CN103265733A - 一种超细煅烧高岭土填充橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细煅烧高岭土填充橡胶材料及其制备方法，其主要成分为：橡胶80～120份；补强剂10～15份；活性剂3～8份；硫化剂3～8份；防老剂1～3份；润滑剂0.1～1份；促进剂0.1～1份；炭黑15～40份；高岭土5～35份。其制备方法是先将橡胶塑炼，然后与高岭土和炭黑、补强剂、活性剂、促进剂、润滑剂、防老剂和硫化剂混炼；然后静置熟化、胶料反炼，最后硫化压延制得填充橡胶材料。在没有明显降低橡胶耐磨性能的情况下，提高了橡胶的断裂伸长率和拉伸强度；热老化测试，高岭土/炭黑混合填充橡胶比炭黑填充橡胶的断裂伸长率和拉伸强度都有所提升。同时，高岭土填充橡胶明显降低橡胶制品的成本，提高了经济效益。

Description

一种超细煅烧高岭土填充橡胶材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种填充剂，特别是一种适用于橡胶行业的超细煅烧高岭土填充橡胶材料及其制备方法。 

背景技术

橡胶工业在国民生活中占有举足轻重的作用。填料可以提高橡胶的拉伸强度，改善橡胶的加工性能，并降低产品成本。开发高效率、低成本的填料是橡胶行业的最重视的课题。 

目前我国在橡胶工业中应用的填料主要以炭黑和白炭黑为主，其用量占据生胶用量的30%。但是，目前用于橡胶工业的填料存在以下不足： 

（1）加工成本高。目前使用纳米级炭黑填料，制备需要大量的能源消耗，成本也就随之大幅度提高。 

（2）对石油产业依赖严重。炭黑制备依赖于石油行业，而我国石油依赖于进口，这对未来填料产业的发展有严重制约。 

（3）橡胶制品生产周期长。传统填料的加入，使得橡胶的混炼时间加长，影响了生产效益。 

为了克服传统填料存在的不足，寻找一种高性能成本低填料势在必行。 

高岭土在国民经济和日常生活中有着广泛的应用，在造纸工业中可以用作填料或涂料，从而改善纸张的性能；在橡胶、塑料等有机产品中可以用作填料，增加制成品的强度、耐磨性等。 

高岭土作为填料和补强剂，可提高橡胶制品质量。在橡胶中掺入粉状高岭土后，能改善橡胶制品的物理化学性能，可提高橡胶制品的力学强度、耐酸碱腐蚀性、热稳定性以及改善胶料的加工性能(如包辊性、吃粉速度、压延压出等)。与此同时，可明显降低橡胶制品的成本，提高经济效益。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种超细煅烧高岭土填充在橡胶材料及其制备方 法，在没有明显降低橡胶耐磨性能的情况下，提高了橡胶的断裂伸长率和拉伸强度。同时，高岭土填充橡胶可明显降低橡胶制品的成本，提高了经济效益。 

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的： 

一种超细煅烧高岭土填充橡胶材料，包括下述重量份的原料： 

进一步地，所述橡胶是天然橡胶、丁苯橡胶或顺丁橡胶中的一种或多种。 

进一步地，所述补强剂为白炭黑、粉煤灰或钛白粉中的一种或多种。 

进一步地，所述活性剂是氧化锌、氧化镁或氧化铅中的一种或多种。 

进一步地，所述硫化剂是升华硫、一氯化硫或硒中的一种或多种。 

进一步地，所述防老剂是防老剂RD、防老剂D或防老剂MB中的一种或多种。 

进一步地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂醇或用脂肪酸酰胺中的一种或多种。 

进一步地，所述促进剂是促进剂D、促进剂M或促进剂PZ中的一种或多种。 

进一步地，所述高岭土采用超细煅烧高岭土，其白度≧93.5%、分散性≤50、氧化锰含量＜0.004％、325目筛余物≤0.0035%、D50=1μm。 

相应地，本发明还给出了一种超细煅烧高岭土填充橡胶材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤1，塑炼： 

首先将重量份数为80～120份天然橡胶进行塑炼3～10min； 

步骤2，混炼： 

向塑炼胶中加入重量份数为5～35份高岭土和15～40份（炭黑混合料）进行混炼40min～90min；然后向其加入10～15份补强剂，继续混炼20～40min；再依次加入3～8份活性剂，0.1～1份促进剂，0.1～1份润滑剂，1～3份防老剂和3～8份硫化剂，混炼20～40min： 

