CN104311924A - 一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其原料按重量份包括:丁苯橡胶45-50份,顺丁橡胶10-15份,天然橡胶10-15份,异戊橡胶20-25份,纳米纤维素晶须10-15份,重晶石粉10-15份,炭黑N234 30-35份,方解石粉20-30份,硅藻土9-11份,硅酸铝5-7份,硫磺粉0.8-1.2份,促进剂AA 2.8-3.1份,促进剂MZ 2-2.3份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1-1.3份,增塑剂DCHP 1.1-1.4份,环氧硬脂酸辛酯3-7份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.5-1.5份,防老剂MB 1.5-3份,防老剂RD 1-3份。
Description
技术领域
本发明涉及丁苯橡胶材料技术领域,尤其涉及一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
背景技术
橡胶是一种有弹性的聚合物,分为合成橡胶和天然橡胶,天然橡胶主要来源于三叶橡胶树的胶乳,经凝聚、洗涤、成型、干燥得到天然橡胶,合成橡胶则是由人工合成方法制得,目前合成橡胶的产量已远远超过了天然橡胶的产量,特别是丁苯橡胶,是最大的通用合成橡胶品种;丁苯橡胶由1,3-丁二烯和苯乙烯构成,其弹性较好、综合性能良好,价格低,在多数场合可代替天然橡胶使用,由于其主要用于轮胎工业,汽车部件、胶管、胶带、胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品,但是其强度和耐撕裂性能不理想,应用时一般经过改性加工,以弥补丁苯橡胶在工业生产应用中的不足。
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强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,强度高、抗撕裂能力好,能够弥补丁苯橡胶在工业生产应用中的不足。
本发明提出的一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其原料按重量份包括:丁苯橡胶45-50份,顺丁橡胶10-15份,天然橡胶10-15份,异戊橡胶20-25份,改性二氧化钛30-33份,纳米纤维素晶须10-15份,重晶石粉10-15份,炭黑N23420-25份,方解石粉10-15份,硅藻土9-11份,硅酸铝5-7份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1-1.3份,硫磺粉0.8-1.2份,促进剂AA 2.8-3.1份,促进剂MZ 2-2.3份,增塑剂DCHP 1.1-1.4份,环氧硬脂酸辛酯3-7份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.5-1.5份,防老剂MB 1.5-3份,防老剂RD 1-3份;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将6-10份纳米二氧化钛添加到22-26份十二烷基苯磺酸钠和11-15份月桂酸的混合液中,超声分散20-24min得到溶液A,超声分散的功率为550-650W、超声分散的频率为22-25kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射5-8min,第一次辐射的功率为650-700W,第二次辐射2-4min,第二次辐射的功率为60-80W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过45-60nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤20-23min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为63-66MPa;
制备过程中,预热密炼机到74-78℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以220-240rpm的搅拌速度密练25-28min得到橡胶主料,过程中打三角包5-8次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以110-120rpm的搅拌速度密练22-25min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以105-110rpm的搅拌速度混炼22-25min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以80-83rpm的搅拌速度混炼12-16min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以100-105rpm的搅拌速度密炼12-15min,将温度升至152-155℃再混炼12-15min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
优选地,丁苯橡胶中苯乙烯的含量为24.5-26wt%。
优选地,丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶、异戊橡胶的重量比为46-47:12-13:13-14:22-24。
优选地,其原料按重量份包括:丁苯橡胶46-47份,顺丁橡胶12-13份,天然橡胶13-14份,异戊橡胶22-24份,改性二氧化钛31-32份,纳米纤维素晶须12-13份,重晶石粉12-14份,炭黑N23421-22份,方解石粉12-13份,硅藻土9.5-10份,硅酸铝5.5-6份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1.1-1.2份,硫磺粉0.9-1.1份,促进剂AA 2.9-3份,促进剂MZ 2.1-2.2份,增塑剂DCHP 1.2-1.3份,环氧硬脂酸辛酯4-5份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.7-1.2份,防老剂MB 1.8-2份,防老剂RD 1.5-2份;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将7-8份纳米二氧化钛添加到23-24份十二烷基苯磺酸钠和13-14份月桂酸的混合液中,超声分散22-23min得到溶液A,超声分散的功率为580-600W、超声分散的频率为23-24kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射6-7min,第一次辐射的功率为680-690W,第二次辐射2.5-3min,第二次辐射的功率为65-70W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过50-55nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤21-22min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为64-65MPa;
制备过程中,预热密炼机到75-76℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以230-235rpm的搅拌速度密练26-27min得到橡胶主料,过程中打三角包6-7次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以115-118rpm的搅拌速度密练23-24min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以106-107rpm的搅拌速度混炼23-24min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以81-82rpm的搅拌速度混炼13-15min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以101-102rpm的搅拌速度密炼13-14min,将温度升至153-154℃再混炼13-14min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
本发明采用丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶、异戊橡胶作为橡塑主料,使本发明具有较高的强度、抗撕裂和抗老化能力;而改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝作为补强填充剂使用,扩大了本发明容积、降低了成本,增强了本发明的强度和抗撕裂性能,其中改性二氧化钛是通过对二氧化钛进行改性加工、改变其表面性能得到的,改性过程中,当表面活性剂与二氧化钛表面接触时,由于表面活性剂十二烷基苯磺酸钠是由亲水的极性和憎水的非极性基团两部分构成,且二氧化钛表面含有大量极性基团,因此在微波的作用下,表面活性剂更加容易被吸附在二氧化钛表面,而非极性基团则自由展露在二氧化钛外侧,从而得到改性二氧化钛,改性二氧化钛与橡胶分子具有良好的相容性,而且二氧化钛的极性基团被非极性基团所取代后,其表面活性能大大降低,使改性二氧化钛能够稳定的分布在橡胶分子所构成的“网状结构”中,因而在受到外界冲击作用力时,橡胶分子能有效地将载荷转移到高机械强度的改性二氧化钛上,从而大大提高了本发明的强度和抗撕裂能力;而单烷氧基型钛酸酯偶联剂由于含有六个功能区,具有很大的灵活性和多功能性,既是偶联剂,也可以是分散剂、湿润剂、粘合剂、交联剂、催化剂等,而采用增塑剂DCHP和单烷氧基型钛酸酯偶联剂混合,使单烷氧基型钛酸酯偶联剂可以在后续加工过程中均匀的包覆在填充补强剂上,使填充补强剂均匀地分布在本发明中,大大提高了本发明的强度和抗撕裂能力,同时,也增强了本发明的可塑能力;辅以环氧硬脂酸辛酯作为分散润滑剂,使填充补强剂均匀的分散在生胶体系中,进一步提高了本发明的强度;而以硫磺粉、促进剂AA、促进剂MZ构成的硫化体系,具有硫化速度快,压缩变形率低等特点,能够在促进形成“网状结构”的同时形成了一种“整体网络效应”,从而增强本发明的弹性和强度;添加N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺作为防焦剂,能避免本发明在实施过程中,发生“焦烧”现象,提高本发明的操作安全性和可靠性;防老剂MB、防老剂RD的添加,提高了本发明抗氧化能力和抗老化能力。
