CN103146173B - 氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料及方法。所述气密材料是将30-40份的聚氯乙烯用高速混合搅拌机搅拌加温至100±5℃，然后加入质量份数为25-45的增塑剂DOP，将加入了增塑剂DOP的聚氯乙烯和质量份数为60-70的均聚型氯醚橡胶投入到温度为165±5℃的密炼机中共混，再加入0.6-0.8份硬脂酸钙、O.15-0.2份硫醇锑、10-30份N550炭黑、10-30份碳酸钙、0.5-0.8份防老剂MB、5-10份轻质氧化镁、3-5份加工助剂ACR，在165±5℃共混后停放一天，然后在温度75-100℃的条件下加入硫化剂TCY，混匀后停放一至两天再通过硫化得到。本发明在降低成本的情况下，还可以保证良好的气密性。
Description
技术领域
本发明涉及一种车胎气密材料，具体是以一种采用氯醚橡胶与聚氯乙烯共混生产的用于制备自行车内胎或汽车轮胎气密层的气体密封材料及该密封材料的生产方法。
背景技术
现有的车辆(含自行车和所有机动车)内胎和一些大型机动车的轮胎气密层所使用的材料有天然橡胶和丁基橡胶。天然胶内胎是第一代产品，其价格比较便宜，但其最大的缺陷是气密性差，特别是用作机动车使用时，因机动车的高速、重载，天然胶内胎还体现出不耐热老化而使用寿命短的缺陷。
丁基胶因气透性仅为天然橡胶的十分之一，而且因分子主链上没有双键的高不饱和性，耐热老化性能特别好，所以首先在机动车内胎中开始使用丁基胶，自行车主要是高档自行车也紧随着使用丁基内胎。丁基胶的硫化速度非常慢，而且目前丁基胶我国还不能生产，全部依靠从国外进口，所以丁基内胎的价格就非常之高，限制了其使用范围。
氯醚橡胶因其独特的分子结构，有较好的耐油性、耐热性和导电性，所以主要应用在以上三个方面。但是在耐油和耐热方面的性价比方面都竞争不过丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶，所以国内虽然能生产氯醚橡胶，而实际使用量一直非常少，主要利用其导电性能用于复印机的橡胶配件上。
但是氯醚橡胶还有另外一个不为人们所关注的非常优异的特性，即气密性，均聚性氯醚橡胶的气透性只有丁基橡胶的三分之一，是所有橡胶中气密性最高的。但是氯醚橡胶是一种特种橡胶，在实行中使用量少，所以其价格特别高。从成本因素的考虑，用氯醚橡胶生产内胎因价格高，并不被市场所接受，如何降低成本是氯醚橡胶生产内胎的关键难题。
聚氯乙烯与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯为四大通用塑料，而且又是所有塑料中价格最便宜的，仅为0.65万/吨。橡胶与塑料并用以提高橡胶的某方面性能，同时又降低成本已经是很普遍的事。如丁腈橡胶与聚氯乙烯的并用后，其耐臭氧性，耐磨性，耐甲醇汽油等方面都有极大地提高，这方面的运用已很广泛。丁腈橡胶与聚氯乙烯能很好的并用主要是两者同为极性物质，而且有非常接近的溶解度参数。丁腈橡胶与聚氯乙烯的共混已经是很普遍的事了，氯醚橡胶与丁腈橡胶的共混也有不少报道。如果能将聚氯乙烯与氯醚橡胶共混在一起，便可以结合两者的优点，在得到气密性较高的材料同时也可以降低成本。
罗宁等提出“大量研究表明，PVC与丁腈-40.丁腈-26是相容的”，(《动态硫化聚氯乙烯/橡胶共混型》高分子材料科学与工程1990年第2期99页)。张隐西等给出聚氯乙烯，丁腈-40，丁腈-26的溶解度参数分别为9.6，9.9，9.3(《动态硫化PVC/橡胶共混型热塑性弹性体(III)PVC/NBR一18共混物的力学性能》特种橡胶制品1990年第4期13页。此文为I989年4月11-14日在日本京都召开的聚合物加工学会第5届年会交流论文)。刘承美等给出氯醚橡胶的溶解度参数为9.35(《天然橡胶一氯醇橡胶相容性的研究》弹性体1994年第4期20页)。由此可以确定，氯醚橡胶与聚氯乙烯相容性良好，是可以共混的，但在目前并未出现氯醚橡胶与聚氯乙烯共混相关报道。
发明内容
本发明根据现有技术的不足，提供一种由氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气体密封材料及方法。该发明的以氯醚橡胶和聚氯乙烯为主要材料，按照比例增加稳定剂，硫化剂，补强剂，填充剂，增塑剂，防老剂，加工助剂，得到一种比目前丁基橡胶气密性更好，而且价格更便宜的车胎气密材料，该气密材料可以用来制作自行车和机动车的内胎或是用来作为机动车轮胎的气密层。
