CN102093608B - 一种再生胶/粉煤灰复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再生胶/粉煤灰复合材料及其制备方法,该复合材料主要由再生胶和粉煤灰组成,其质量比为100∶5~30。本发明的再生胶/粉煤灰复合材料,在特定含量的再生胶与粉煤灰及其他组分的协同作用下,使最终的材料具有优良的物理机械性能,拉伸强度可达到4.5~9.5MPa,扯断伸长率可达到100~400%。本发明由于采用再生胶和粉煤灰为主体材料,充分利用了废旧橡胶和煤渣的循环再生资源,降低了成本,同时有利于环保节能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备领域,具体涉及一种再生胶/粉煤灰复合材料及其制备方法。
背景技术
再生橡胶一直是世界橡胶工业的重要原材料,它一方面可以代替橡胶,缓解了天然橡胶的严重匮乏;另一方面使废旧橡胶实现了回收再利用,解决了废旧橡胶污染环境的问题。
但是由于再生胶材料本身存在一些性能缺陷,尤其是物理性能方面,比如耐磨耗性差,压缩产生永久变形,抗屈挠龟裂性差等,使之进一步应用和发展受到了很大的限制。在实际生产过程中,虽然它有着较低的价格但是某些性能参数没法达标从而满足采购商的要求。
与再生橡胶利用相似的是,许多国家都已认识到必须重视“工业废渣”资源的开发利用。它可以有效地缓解自然资源及能源短缺,防止环境污染。中国是世界上主要产煤国之一,煤炭是今后相当长时间的主要能源。由于对回收材料和降低环境污染的重视,目前,粉煤灰的再利用成为重要研究内容。
发明内容
本发明的目的本着废旧资源再利用的宗旨,针对目前再生胶使用过程中存在的问题,提出一种新的再生胶/粉煤灰复合材料。该材料具有优良的物理性能,充分利用废旧橡胶和粉煤灰,降低了成本,而且有利于资源再利用。
本发明的目的可以通过以下措施达到:
一种再生胶/粉煤灰复合材料,该复合材料主要由再生胶和粉煤灰组成,其质量比为100∶5~30,优选100∶20~30。该复合材料进一步可以由以下重量份的组分制成:再生胶100,粉煤灰5~30,硫化促进剂3.1~9.5,防老剂0.6~2,偶联剂1~3。
本发明粉煤灰采用粒径小于0.05mm的颗粒,其主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO。
本发明的再生胶可采用废胎面胶(顺丁橡胶)再生胶。
硫化促进剂选自硫磺、2-硫醇基苯并噻唑、二硫化四甲基秋兰姆、氧化锌或硬脂酸中的一种或几种。硫化促进剂的优选组成为:硫磺0.2~2.0份,2-硫醇基苯并噻唑0.4~1.0份,二硫化四甲基秋兰姆0~0.5份,氧化锌2.0~5.0份,硬脂酸0.5~1.0份(以再生胶为100份计)。
防老剂选自N-环己基-N’-苯基对苯二胺(即防老剂4010)和2-硫醇基苯并咪唑(即防老剂MB)中的一种或两种。防老剂的优选组成为:N-环己基-N’-苯基对苯二胺0.3~1.0份,2-硫醇基苯并咪唑0.3~1.0份(以再生胶为100份计)。
偶联剂可选用3-氨丙基三乙氧基硅烷,其用量为0.1~3.0份(以再生胶为100份计)。
本发明的一种含有再生胶、粉煤灰、硫化促进剂、防老剂和偶联剂的再生胶/粉煤灰复合材料的制备方法为:将再生胶和粉煤灰先进行干燥(如在80~100℃下干燥20~60min),然后用开炼机在45~50℃下混炼10~30min,再加入硫化促进剂、防老剂和偶联剂,在开炼机上于55~60℃下混炼10~30min制备混炼胶(辊距为4.0mm),再在开炼机上将混炼胶进行包辊,包辊后出片,最后在硫化机上于140~160℃及压力7~9MPa下硫化10~60min。
将以再生胶为基体的复合材料的制备分为原料配比、混炼、出片、成型四个过程,各过程分别详述如下:
I、原料配比
按重量份额配比分别为:废胎面胶(顺丁橡胶)再生胶100(重量份,下同),颗粒粒径小于0.05mm的粉煤灰5~30,硫磺用量为0.2~2.0份,2-硫醇基苯并噻唑0.4~1.0份,二硫化四甲基秋兰姆0~0.5份,氧化锌2.0~5.0份,硬脂酸0.5~1.0份,N-环己基-N’-苯基对苯二胺(即防老剂4010)0.3~1.0份,2-硫醇基苯并咪唑(即防老剂MB)0.3~1.0份,3-氨丙基三乙氧基硅烷1.0~3.0份。
II、混炼
先将再生胶和粉煤灰在80~100℃下干燥20~60min,然后用开炼机混炼约20min,温度为45~50℃。之后,在开炼机上加入硫化促进剂、防老剂和偶联剂制备混炼胶,其中辊距为4.0mm,温度为55~60℃,时间为15min
III、出片
制出混炼胶后,先将胶料停放30min,然后在开炼机上将胶料包辊(辊距为2~3mm),炼至胶片表面光滑无孔洞,然后出片,出片后停放至少24小时才可进入成型工序;
IV、成型
在平板硫化机上硫化10~60min成型,温度控制为150℃,压力7~9MPa。
本发明的有益效果:
1、本发明的再生胶/粉煤灰复合材料,在特定含量的再生胶与粉煤灰及其他组分的协同作用下,使最终的材料具有优良的物理机械性能,拉伸强度可高达4.5~9.5MPa,扯断伸长率可达到100~400%。
2、本发明的再生胶/粉煤灰复合材料在硬度、拉伸强度以及磨耗方面均远高于再生胶,极大地扩展了再生胶材料的应用范围。
