CN104151648A - 一种传动带用的橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传动带用的橡胶材料及其制备方法。该橡胶材料其原料包含橡胶生胶、占橡胶生胶质量0.5～4％的碳化物浆液，以及加工助剂；其中，所述橡胶生胶包含质量比为(3～5):1的丁苯橡胶和顺丁橡胶，所述碳化物浆液包含碳化物粉体、占碳化物粉体质量0.4～8％的偶联剂和10～20倍偶联剂质量的醇溶剂。本发明的橡胶材料通过优化丁苯橡胶和顺丁橡胶的配比得到的橡胶生胶，于橡胶生胶中加入由偶联剂、碳化物粉体、醇溶剂所组成的碳化物浆液，偶联剂对碳化物粉体进行改性，增强了碳化物于橡胶生胶分子的相容性；醇溶剂的加入，提高了偶联剂对碳化物粉体进行改性效果，由此保证了橡胶材料具有较好的耐磨性，从而提高了使用寿命。

Description

一种传动带用的橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶加工技术领域，尤其涉及一种传动带用的橡胶材料及其制备方法。
背景技术
传动带又称之为动力带，是将原动机的电机或发动机旋转产生的动力传导到机械设备上的连接带。其按照材质分主要分为金属传动带和橡胶传送带。橡胶传送带依靠与电机或马达的驱动轮之间的摩擦力将电机或马达产生的动力输出至机械设备，这种摩擦力难以避免地会导致橡胶传送带的磨损。制造传动带的橡胶材料之耐摩性的大小直接决定着传动带的使用寿命。现有技术中通过改进对橡胶加工助剂种类的选择或含量的选择来达到提高橡胶材料的耐磨性。然而，这种对橡胶材料的耐磨性的提高十分有限。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面提供一种传动带用的橡胶材料，该橡胶材料具有较好的耐磨性。
一种传动带用的橡胶材料，其原料包含橡胶生胶、占橡胶生胶质量0.5～4％的碳化物浆液，以及加工助剂；其中，所述橡胶生胶包含质量比为(3～5):1的丁苯橡胶和顺丁橡胶，所述碳化物浆液包含碳化物粉体、占碳化物粉体质量0.4～8％的偶联剂和10～20倍偶联剂质量的醇溶剂。
以上橡胶材料的方案中，碳化物粉体具有较高的硬度，其可赋予橡胶以较好的耐磨性。但碳化物粉体本身与橡胶分子具有较差的相容性，通过偶联剂进行改性后可提高碳化物的表面性质，保证碳化物粉体能充分分散于橡胶相中。碳化物粉体优选碳化硅、碳化钨、碳化硼和碳化锆中的一种或至少两种。碳化物粉体的平均粒径为0.05～0.2μm。此粒径范围保证了碳化物粉体的超细粒径，一方面，可促进碳化物粉体于橡胶相中的分散；另一方面，利于其耐磨性的充分发挥。一般说来，碳化物粉体的粒径越小，其对橡胶耐磨性的改性作用就会越加明显。但过小的粒径会使得粉体表面能过大而容易造成离子的团聚，导致粉体的粒径增大。
偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、光性能。本发明中偶联剂可为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和铝钛酸酯偶联剂中的一种或至少两种，优选为铝锆偶联剂。鉴于硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和铝锆偶联剂的化学物理性质及来源为本领域所熟知，在此不再赘述。
醇溶剂为C1～4醇化合物，这种醇溶剂的典型的代表有异丙醇、异丁醇等。采用醇溶剂对偶联剂溶解，其对碳化物改性作用的增强主要体现如下两方面：一方面，提供羟基实现对偶联剂分子表面进行羟基修饰包覆；另一方面，偶联剂充分分散形成分子聚集状态。
碳化物浆液的配制大致过程为：先将偶联剂溶解于醇溶剂后，加入碳化物粉体，通过超声波或高速搅拌使得碳化物粉体在充分分散的同时得到改性。
加工助剂为橡胶制备中所添加的用于改善其加工性质的助剂。本发明中以橡胶生胶质量为基准，加工助剂包含3～6％氧化锌、20～40％炭黑、2～6％软化剂、0.5～1.5％粘结剂、0.8～2％硫磺、0.1～0.4％促进剂。
