本发明属于材料领域，具体涉及一种多壁碳纳米管增强传热密封材料及其制备方法。
背景技术：
密封涉及到人类生产、生活的方方面面，密封制品是机械设备的重要基础元件，几乎所有的工业部门都离不开它，通用设备中的压缩机、泵、压力管道等更是以密封为工作基础。密封元件的质量如何，直接关系到大多数装备的使用寿命及运转可靠性。如果密封件质量低劣，轻则带来经济损失和麻烦，重则会造成恶性事故，对人与环境都会造成很大的伤害。尤其是在工作压力、温度高的环境下，密封圈所承受的负荷较大，在高温下的老化速度加快，在设备运行过程中经常碰到密封件损坏情况，有的密封件正常工作时间甚至不到一个月就需要更换，大大降低了企业的生产效率。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明第一目的在于提供一种强度、热传导性、弹性及抗老化性优异的密封材料，以胜任高压、高温以及对传热、散热有较高要求的工况；本发明第二目的在于提供该密封材料的制备方法。
本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：
一种多壁碳纳米管增强传热密封材料，由如下重量份的原料制备而成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维2-8份、多壁碳纳米管3-10份、氧化锌3-7份、氧化钙2-6份、硬脂酸锌0.6-1.4份、促进剂CZ 1-3份、促进剂TT 1-3份、防老剂RD 1-3份、防老剂4010NA 1-3份、乙烯基硅树脂2-6份、硫磺2-4份。
优选地，多壁碳纳米管增强传热密封材料由如下重量份原料制成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维5份、多壁碳纳米管5份、氧化锌3份、氧化钙3份、硬脂酸锌0.7份、促进剂CZ 2份、促进剂TT 2份、防老剂RD 2份、防老剂4010NA2份、乙烯基硅树脂5份、硫磺2.5份。
优选地，多壁碳纳米管增强传热密封材料由如下重量份原料制成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维5份、多壁碳纳米管7份、氧化锌5份、氧化钙5份、硬脂酸锌0.7份、促进剂CZ 3份、促进剂TT 3份、防老剂RD 3份、防老剂4010NA3份、乙烯基硅树脂6份、硫磺4份。
优选地，多壁碳纳米管增强传热密封材料由如下重量份原料制成：丁腈橡胶100份、芳纶纤维6份、多壁碳纳米管6份、氧化锌4份、氧化钙5份、硬脂酸锌0.8份、促进剂CZ 3份、促进剂TT 3份、防老剂RD 3份、防老剂4010NA3份、乙烯基硅树脂4份、硫磺3份。
上述密封材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶、氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺依次加入混炼机混炼；
(3)添加微尺度纤维：按比例在步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维混炼；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例在步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管混炼；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理即得。
优选地，步骤(1)在50-80℃塑炼3-5分钟。
优选地，步骤(2)在50-80℃下混炼6-8分钟。
优选地，步骤(3)在50-80℃下混炼5-6分钟。
优选地，步骤(4)在50-80℃下混炼3-4分钟。
优选地，步骤(5)硫化条件为：硫化温度为145-155℃，硫化时间为20-25分钟，硫化压力为11-13Mpa。
本发明的优点：
1、本发明采用丁腈橡胶中加入芳纶纤维与碳纳米管等增强纤维制成一种多壁碳纳米管增强传热密封材料。芳纶纤维具有极高的强度、很好的尺寸稳定性，耐热性能好，芳纶纤维作为大尺度意义上的增强填料，保证了橡胶密封材料的宏观性能突出；碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，具有许多异常的力学、电学和化学性能，碳纳米管具有与高分子材料相似但却比其稳定得多的结构，碳纳米管用作微尺度意义上的增强填料，保证了橡胶密封材料微观性能优异。多尺度纤维增强充分利用了纤维的混杂效应，综合了纤维的各自特点,有效提高了材料的强度、导热性、耐受性、压缩回弹性、耐老化性。添加剂的加入能有效提高丁腈橡胶的交联密度、提高丁腈橡胶的防老化和抗热氧老化性能。因此，本发明机械密封材料具有优异的宏微观强度、导热性、耐受性、压缩回弹性、耐老化性等特性，可用作机械密封用材料。
2、本发明密封材料的制备方法简单，条件温和，设备常见，制备成本低，易于推广。
具体实施方式
下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。实验中未详述的试验操作均为本领域技术人员所熟知的常规试验操作。