所述一种氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料，其特征在于该气密材料的组分和质量份数如下：
其中：硫化剂TCY是三聚硫氰酸或2.4.6-三巯基-1.3.5三嗪，防老剂MB是2-巯基苯并咪唑，增塑剂DOP是邻苯二甲酸二辛脂，加工助剂ACR是丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物。
一种制备以上所述的车胎气密材料的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)准备以下质量份数的物质原料：60-70份的均聚型氯醚橡胶，30-40份的聚氯乙烯，0.6-0.8份稳定剂硬脂酸钙，0.15-0.2份稳定剂硫醇锑，10-30份N550炭黑，10-30份碳酸钙，0.5-0.8份防老剂MB，5-10份轻质氧化镁，3-5份加工助剂ACR，其中加工助剂ACR是丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物；
(2)将30-40份的聚氯乙烯用混合搅拌机将其搅拌加温至100±5℃，然后逐步加入质量份数为25-45的增塑剂DOP，在加入增塑剂DOP时，保持物料温度在100±5℃，将加入了增塑剂DOP的聚氯乙烯和质量份数为60-70的均聚型氯醚橡胶投入到温度为165±5℃的密炼机中共混；
(3)然后向步骤(2)中共混后的物料中加入以下质量份数的物质继续共混：0.6-0.8份稳定剂硬脂酸钙、0.15-0.2份稳定剂硫醇锑、10-30份N550炭黑、10-30份碳酸钙、0.5-0.8份防老剂MB、5-10份轻质氧化镁、3-5份加工助剂ACR，在共混过程中温度都保持在165±5℃，将共混好的胶料在室温下停放一天后，在温度75-100℃的条件下加入硫化剂TCY，混匀后再在室温下停放一至两天，在模型温度然后升温到170±5℃硫化600±20秒便可得到车胎气密材料。
本发明中的混合搅拌机为高速混合搅拌机，是普通炼胶行业的高速混合机(有时也称高速搅拌机)，该机器是以控制搅拌物料的速度来达到控制物料温度的，即初期搅拌时，因物料温度低，搅拌的速度很高，当物料的温度越接近所设定的温度时，搅拌的速度也就越慢。密炼机是现有橡胶行业的常用炼胶设备，选用常规的橡胶密炼机都可以。
本发明所述的硫化剂TCY(三聚硫氰酸)广泛用于聚丙烯，橡胶等高聚物的热稳定剂，氯化丙烯酸乙酯乙烯聚合物，丙烯酸橡胶等聚合物的硫化剂，适用于丙烯酸酯橡胶ACM，氯醚橡胶CO.ECO和氯丁橡胶CR，也可用于橡塑共混材料，硫化速度快，焦烧安全，可缩短硫化时间，无须二段硫化，制成的硫化胶耐油、耐热耐变压的显著硫化胶机械性能好特点。可用于氯醇橡胶和氯丁橡胶，也可用做丁晴胶和PVC并用胶的共硫化交联剂。从材料的共硫化分析，氯醚橡胶与聚氯乙烯不但相容性良好，可以共混，两者均能用硫化剂TCY共硫化，在相关论文(《TCY硫化体系对均聚氯醚橡胶性能的影响》特种橡胶制品2007年4期，《聚氯乙烯塑料的耐热改性》聚氯乙烯2004年第1期)，分别论述到用硫化剂TCY硫化氯醚橡胶和聚氯乙烯。
以丁基橡胶为例，其成本比较如下：丁基橡胶的市场价格是2.9万元/吨，氯醚橡胶3.5万元/吨，聚氯乙烯0.67万元/吨，采用70份氯醚橡胶掺用30份聚氯乙烯的成本为3.5*0.7+0.67*0.3＝2.45+0.20＝2.65万元/吨，混合后的成本比丁基橡胶的价格还要低，氯醚橡胶与聚氯乙烯共混大幅度降低了生产成本，使此种共混材料生产的内胎价格能为市场所接受，克服了单独使用氯醚橡胶成本高的缺陷。
而且氯醚橡胶的气密性是丁基橡胶的3倍(《橡胶配合加工技术讲座》橡胶工业1999年46卷438页，《氯醚橡胶加工技术》橡胶译从1997年1期61-62页)。70份氯醚橡胶掺用30份聚氯乙烯的共混体的气密性仍然比丁基橡胶还要好。
本发明的有益效果：
1.将氯醚橡胶用于了制备车轮内胎或气密层上，增加了氯醚橡胶的使用范围，也合理应用了氯醚橡胶高气密性的特点，增加了内胎或气密层的气密效果；
2.以现代高分子橡塑共混理论为基础，高比例掺用价格低廉且与氯醚橡胶相容性较好的聚氯乙烯，大大降低生产成本，在价格上使氯醚橡胶材料生产的内胎能为市场所接受，其成本比丁基内胎低，而气密性比丁基内胎要高，其性价比有极大的竞争优势；