炭黑是橡胶补强剂之一，可以增加橡胶的耐磨性(比如轮胎用的橡胶)。橡胶的补强是指能使橡胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性等获得明显提高的作用。对于非自补强的合成橡胶，如果没有加入补强剂，便没有使用价值。加入炭黑等补强剂，可以使这些橡胶的强度提高数倍至十倍。本发明中，碳黑可以选自碳黑N990、碳黑N110、碳黑N220、碳黑N330、碳黑N339、碳黑N351、碳黑N375、碳黑N550、碳黑N660和碳黑N770中的一种或任意组合，优选为碳黑N990。
粘合剂用于在加工过程中增强橡胶基体与加工助剂及填料之间的粘合性。粘合剂可以为CH220；软化剂为环烷油，增加胶料的塑性，降低胶料粘度和混炼时的温度，改善分散性与混合性，提高硫化胶的拉伸强度、伸长率和耐磨性。促进剂为促进剂M。
氧化锌为间接法氧化锌。间接法氧化锌，是以锌锭为原料，锌在石墨坩埚内于1000℃的高温下转换为锌蒸汽，随后被鼓入的空气氧化生成氧化锌，并在冷却管后收集得氧化锌颗粒。不同的锌锭原料，生产出的氧化锌纯度也不一样，此工艺主要生产99.5％～99.7％的氧化锌。本发明选用的间接法氧化锌，可以是执行标准GB/T3185-92的间接法氧化锌，优选氧化锌含量达到99.8％以上的间接法氧化锌作为本发明的原料。
当然，上述加工助剂还可包含本领域常用的防老剂等。
可以理解的是，本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述排水管不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
本发明另一方面提供一种制备传动带用的橡胶材料的方法，使用该方法制备的橡胶材料具有较好的耐磨性。
一种制备上述橡胶材料的方法，包括以下步骤：
(1)将由碳化物粉体和占碳化物粉体质量0.4～8％的偶联剂分散于醇溶剂，得到醇溶液；
(2)向由质量比为(3～5):1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶加入占橡胶生胶质量0.5～4％的醇溶液、加工助剂后混炼，得到母胶；
(3)将所述母胶成型，而后置入硫化设备中进行硫化处理，得到橡胶材料。
以上制备方法的技术方案中，混炼的温度及其他工艺参数可选用本领域常用的工艺参数，在此不详述。硫化处理在加压的条件下进行，所述压力为180～200Kgf/cm2，例如181Kgf/cm2、182Kgf/cm2、183Kgf/cm2、184Kgf/cm2、185Kgf/cm2、186Kgf/cm2、187Kgf/cm2、188Kgf/cm2、189Kgf/cm2、190Kgf/cm2、191Kgf/cm2、192Kgf/cm2、193Kgf/cm2、194Kgf/cm2、195Kgf/cm2、196Kgf/cm2、197Kgf/cm2、198Kgf/cm2或199Kgf/cm2，优选为185～195Kgf/cm2，进一步优选190Kgf/cm2；硫化处理的温度为170℃～180℃，例如171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃，优选172℃～178℃，更优选175℃；硫化处理的时间为330～390秒，例如335秒、340秒、345秒、350秒、355秒、360秒、365秒、365秒、370秒、375秒或380秒，优选340～380秒，更优选360秒。
其中，步骤(2)之后按照由先至后的顺序还包括将所述硫化处理后得到的排水管进行修边、检验、包装和入库。修边、检验、包装和入库的具体操作已为本领域的技术人员所知晓，在此不再赘述。
本发明的橡胶材料通过优化丁苯橡胶和顺丁橡胶的配比得到的橡胶生胶，于橡胶生胶中加入由偶联剂、碳化物粉体、醇溶剂所组成的碳化物浆液，偶联剂对碳化物粉体进行改性，增强了碳化物于橡胶生胶分子的相容性；醇溶剂的加入，提高了偶联剂对碳化物粉体进行改性效果，由此保证了橡胶材料具有较好的耐磨性，从而提高了使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
