CN104212077A - 一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶 - Google Patents

一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其原料按重量份包括：丁苯橡胶25-28份，丁基橡胶20-23份，三元乙丙橡胶64-68份，黄麻纤维7-10份，尼龙66纤维5-8份，硫磺粉1.2-1.5份，促进剂PZ 1.1-1.5份，促进剂H 1.5-2.4份，改性填充混合物35-38份，硬质陶土25-28份，中超耐磨炭黑6-9份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3-4份，偏苯三酸三辛酯TOTM 7-10份，磷酸三甲苯酯3-4份，磷酸蜜胺2.8-3.5份，七水硫酸锌8-12份，防老剂2642-2.3份，防老剂1010NA 1.1-1.4份。本发明具有优异的拉伸强度、300％拉伸应力、拉断伸长率和耐磨性能，降低生产成本。

Description

一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶
技术领域
本发明涉及改性橡胶技术领域，尤其涉及一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶。
背景技术
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。
煤矸石的主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料。
通过对煤矸石的主要成分进行研究发现，煤矸石可以替代橡胶中的部分填充剂，既达到了废物利用的效果，也简化的生产步骤和生产成本，但煤矸石直接加入橡胶中，橡胶的各项性能难以满足各种生产生活对橡胶的要求。现在通过对煤矸石进行活化处理后再加入橡胶中，对橡胶进行改性。
发明内容
基本背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，对煤矸石进行球磨、焙烧、偶联改性后与其他填充补强剂配合添加入橡胶材料中，对橡胶进行改性，使本发明具有优异的拉伸强度、300％拉伸应力、拉断伸长率和耐磨性能，满足生产、生活中对橡胶性能的要求，还降低生产成本。
本发明提出的一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其原料按重量份包括：丁苯橡胶25-28份，丁基橡胶20-23份，三元乙丙橡胶64-68份，黄麻纤维7-10份，尼龙66纤维5-8份，硫磺粉1.2-1.5份，促进剂PZ 1.1-1.5份，促进剂H1.5-2.4份，改性填充混合物35-38份，硬质陶土25-28份，中超耐磨炭黑6-9份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3-4份，偏苯三酸三辛酯TOTM 7-10份，磷酸三甲苯酯3-4份，磷酸蜜胺2.8-3.5份，七水硫酸锌8-12份，防老剂2642-2.3份，防老剂1010NA 1.1-1.4份；
其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在70-73℃时以825-835rpm的搅拌速率搅拌20-23min，取出置于干燥箱内干燥53-57min，干燥温度为87-90℃，再加入煅烧高岭土以715-725rpm的搅拌速率搅拌16-19min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为1-2:7-9，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.4-1.7：19-22：23-26；
改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至470-500℃后，保温23-26min，然后继续升温至615-625℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温50-54min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
优选地，煤矸石的DBP吸收值为35-36ml/100g。
优选地，硫磺粉、促进剂PZ和促进剂H的重量比为1.3-1.4：1.2-1.4：1.8-2.2。
优选地，其原料按重量份包括：丁苯橡胶26-27份，丁基橡胶21-22份，三元乙丙橡胶65-67份，黄麻纤维8-9份，尼龙66纤维6-7份，硫磺粉1.3-1.4份，促进剂PZ 1.2-1.4份，促进剂H 1.8-2.2份，改性填充混合物36-37份，硬质陶土26-27份，中超耐磨炭黑7-8份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3.3-3.6份，偏苯三酸三辛酯TOTM 8-9份，磷酸三甲苯酯3.5-3.7份，磷酸蜜胺3.2-3.4份，七水硫酸锌9-10份，防老剂2642.1-2.2份，防老剂1010NA 1.2-1.3份。
优选地，改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在71-72℃时以828-832rpm的搅拌速率搅拌21-22min，取出置于干燥箱内干燥54-56min，干燥温度为88-89℃，再加入煅烧高岭土以717-723rpm的搅拌速率搅拌17-18min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为1:4-6，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.5-1.6：20-21：24-25。
优选地，改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至480-485℃后，保温24-25min，然后继续升温至618-620℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温52-53min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
本发明以丁苯橡胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶为主料，使本发明具有优异的耐热、耐压缩变形、化学稳定性、气密性和水密性；硫磺粉、促进剂PZ和促进剂H形成交联系统，促进主料中丁苯橡胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶的橡胶大分子彼此交联形成立体网格结构，增加三种主料之间的交联密度，而加入黄麻纤维、尼龙66纤维与主料进行配合，形成互穿的网格结构，使本发明的拉伸性能、弹性性能和耐压缩变形性能进一步得到提升；磷酸甲苯二苯酯CDPP和偏苯三酸三辛酯TOTM作为增塑剂和脱模剂，使改性填充混合物、硬质陶土和中超耐磨炭黑均匀分散在主料的大分子间隙中，保证了本发明材料性能的一致性；磷酸蜜胺同时具备磷系阻燃剂和氮系阻燃剂的特点，提高了本发明的氧指数，磷酸三甲苯酯、七水硫酸锌与磷酸蜜胺配合使用，不仅进一步提高本发明的阻燃能力，而且还达到抑制烟雾产生的效果，而七水硫酸锌与改性填充混合物、硬质陶土、中超耐磨炭黑作为补强填充剂，提高了本发明的密度，而且增强本发明的强度和耐磨抗撕裂的性能；防老剂264和防老剂1010NA复合加入主料中，能有效抵抗紫外线和高温对橡胶材料的影响，显著提高了本发明的抗氧化耐老化的能力。