3.本发明以硫化剂TCY为氯醚橡胶与聚氯乙烯共混的硫化剂，该硫化剂可以同时硫化氯醚橡胶与聚氯乙烯，使两者可以更好的共混形成一体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
所述一种氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料，其特征在于该气密材料的组分和质量份数如下：
其中：硫化剂TCY是三聚硫氰酸或2.4.6-三巯基-1.3.5三嗪，防老剂MB是2-巯基苯并咪唑，增塑剂DOP是邻苯二甲酸二辛脂，加工助剂ACR是丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物。
实施例一：
一种氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)准备以下质量份数的物质原料：60份均聚型氯醚橡胶、40份聚氯乙烯、0.8份硬脂酸钙稳定剂、0.2份硫醇锑稳定剂、0.8份三聚硫氰酸、10份N550炭黑、30份碳酸钙、45份邻苯二甲酸二辛脂、0.5份防老剂MB、10份氧化镁、5份加工助剂ACR；其中加工助剂ACR是丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物；
(2)将步骤(1)中准备的40份聚氯乙烯用高速混合搅拌机将其搅拌加温至100±5℃，然后逐步加入45份增塑剂DOP(邻苯二甲酸二辛脂)，在加入增塑剂DOP时，保持物料温度在100±5℃，将加入了增塑剂DOP的聚氯乙烯和质量份数为60份均聚型氯醚橡胶投入到温度为165±5℃的密炼机中共混180±20秒；
(3)然后向步骤(2)中共混后的物料中加入以下质量份数的物质继续共混：0.8份稳定剂硬脂酸钙、0.2份稳定剂硫醇锑、10份N550炭黑、30份碳酸钙、0.5份防老剂MB、10份轻质氧化镁、5份加工助剂ACR，在共混过程中温度都保持在165±5℃，将共混好的胶料在室温下停放一天后，在温度75-100℃的条件下加入0.8份三聚硫氰酸，混匀后再在室温下停放一至两天，在温度为170±5℃的模具中硫化600±20秒便可得到氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料。
实施例二
一种氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)准备以下质量份数的物质原料：65份均聚型氯醚橡胶、35份聚氯乙烯、0.7份硬脂酸钙稳定剂、0.18份硫醇锑稳定剂、1.0份2.4.6-三巯基-1.3.5三嗪、20份N550炭黑、20份碳酸钙、38份邻苯二甲酸二辛脂、0.65份防老剂MB、8份氧化镁、4份加工助剂ACR；其中加工助剂ACR是丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物；
(2)将步骤(1)中准备的35份聚氯乙烯用高速混合搅拌机将其搅拌加温至100±5℃，然后逐步加入38份增塑剂DOP(邻苯二甲酸二辛脂)，在加入增塑剂DOP时，保持物料温度在100±5℃，将加入了增塑剂DOP的聚氯乙烯和质量份数为65份均聚型氯醚橡胶投入到温度为165±5℃的密炼机中共混180±20秒。
(3)然后向步骤(2)中共混后的物料中加入以下质量份数的物质继续共混：0.7份硬脂酸钙稳定剂、0.18份硫醇锑稳定剂、20份N550炭黑、20份碳酸钙、0.65份防老剂MB、8份氧化镁和4份加工助剂ACR，在共混过程中温度都保持在165±5℃，将共混好的胶料在室温下停放一天后，在温度75-100℃的条件下加入1.0份2.4.6-三巯基-1.3.5三嗪，混匀后再在室温下停放一至两天，在温度为170±5℃的模具中硫化600±20秒便得到氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料。
实施例三
一种氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)首先将准备以下质量份数的物质原料：70份均聚型氯醚橡胶、30份聚氯乙烯、0.6份硬脂酸钙稳定剂、0.15份硫醇锑稳定剂、1.5份三聚硫氰酸、30份N550炭黑、10份碳酸钙、25份邻苯二甲酸二辛脂、0.8份防老剂MB、5份氧化镁、3份加工助剂ACR；其中加工助剂ACR是丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物；