3、由于采用再生胶和粉煤灰为主体材料,充分利用了废旧橡胶和煤渣的循环再生资源,降低了成本,同时有利于环保节能。
4、在对橡胶材料性能要求没有特殊要求的前提下,该发明的复合材料可以替代再生胶使用,本材料在防水材料,农用机械脚垫、路面铺设等领域和场所广泛应用,有着极大的应用推广意义。
具体实施方式
下面给出实施例拟应对本发明作进一步说明,但不能理解为是对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整,仍应属于本发明的保护范围。
实施例1-4的组分配方详见表1。
表1
原料 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
再生胶 | 100(重量份,下同) | 100 | 100 | 100 |
粉煤灰 | 5 | 10 | 20 | 30 |
硫磺 | 1 | 1.5 | 2 | 1 |
2-硫醇基苯并噻唑 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 |
二硫化四甲基秋兰姆 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.4 |
氧化锌 | 3 | 3 | 3 | 4 |
硬脂酸 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 |
防老剂4010 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.6 |
防老剂MB | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.4 |
3-氨丙基三乙氧基硅烷 | 1.0 | 2.0 | 2.0 | 2.2 |
其中粉煤灰的粒径小于0.05mm,其组成为60%SiO2,25%Al2O3,7%Fe2O3,5%CaO。
实施例1
先将再生胶和粉煤灰在80~100℃下干燥30min,然后用开炼机混炼约20min,温度为45~50℃。之后,在开炼机上加入硫化促进剂、防老剂和偶联剂制备混炼胶,其中辊距为4.0mm,温度为55~60℃,时间为15min。
制出混炼胶后,先将胶料停放30min,然后在开炼机上将胶料包辊(辊距为2~3mm),炼至胶片表面光滑无孔洞,然后出片,出片后停放至少24小时才可进入成型工序;
在平板硫化机上硫化30~40min成型,温度控制为150℃,压力8MPa。
通过上述过程就可以得到本发明的再生胶/粉煤灰复合材料。
实施例2-4
按实施例1的方法制备方法再生胶/粉煤灰复合材料。
对比例1
配方同实施例2,仅不加入粉煤灰。
各例所得复合材料的性能详见表2。
表2产品性能
性能 | 对比例1 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
粉煤灰,份数 | 0 | 5 | 10 | 20 | 30 |
邵尔A硬度 | 80 | 88 | 89 | 92 | 95 |
拉伸强度MPa | 3.6 | 3.5 | 3.3 | 4.5 | 8.5 |
拉断伸长率,% | 329 | 239 | 237 | 210 | 200 |
磨耗cm3(1.6km) | 1.3 | 1.8 | 1.8 | 2.1 | 2.5 |
实验发现,当粉煤灰用量少于5份时,其不能完全分散到橡胶中时,填充效果不理想,橡胶表面会有很多空洞。当用量超过35份时,粉煤灰和再生胶在双辊开炼机上混炼困难,无法制备试样。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的再生胶/粉煤灰复合材料,其特征在于:所述粉煤灰的颗粒粒径小于0.05mm。
3.根据权利要求1所述的再生胶/粉煤灰复合材料,其特征在于:所述再生胶为顺丁橡胶再生胶。
4.根据权利要求1所述的再生胶/粉煤灰复合材料,其特征在于:所述防老剂选自N-环己基-N’-苯基对苯二胺和2-硫醇基苯并咪唑中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的再生胶/粉煤灰复合材料,其特征在于:所述各防老剂的用量以再生胶为100份计,其重量份为:N-环己基-N’-苯基对苯二胺0.3~1.0份,2-硫醇基苯并咪唑0.3~1.0份。
6.根据权利要求1所述的再生胶/粉煤灰复合材料,其特征在于:所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷,其用量以再生胶为100份计,重量份为:0.1~3.0份。
7.权利要求1所述的再生胶/粉煤灰复合材料的制备方法,其特征在于:将再生胶和粉煤灰先进行干燥,然后用开炼机在45~50℃下混炼10~30min,再加入硫化促进剂、防老剂和偶联剂,在开炼机上于55~60℃下混炼10~30min制备混炼胶,再在开炼机上将混炼胶进行包辊,包辊后出片,最后在硫化机上于140~160℃及压力7~9MPa下硫化10~60min。
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