步骤3，静置熟化： 

将混炼好的胶料静置2～5h进行熟化； 

步骤4，胶料反炼： 

将静置熟化的胶料反炼10min～20min，消除气泡； 

步骤5，硫化： 

硫化条件：硫化温度为150℃～160℃，压力为5～10MPa，硫化时间为5～15min，硫化完成后保压1～3h后即得超细煅烧高岭土填充剂。 

在步骤5中硫化放胶料之前，模具先涂一层脱模剂，模具上下各放一层聚四氟乙烯布，硫化加压过程中，反复加压、泄压2～4次，充分消除胶料中气泡。 

本发明使用超细煅烧高岭土部分代替橡胶中炭黑，超细煅烧高岭土在橡胶中的补强作用机理：超细煅烧高岭土填料经混炼加入到橡胶中后，填料粒子表面与橡胶大分子接触产生物理吸附作用；而填料的活性表面与橡胶分子链又结合成牢固的化学键，生成“结合橡胶”，既有物理作用，也有化学作用。当橡胶受外力拉伸作用时，先是较弱的物理吸附层被拉开．受外力作用的分子链就可通过非均质的结构把外力分散到其它分子上，这种均匀分布到各条分子链上的结果，就提高了橡胶被破坏时的强度。即使其中某条分子链发生断裂，其它分子链也可起到加固作用，因而整体强度得到了改善。这就是超细煅烧高岭土填料对橡胶的补强作用机理。 

本发明与现有技术相比具有的优点：超细煅烧高岭土部分代替橡胶中炭黑，在没有明显降低橡胶耐磨性能的情况下，提高了橡胶的断裂伸长率和拉伸强度；热老化测试，高岭土/炭黑混合填充橡胶比炭黑填充橡胶的断裂伸长率和拉伸强 度都有所提升。同时，高岭土填充橡胶明显降低橡胶制品的成本，提高了经济效益。 

附图说明

图1是本发明工艺流程示意图。 

图2是本发明高岭土/炭黑不同配比对橡胶磨耗指数影响曲线图。 

图3是本发明高岭土/炭黑不同配比对橡胶断裂伸长率影响曲线图。 

图4是本发明高岭土/炭黑不同配比对橡胶拉伸强度的影响曲线图。 

图5是本发明在热老化条件下（70℃，24h），高岭土/炭黑不同配比对橡胶断裂伸长率的影响曲线图。 

图6是本发明在热老化条件下（70℃，24h），高岭土/炭黑不同配比对橡胶拉伸强度的影响曲线图。 

具体实施方式

下面给出本发明的超细煅烧高岭土填充橡胶材料的制备方法，但不限于下述实施方式。 

如图1所示，本发明超细煅烧高岭土填充橡胶材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤1，塑炼： 

首先将80～120份天然橡胶进行塑炼3～10min； 

步骤2，混炼： 

向塑炼胶中加入5～35份高岭土和15～40份炭黑进行混炼40min～90min；然后向其加入10～15份补强剂，继续混炼20～40min；再依次加入3～8份活性剂，0.1～1份促进剂D，0.1～1份润滑剂，1～3份防老剂RD和3～8份硫化剂，混炼20～40min： 

步骤3，静置熟化： 

将混炼好的胶料静置2～5h进行熟化； 

步骤4，胶料反炼： 

将静置熟化的胶料反炼10min～20min，消除气泡； 

步骤5，硫化： 

硫化条件：硫化温度为150℃～160℃，压力为5～10MPa，硫化时间为5～15min，硫化完成后保压1～3h后即得超细煅烧高岭土填充剂。 

步骤5中硫化放胶料之前，模具先涂一层脱模剂，模具上下各放一层聚四氟乙烯布，硫化加压过程中，反复加压、泄压2～4次，充分消除胶料中气泡。 

上述橡胶是天然橡胶、丁苯橡胶或顺丁橡胶中的一种或多种。 

上述补强剂为白炭黑、粉煤灰或钛白粉中的一种或多种。 

上述活性剂是氧化锌、氧化镁或氧化铅中的一种或多种。 

上述硫化剂是升华硫、一氯化硫或硒中的一种或多种。 

上述防老剂是防老剂RD、防老剂D或防老剂MB中的一种或多种。 

上述润滑剂为硬脂酸、硬脂醇或用脂肪酸酰胺中的一种或多种。 

上述促进剂是促进剂D、促进剂M或促进剂PZ中的一种或多种。 

上述高岭土采用超细煅烧高岭土，其白度≧93.5%、分散性≤50、氧化锰含量＜0.004％、325目筛余物≤0.0035%、D50=1μm。 

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。 

若如无特殊说明，本发明所用材料均为重量份数。 

表1给出了本发明高岭土/炭黑的配比。 

从表1和图2中可以看出，本发明采取如表1配比，在没有明显降低橡胶耐磨性能的情况下，提高了橡胶的断裂伸长率和拉伸强度；热老化测试，高岭土/炭黑混合填充橡胶比炭黑填充橡胶的断裂伸长率和拉伸强度都有所提升。 

实施例1 

步骤1：取100份天然橡胶进行塑炼，塑炼时间为5min。 

步骤2：向塑炼胶中加入25份高岭土和20份炭黑进行混炼，时间60min；然后向胶料中加入12份白炭黑，需30min；依次加入5份活性剂氧化锌，0.5份促进剂D，0.5份硬脂酸，1.5防老剂RD，最后加入3份升华硫，需30min：加完全部填料后将胶料混炼30min，目的是消除胶料中的气泡，将胶料混合均匀。 