实施例1：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，多壁碳纳米管3份，氧化锌3份，氧化钙2份，硬脂酸锌0.6份，促进剂CZ 1份，促进剂TT2份，防老剂RD 1份，防老剂4010NA2份，乙烯基硅树脂2份，硫磺2份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例2：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，多壁碳纳米管5份，氧化锌3份，氧化钙3份，硬脂酸锌0.7份，促进剂CZ 2份，促进剂TT2份，防老剂RD 2份，防老剂4010NA2份，乙烯基硅树脂5份，硫磺2.5份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例3：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，多壁碳纳米管7份，氧化锌5份，氧化钙5份，硬脂酸锌0.7份，促进剂CZ 3份，促进剂TT3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA3份，乙烯基硅树脂6份，硫磺4份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例4：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维5份，多壁碳纳米管9份，氧化锌4份，氧化钙5份，硬脂酸锌0.8份，促进剂CZ 3份，促进剂TT3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA3份，乙烯基硅树脂4份，硫磺3份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例5：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维2份，多壁碳纳米管6份，氧化锌4份，氧化钙4份，硬脂酸锌0.9份，促进剂CZ 2份，促进剂TT1份，防老剂RD 2份，防老剂4010NA 1份，乙烯基硅树脂3份，硫磺2份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例6：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维4份，多壁碳纳米管6份，氧化锌5份，氧化钙6份，硬脂酸锌0.9份，促进剂CZ 3份，促进剂TT3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA3份，乙烯基硅树脂5份，硫磺2份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例7：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维6份，多壁碳纳米管6份，氧化锌6份，氧化钙4份，硬脂酸锌1.2份，促进剂CZ 3份，促进剂TT3份，防老剂RD 3份，防老剂4010NA3份，乙烯基硅树脂3份，硫磺3份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例8：制备实施例
一种橡胶密封材料，其由以下质量份数的各组分组成：丁腈橡胶100份，芳纶纤维8份，多壁碳纳米管6份，氧化锌5份，氧化钙5份，硬脂酸锌1.3份，促进剂CZ 2份，促进剂TT3份，防老剂RD 2份，防老剂4010NA3份，乙烯基硅树脂2份，硫磺3份。
所述的橡胶密封材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)塑炼：将丁腈橡胶置于开炼机上薄通塑炼处理，在65℃下混炼4分钟；
(2)混炼：按比例将步骤(1)的塑炼胶与氧化锌、氧化钙、硬脂酸锌、促进剂CZ、促进剂TT、防老剂RD、防老剂4010NA、乙烯基硅树脂、硫磺，依次加入混炼机，在65℃下混炼7分钟；
(3)添加微尺度纤维：按比例将步骤(2)的混炼胶中加入芳纶纤维，在65℃下混炼3.5分钟；
(4)添加纳米尺度纤维：按比例将步骤(3)的混炼胶中加入多壁碳纳米管，在65℃下混炼4.5分钟；
(5)将步骤(4)的复合橡胶料置于到硫化设备中的模具内，进行硫化处理，温度为150℃，硫化时间为22分钟，硫化压力为12Mpa，得到橡胶密封材料成品。
实施例9：效果实施例
将上述实施例中的密封材料制成标准试样，测试50％定伸强度、拉伸强度、拉伸伸长率、压缩回弹率和热传导系数，常温(20℃)下测试结果如下表。
从上表可以看出，本发明提供的多壁碳纳米管增强传热密封材料在拉伸强度、拉伸伸长率、压缩回弹率和热传导系数方面的性能可以满足多种特定工况下的技术要求。
本发明采用丁腈橡胶中加入芳纶纤维与碳纳米管等增强纤维制成一种多壁碳纳米管增强传热密封材料。芳纶纤维具有极高的强度、很好的尺寸稳定性，耐热性能好，芳纶纤维作为大尺度意义上的增强填料，保证了橡胶密封材料的宏观性能突出；碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，具有许多异常的力学、电学和化学性能，碳纳米管具有与高分子材料相似但却比其稳定得多的结构，碳纳米管用作微尺度意义上的增强填料，保证了橡胶密封材料微观性能优异。多尺度纤维增强充分利用了纤维的混杂效应，综合了纤维的各自特点,有效提高了材料的强度、导热性、耐受性、压缩回弹性、耐老化性。添加剂的加入能有效提高丁腈橡胶的交联密度、提高丁腈橡胶的防老化和抗热氧老化性能。因此，本发明机械密封材料具有优异的宏微观强度、导热性、耐受性、压缩回弹性、耐老化性等特性，可用作机械密封用材料。该密封材料的制备方法简单，条件温和，设备常见，制备成本低，易于推广。
上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容，但本领域技术人员应当知道，不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。