(2)将步骤(1)中准备的30份聚氯乙烯用高速混合搅拌机将其搅拌加温至100±5℃，然后逐步加入25份增塑剂DOP(邻苯二甲酸二辛脂)，在加入增塑剂DOP时，保持物料温度在100±5℃，将加入了增塑剂DOP的聚氯乙烯和质量份数为70份均聚型氯醚橡胶投入到温度为165±5℃的密炼机中共混180±20秒；
(3)然后向步骤(2)中共混后的物料中加入以下质量份数的物质继续共混：0.6份硬脂酸钙稳定剂、0.15硫醇锑稳定剂、30份N550炭黑、10份碳酸钙、0.8份防老剂MB、5份氧化镁、3份加工助剂ACR，在共混过程中温度都保持在165±5℃，将共混好的胶料在室温下停放一天后，在温度75-100℃的条件下加入1.5份三聚硫氰酸，混匀后再在室温下停放一至两天，在模型温度为170±5℃的条件下硫化600±20秒便可得到氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备的车胎气密材料。
将以上三个实施例中得到的车胎气密材料按照以下标准测试：
硬度按《GB/T 531.2-2009硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第2部分：便携式橡胶国际硬度计法》标准测试；
拉伸强度按《GB/T 528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》标准测试；
扯断伸长率按《GB/T 528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》标准测试；
撕裂强度按《GB/T 529-2008硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》标准测试。
其测试结果如下：
参照《GB/T1703-2008力车内胎》，《GB7036.1-2009充气轮胎内胎第1部分：汽车轮胎内胎》，《GB7036.2-2007充气轮胎内胎_第2部分_摩托车轮胎内胎》三个标准，基本达到标准要求(只有其中拉伸强度一项，稍低于《GB7036.1-2009充气轮胎内胎第1部分：汽车轮胎内胎》中对天然橡胶所要求的14.7MPa，而高于对丁基橡胶所要求的8.4MPa；以上三个标准的内胎材料，均指明A类为天然橡胶和B类为丁基橡胶)。
从以上测试结果可以看出实施例1-3中得到的气密材料物理机械性能均符合国家标准，可以用来制备车辆(含自行车和所有机动车)内胎和一些大型机动车的轮胎气密层。
Claims (1)
1.一种氯醚橡胶与聚氯乙烯共混制备车胎气密材料的方法，其特征在于该气密材料的组分和质量份数如下：
其中：硫化剂TCY是三聚硫氰酸或2.4.6-三巯基-1.3.5三嗪，防老剂MB是2-巯基苯并咪唑，增塑剂DOP是邻苯二甲酸二辛脂，加工助剂ACR是丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚物；
具体的制备步骤如下：
(1)按照上述配方准备好物质原料；
(2)将30-40份的聚氯乙烯用混合搅拌机将其搅拌加温至100±5℃，然后逐步加入质量份数为25-45的增塑剂DOP，在加入增塑剂DOP时，保持物料温度在100±5℃，将加入了增塑剂DOP的聚氯乙烯和质量份数为60-70的均聚型氯醚橡胶同时投入到温度为165±5℃的密炼机中共混180±20秒；
(3)然后向步骤(2)中共混后的物料中加入以下质量份数的物质继续共混：0.6-0.8份稳定剂硬脂酸钙、0.15-0.2份稳定剂硫醇锑、10-30份N550炭黑、10-30份碳酸钙、0.5-0.8份防老剂MB、5-10份轻质氧化镁、3-5份加工助剂ACR，在共混过程中温度都保持在165±5℃，将共混好的胶料在室温下停放一天后，在温度75-100℃的条件下加入硫化剂TCY，混匀后再在室温下停放一至两天，然后在温度170±5℃的条件下硫化600±20秒便可得到车胎气密材料。
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