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，价格低廉，在通过对其球磨和焙烧后得到纳米焙烧硅铝炭黑，煤矸石中的可挥发份被燃烧，纳米焙烧硅铝炭黑中的主要物质为Al2O3、SiO2和类炭黑物质，当纳米煤矸石粉先以12℃/min升高至470-500℃后，保温23-26min，使温度以较快的速度升高，促进煤矸石中的挥发分挥发，然后继续升温至615-625℃，而升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，随着时间的推移，升温速率越来越缓慢，使纳米煤矸石粉中的物质充分燃烧；经过对比试验发现当煤矸石的DBP吸收值为35-36ml/100g时，本发明的拉伸性能达到最佳。
将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮后再加入纳米焙烧硅铝炭黑，在70-73℃时搅拌使铝锆偶联剂TL-4与纳米焙烧硅铝炭黑充分接触，并通过在87-90℃下干燥53-57min去除水分和丙酮，以对纳米焙烧硅铝炭黑进行表面活化处理，再加入煅烧高岭土球磨后作为改性填充混合物加入主料中提高本发明的拉伸性能，由于改性填充混合物既含有SiO2和Al、Fe、Ca、Mg、Na、K的氧化物，又含有类似炭黑的混合物，使改性填充混合物具有填充、补强、改性的作用，与轻质碳酸钙、高耐磨炭黑配合，提高了本发明的密度，而且增强本发明的强度和耐磨抗撕裂的性能，还与硫磺粉、促进剂DZ、促进剂TMTM配合，作为防焦剂，有效阻燃橡胶分子交联的过程中发生焦烧。经多次性能测试得出，本发明的拉伸强度为18.3-19.4MPa，300％定伸应力为4.2-4.9MPa，拉断伸长率为570-585％。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其原料按重量份包括：丁苯橡胶25份，丁基橡胶23份，三元乙丙橡胶64份，黄麻纤维10份，尼龙66纤维5份，硫磺粉1.5份，促进剂PZ 1.1份，促进剂H 2.4份，改性填充混合物35份，硬质陶土28份，中超耐磨炭黑6份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 4份，偏苯三酸三辛酯TOTM 7份，磷酸三甲苯酯4份，磷酸蜜胺2.8份，七水硫酸锌12份，防老剂2642份，防老剂1010NA 1.4份；
其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在73℃时以825rpm的搅拌速率搅拌23min，取出置于干燥箱内干燥53min，干燥温度为90℃，再加入煅烧高岭土以715rpm的搅拌速率搅拌19min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为1:9，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.4：22：23；
改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将DBP吸收值为35.3ml/100g的煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至470℃后，保温26min，然后继续升温至615℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温54min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
实施例2
本发明提出的一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其原料按重量份包括：丁苯橡胶27份，丁基橡胶21份，三元乙丙橡胶67份，黄麻纤维8份，尼龙66纤维7份，硫磺粉1.3份，促进剂PZ 1.4份，促进剂H 1.8份，改性填充混合物37份，硬质陶土26份，中超耐磨炭黑8份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3.3份，偏苯三酸三辛酯TOTM 9份，磷酸三甲苯酯3.5份，磷酸蜜胺3.4份，七水硫酸锌9份，防老剂2642.2份，防老剂1010NA 1.2份；
其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在72℃时以828rpm的搅拌速率搅拌22min，取出置于干燥箱内干燥54min，干燥温度为89℃，再加入煅烧高岭土以717rpm的搅拌速率搅拌18min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为1:4，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.6：20：25；
改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将DBP吸收值为36ml/100g的煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至500℃后，保温23min，然后继续升温至625℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温50min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
实施例3
本发明提出的一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其原料按重量份包括：丁苯橡胶26份，丁基橡胶22份，三元乙丙橡胶65份，黄麻纤维9份，尼龙66纤维6份，硫磺粉1.4份，促进剂PZ 1.2份，促进剂H 2.2份，改性填充混合物36份，硬质陶土27份，中超耐磨炭黑7份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3.6份，偏苯三酸三辛酯TOTM 8份，磷酸三甲苯酯3.7份，磷酸蜜胺3.2份，七水硫酸锌10份，防老剂2642.1份，防老剂1010NA 1.3份；
其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在70℃时以835rpm的搅拌速率搅拌20min，取出置于干燥箱内干燥57min，干燥温度为87℃，再加入煅烧高岭土以725rpm的搅拌速率搅拌16min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为2:7，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.7：19：26；
