温度在75℃左右，将辊距调至约1mm，胶片包辊后，加入促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份、防老剂苯乙烯化苯酚1份、表面处理石墨烯6份、表面处理石膏晶须20份、白炭黑11份、硬脂酸2份、氧化锌4份、硫磺4份进行翻炼，直到混炼均匀为止。

3、最后将混炼胶试样放置8h后，然后在平板硫化机上，硫化温度为170℃，硫化时间20min,进行硫化，制备出复合材料试样。

实施例5：一种智能机械手吸盘用石膏晶须/石墨烯双重改性天然橡胶的制备

按重量份数组成为：天然橡胶100份、促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份、防老剂苯乙烯化苯酚2份、表面处理石墨烯8份、表面处理石膏晶须22份、白炭黑8份、硬脂酸2份、氧化锌3份、硫磺3份。

制取步骤为：

1、向密炼机中投入100份天然橡胶；薄通，胶块破碎后，将辊距调至约0.5mm，辊温控制在50℃左右，薄通数次；捣胶，将辊距放宽至1mm左右，胶片包辊后，反复割胶操作多次。

2、调节辊筒温度在75℃左右，将辊距调至约1mm，胶片包辊后，加入促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份、防老剂苯乙烯化苯酚2份、表面处理石墨烯8份、表面处理石膏晶须22份、白炭黑8份、硬脂酸2份、氧化锌3份、硫磺3份进行翻炼，直到混炼均匀为止。

3、最后将混炼胶试样放置8h后，然后在平板硫化机上，硫化温度为170℃，硫化时间20min,进行硫化，制备出复合材料试样。

性能测试工艺方法：

将实施例1-5制得的改性天然橡胶按照国家标准加工成标准试样，测试其各项性能，测试结果见表1。

力学性能按照GB/T 53l—1999测试，使用微机控制电子万用实验机，样品裁成哑铃型标准样条进行拉伸测试。

耐热氧老化性能按照GB/T 9871—2008测试，使用上海实验仪器厂有限公司，401A型热老化试验箱，老化条件为100℃、72h。

臭氧老化按GB/T7762—2003测试、耐油试验按GB/1690—2010测试、硬度按GB/T1698—2003测试，其他性能均按相应的国家标准或行业标准进行测试。

实施案列参数测试结果

表1

100℃×72h老化后试样参数测试结果

参数	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						硬度(ShoreA)	65	65	66	67	67
拉伸强度(MPa)	15.4	16.7	18.5	20.1	21.7
						断裂伸长率(％)	380	403	500	536	560

表2

由表1测试结果可知本发明通过表面处理石墨烯、石膏晶须双重改性天然橡胶起到很好的效果，表面处理后的石墨烯和石膏晶须与天然橡胶具有良好的相容性，对其力学性能进一步提升的同时还起到增加韧性、耐油性的效果，改性后天然橡胶性能优异且稳定，可用于智能机械手吸盘的制造。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明不限于以上对实施例的描述，本领域技术人员根据本发明揭示的内容，在本发明基础上不必经过创造性劳动所进行的改进和修改，都应该在本发明的保护范围之内。