步骤3：将混炼好的胶料静置熟化3h。 

步骤4：将熟化的胶料反炼15min，消除气泡。 

步骤5：硫化放胶料之前，模具先涂一层脱模剂，模具上下各放一层聚四氟乙烯布，硫化加压过程中，反复加压、泄压2～4次，充分消除胶料中气泡。硫化条件：硫化温度为150℃，压力为7MPa，硫化时间为10min。硫化时间完成后保压2h。 

实施例2 

步骤1：按照1:1的比例取120份天然橡胶和丁苯橡胶进行塑炼，塑炼时间为10min。 

步骤2：向塑炼胶中加入5份高岭土和40份炭黑进行混炼，时间90min；然后向胶料中加入10份钛白粉，需40min；依次加入8份活性剂氧化锌和氧化铅按照任意比例的混合物，0.1份促进剂M，0.1份硬脂醇，3防老剂D，最后加入8份一氯化硫和升华硫按照任意比例的混合物，需40min：加完全部填料后将胶料混炼40min，目的是消除胶料中的气泡，将胶料混合均匀。 

步骤3：将混炼好的胶料静置熟化5h。 

步骤4：将熟化的胶料反炼10min，消除气泡。 

步骤5：硫化放胶料之前，模具先涂一层脱模剂，模具上下各放一层聚四氟乙烯布，硫化加压过程中，反复加压、泄压2～4次，充分消除胶料中气泡。硫 化条件：硫化温度为160℃，压力为7MPa，硫化时间为5min。硫化时间完成后保压3h。 

实施例3 

步骤1：取80份顺丁橡胶橡胶进行塑炼，塑炼时间为3min。 

步骤2：向塑炼胶中加入35份高岭土和15份炭黑进行混炼，时间40min；然后向胶料中加入15份粉煤灰，需20min；依次加入3份活性剂氧化镁，1份促进剂PZ，1份脂肪酸酰胺，1防老剂RD，最后加入5份硒，需20min：加完全部填料后将胶料混炼20min，目的是消除胶料中的气泡，将胶料混合均匀。 

步骤3：将混炼好的胶料静置熟化2h。 

步骤4：将熟化的胶料反炼20min，消除气泡。 

步骤5：硫化放胶料之前，模具先涂一层脱模剂，模具上下各放一层聚四氟乙烯布，硫化加压过程中，反复加压、泄压2～4次，充分消除胶料中气泡。硫化条件：硫化温度为155℃，压力为10MPa，硫化时间为15min。硫化时间完成后保压1h。 

如图3、图4所示，本发明方法中所得的橡胶材料的断裂伸长率为362.52%，拉伸强度为4.45MPa；如图5和图6所示，热老化测试后，断裂伸长率为325.35%，拉伸强度为7.33MPa；磨耗指数为0.0983%，所得橡胶材料综合效益最高。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。 

Claims (10)

1.一种超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，包括下述重量份的原料：

2.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述橡胶是天然橡胶、丁苯橡胶或顺丁橡胶中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述补强剂为白炭黑、粉煤灰或钛白粉中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述活性剂是氧化锌、氧化镁或氧化铅中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述硫化剂是升华硫、一氯化硫或硒中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述防老剂是防老剂RD、防老剂D或防老剂MB中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂醇或用脂肪酸酰胺中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述促进剂是促进剂D、促进剂M或促进剂PZ中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料，其特征在于，所述高岭土采用超细煅烧高岭土，其白度≧93.5%、分散性≤50、氧化锰含量＜0.004％、325目筛余物≤0.0035%、D50=1μm。

10.一种基于权利要求1所述的超细煅烧高岭土填充橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，塑炼：

首先将重量份数为80～120份天然橡胶进行塑炼3～10min；

步骤2，混炼：

向塑炼胶中加入重量份数为5～35份高岭土和15～40份炭黑进行混炼40min～90min；然后向其加入10～15份补强剂，继续混炼20～40min；再依次加入3～8份活性剂，0.1～1份促进剂，0.1～1份润滑剂，1～3份防老剂和3～8份硫化剂，混炼20～40min：

步骤3，静置熟化：

将混炼好的胶料静置2～5h进行熟化；

步骤4，胶料反炼：

将静置熟化的胶料反炼10min～20min，消除气泡；

步骤5，硫化：

硫化条件：硫化温度为150℃～160℃，压力为5～10MPa，硫化时间为5～15min，硫化完成后保压1～3h后即得超细煅烧高岭土填充剂；

步骤5中硫化放胶料之前，模具先涂一层脱模剂，模具上下各放一层聚四氟乙烯布，硫化加压过程中，反复加压、泄压2～4次，充分消除胶料中气泡。

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