改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将DBP吸收值为35ml/100g的煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至480℃后，保温25min，然后继续升温至618℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温53min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
实施例4
本发明提出的一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其原料按重量份包括：丁苯橡胶28份，丁基橡胶20份，三元乙丙橡胶68份，黄麻纤维7份，尼龙66纤维8份，硫磺粉1.2份，促进剂PZ1.5份，促进剂H 1.5份，改性填充混合物38份，硬质陶土25份，中超耐磨炭黑9份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3份，偏苯三酸三辛酯TOTM 10份，磷酸三甲苯酯3份，磷酸蜜胺3.5份，七水硫酸锌8份，防老剂2642.3份，防老剂1010NA 1.1份；
其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在71℃时以832rpm的搅拌速率搅拌21min，取出置于干燥箱内干燥56min，干燥温度为88℃，再加入煅烧高岭土以723rpm的搅拌速率搅拌17min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为1:6，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.5：21：24；
改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将DBP吸收值为35.8ml/100g的煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至485℃后，保温24min，然后继续升温至620℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温52min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其特征在于，其原料按重量份包括：丁苯橡胶25-28份，丁基橡胶20-23份，三元乙丙橡胶64-68份，黄麻纤维7-10份，尼龙66纤维5-8份，硫磺粉1.2-1.5份，促进剂PZ 1.1-1.5份，促进剂H 1.5-2.4份，改性填充混合物35-38份，硬质陶土25-28份，中超耐磨炭黑6-9份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3-4份，偏苯三酸三辛酯TOTM 7-10份，磷酸三甲苯酯3-4份，磷酸蜜胺2.8-3.5份，七水硫酸锌8-12份，防老剂2642-2.3份，防老剂1010NA 1.1-1.4份；
其中改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在70-73℃时以825-835rpm的搅拌速率搅拌20-23min，取出置于干燥箱内干燥53-57min，干燥温度为87-90℃，再加入煅烧高岭土以715-725rpm的搅拌速率搅拌16-19min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为1-2:7-9，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.4-1.7：19-22：23-26；
改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至470-500℃后，保温23-26min，然后继续升温至615-625℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温50-54min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
2.根据权利要求1所述高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其特征在于，煤矸石的DBP吸收值为35-36ml/100g。
3.根据权利要求2所述高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其特征在于，硫磺粉、促进剂PZ和促进剂H的重量比为1.3-1.4：1.2-1.4：1.8-2.2。
4.根据权利要求3所述高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其特征在于，其原料按重量份包括：丁苯橡胶26-27份，丁基橡胶21-22份，三元乙丙橡胶65-67份，黄麻纤维8-9份，尼龙66纤维6-7份，硫磺粉1.3-1.4份，促进剂PZ 1.2-1.4份，促进剂H 1.8-2.2份，改性填充混合物36-37份，硬质陶土26-27份，中超耐磨炭黑7-8份，磷酸甲苯二苯酯CDPP 3.3-3.6份，偏苯三酸三辛酯TOTM 8-9份，磷酸三甲苯酯3.5-3.7份，磷酸蜜胺3.2-3.4份，七水硫酸锌9-10份，防老剂2642.1-2.2份，防老剂1010NA 1.2-1.3份。
5.根据权利要求4所述高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其特征在于，改性填充混合物的制备过程中，将铝锆偶联剂TL-4溶于丙酮中并搅拌均匀，加入纳米焙烧硅铝炭黑在71-72℃时以828-832rpm的搅拌速率搅拌21-22min，取出置于干燥箱内干燥54-56min，干燥温度为88-89℃，再加入煅烧高岭土以717-723rpm的搅拌速率搅拌17-18min后，取出置于球磨机中球磨得到改性填充混合物，铝锆偶联剂TL-4与丙酮的体积比为1:4-6，铝锆偶联剂TL-4、纳米焙烧硅铝炭黑和煅烧高岭土的重量比为1.5-1.6：20-21：24-25。
6.根据权利要求5所述高拉伸强度高耐磨改性橡胶，其特征在于，改性填充混合物中的纳米焙烧硅铝炭黑制备方法为将煤矸石破碎后，再置于球磨机中球磨得到纳米煤矸石粉，纳米煤矸石粉的粒径为50-70nm；将纳米煤矸石粉以12℃/min升高至480-485℃后，保温24-25min，然后继续升温至618-620℃，升温过程符合T＝500+ln(t+1)，T为温度，单位为℃，t为时间，单位为min，接着保温52-53min，空冷至室温得到纳米焙烧硅铝炭黑。
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