首先，将占碳化物粉体质量0.4％的TL铝锆偶联剂(深圳市优越昌浩科技有限公司生产)充分溶解于10倍TL铝锆偶联剂质量的异丙醇，加入D50为0.2μm的碳化钨粉体在2000～3000rpm高速搅拌或超声波分散，得到化物浆液。
接着，将由质量比为3:1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶置入密炼机中，加入占橡胶生胶质量0.5％的碳化物浆液，以及橡胶生胶质量为基准3％间接法氧化锌、20％碳黑N990、2％环烷油、0.5％CH220、0.8％硫磺、0.1％促进剂M，一并进行混炼，得到母胶。
然后，将母胶成型，而后置入硫化模具中在180Kgf/cm2压力下、180℃下硫化330秒，得到橡胶材料。
最后，将所述橡胶材料进行修边、检验、包装和入库，得到传动带。
实施例2
首先，将占碳化物粉体质量8％的KT-202钛酸酯偶联剂(深圳市优越昌浩科技有限公司生产)充分溶解于20倍KT-202钛酸酯偶联剂质量的异丁醇，加入D50为0.05μm的碳化硅粉体在2000～3000rpm高速搅拌或超声波分散，得到化物浆液。
接着，将由质量比为5:1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶置入密炼机中，加入占橡胶生胶质量4％的碳化物浆液，以及橡胶生胶质量为基准6％间接法氧化锌、40％碳黑N990、6％环烷油、1.5％粘结剂CH220、2％硫磺、0.4％促进剂M，一并进行混炼，得到母胶。
然后，将母胶成型，而后置入硫化模具中在200Kgf/cm2压力下、170℃下硫化390秒，得到橡胶材料。
最后，将所述橡胶材料进行修边、检验、包装和入库，得到传动带。
实施例3
首先，将占碳化物粉体质量4.2％的LS-61铝酸酯偶联剂(天长市绿色化工助剂厂生产)充分溶解于15倍LS-61铝酸酯偶联剂质量的叔丁醇，加入D50为0.12μm的碳化硼粉体在2000～3000rpm高速搅拌或超声波分散，得到化物浆液。
接着，将由质量比为4:1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶置入密炼机中，加入占橡胶生胶质量2.0％的碳化物浆液，以及橡胶生胶质量为基准4％间接法氧化锌、30％碳黑N990、4％环烷油、1％粘结剂CH220、1.4％硫磺、0.25％促进剂M，一并进行混炼，得到母胶。
然后，将母胶成型，而后置入硫化模具中在190Kgf/cm2压力下、175℃下硫化360秒，得到橡胶材料。
最后，将所述橡胶材料进行修边、检验、包装和入库，得到传动带。
实施例4
首先，将占碳化物粉体质量3.5％的KH570硅烷偶联剂(深圳市优越昌浩科技有限公司生产)充分溶解于12倍KH570硅烷偶联剂质量的乙醇，加入D50为0.15μm的碳化锆粉体在2000～3000rpm高速搅拌或超声波分散，得到化物浆液。
接着，将由质量比为3.5:1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶置入密炼机中，加入占橡胶生胶质量1.8％的碳化物浆液，以及橡胶生胶质量为基准3.5％间接法氧化锌、25％碳黑N990、3.5％环烷油、0.8％粘结剂CH220、1.2％硫磺、0.20％促进剂M，一并进行混炼，得到母胶。
然后，将母胶成型，而后置入硫化模具中在185Kgf/cm2压力下、175℃下硫化360秒，得到橡胶材料。
最后，将所述橡胶材料进行修边、检验、包装和入库，得到传动带。
实施例5
首先，将占碳化物粉体质量5％的TL铝锆偶联剂(深圳市优越昌浩科技有限公司生产)充分溶解于18倍TL铝锆偶联剂质量的异丙醇，加入D50为0.15μm的碳化钨粉体在2000～3000rpm高速搅拌或超声波分散，得到化物浆液。
接着，将由质量比为4.5:1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶置入密炼机中，加入占橡胶生胶质量3％的碳化物浆液，以及橡胶生胶质量为基准5.2％间接法氧化锌、34％碳黑N990、5％环烷油、1.2％粘结剂CH220、1.6％硫磺、0.3％促进剂M，一并进行混炼，得到母胶。
然后，将母胶成型，而后置入硫化模具中在190Kgf/cm2压力下、175℃下硫化360秒，得到橡胶材料。
最后，将所述橡胶材料进行修边、检验、包装和入库，得到传动带。
实施例6
首先，将占碳化物粉体质量0.42％的TL铝锆偶联剂(深圳市优越昌浩科技有限公司生产)充分溶解于15倍TL铝锆偶联剂质量的异丙醇，加入D50为0.1μm的碳化钨粉体在2000～3000rpm高速搅拌或超声波分散，得到化物浆液。
接着，将由质量比为4:1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶置入密炼机中，加入占橡胶生胶质量2.2％的碳化物浆液，以及橡胶生胶质量为基准4.5％间接法氧化锌、30％碳黑N990、4％环烷油、1％粘结剂CH220、1.4％硫磺、0.25％促进剂M，一并进行混炼，得到母胶。
然后，将母胶成型，而后置入硫化模具中在190Kgf/cm2压力下、175℃下硫化360～390秒，得到橡胶材料。
最后，将所述橡胶材料进行修边、检验、包装和入库，得到传动带。
对比例
除了不添加碳化物浆液，其他均同于实施例6。
将实施例1～6及对比例得到的橡胶材料作如下表项目中的测试(测试方法为本领域常用的方法)测试结果如下表：
表1
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种传动带用的橡胶材料，其特征在于，其原料包含橡胶生胶、占橡胶生胶质量0.5～4％的碳化物浆液，以及加工助剂；其中，所述橡胶生胶包含质量比为(3～5):1的丁苯橡胶和顺丁橡胶，所述碳化物浆液包含碳化物粉体、占碳化物粉体质量0.4～8％的偶联剂和10～20倍偶联剂质量的醇溶剂。
2.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述碳化物粉体为碳化硅、碳化钨、碳化硼和碳化锆中的一种或至少两种。
3.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，碳化物粉体的平均粒径为0.05～0.2μm。
4.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和铝锆偶联剂中的一种或至少两种。
5.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述醇溶剂为C1～4醇化合物。
6.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，以橡胶生胶质量为基准，所述加工助剂包含3～6％氧化锌、20～40％炭黑、2～6％软化剂、0.5～1.5％粘结剂、0.8～2％硫磺、0.1～0.4％促进剂。
7.据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述炭黑为选自炭黑N990，所述粘合剂为CH220，所述软化剂为环烷油，所述氧化锌为间接法氧化锌，所述促进剂为促进剂M。
8.一种制备权利要求1～7任意一项所述橡胶材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将由碳化物粉体、占碳化物粉体质量0.4～8％的偶联剂分散于10～20倍偶联剂质量的醇溶剂中，得到碳化物浆液；
(2)向由质量比为(3～5):1的丁苯橡胶和顺丁橡胶的橡胶生胶加入占橡胶生胶质量0.5～4％的碳化物浆液、加工助剂后混炼，得到母胶；
(3)将所述母胶成型，而后置入硫化设备中进行硫化处理，得到橡胶材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述硫化处理的压力为180～200Kgf/cm2。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述硫化处理的温度为170℃～180℃，硫化处理的时间为330～390秒。
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