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强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其原料按重量份包括:丁苯橡胶50份,顺丁橡胶10份,天然橡胶15份,异戊橡胶20份,改性二氧化钛33份,纳米纤维素晶须10份,重晶石粉15份,炭黑N23420份,方解石粉15份,硅藻土9份,硅酸铝7份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1份,硫磺粉1.2份,促进剂AA 2.8份,促进剂MZ 2.3份,增塑剂DCHP 1.1份,环氧硬脂酸辛酯7份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.5份,防老剂MB 3份,防老剂RD 1份;丁苯橡胶中苯乙烯的含量为26wt%;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将10份纳米二氧化钛添加到22份十二烷基苯磺酸钠和15份月桂酸的混合液中,超声分散20min得到溶液A,超声分散的功率为650W、超声分散的频率为22kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射8min,第一次辐射的功率为650W,第二次辐射4min,第二次辐射的功率为60W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过60nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤20min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为66MPa;
制备过程中,预热密炼机到78℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以220rpm的搅拌速度密练28min得到橡胶主料,过程中打三角包5次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以120rpm的搅拌速度密练22min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以110rpm的搅拌速度混炼22min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以83rpm的搅拌速度混炼12min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以105rpm的搅拌速度密炼12min,将温度升至155℃再混炼12min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
实施例2
本发明提出的一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其原料按重量份包括:丁苯橡胶45份,顺丁橡胶15份,天然橡胶10份,异戊橡胶25份,改性二氧化钛30份,纳米纤维素晶须15份,重晶石粉10份,炭黑N23425份,方解石粉10份,硅藻土11份,硅酸铝5份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1.3份,硫磺粉0.8份,促进剂AA 3.1份,促进剂MZ 2份,增塑剂DCHP 1.4份,环氧硬脂酸辛酯3份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺1.5份,防老剂MB 1.5份,防老剂RD 3份;丁苯橡胶中苯乙烯的含量为24.5wt%;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将6份纳米二氧化钛添加到26份十二烷基苯磺酸钠和11份月桂酸的混合液中,超声分散24min得到溶液A,超声分散的功率为550W、超声分散的频率为25kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射5min,第一次辐射的功率为700W,第二次辐射2min,第二次辐射的功率为80W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过45nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤23min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为63MPa;
制备过程中,预热密炼机到74℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以240rpm的搅拌速度密练25min得到橡胶主料,过程中打三角包8次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以110rpm的搅拌速度密练25min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以105rpm的搅拌速度混炼25min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以80rpm的搅拌速度混炼16min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以100rpm的搅拌速度密炼15min,将温度升至152℃再混炼15min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
实施例3
本发明提出的一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其原料按重量份包括:丁苯橡胶47份,顺丁橡胶13份,天然橡胶14份,异戊橡胶22份,改性二氧化钛32份,纳米纤维素晶须12份,重晶石粉14份,炭黑N23421份,方解石粉13份,硅藻土9.5份,硅酸铝6份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1.1份,硫磺粉1.1份,促进剂AA 2.9份,促进剂MZ 2.2份,增塑剂DCHP 1.2份,环氧硬脂酸辛酯5份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.7份,防老剂MB 2份,防老剂RD 1.5份;丁苯橡胶中苯乙烯的含量为26wt%;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将8份纳米二氧化钛添加到23份十二烷基苯磺酸钠和14份月桂酸的混合液中,超声分散22min得到溶液A,超声分散的功率为600W、超声分散的频率为23kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射7min,第一次辐射的功率为680W,第二次辐射3min,第二次辐射的功率为65W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过55nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤21min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为65MPa;
制备过程中,预热密炼机到76℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以230rpm的搅拌速度密练27min得到橡胶主料,过程中打三角包6次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以118rpm的搅拌速度密练23min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以107rpm的搅拌速度混炼23min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以82rpm的搅拌速度混炼13min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以102rpm的搅拌速度密炼13min,将温度升至154℃再混炼13min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
实施例4
本发明提出的一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其原料按重量份包括:丁苯橡胶46份,顺丁橡胶13份,天然橡胶13份,异戊橡胶24份,改性二氧化钛31份,纳米纤维素晶须13份,重晶石粉12份,炭黑N23422份,方解石粉12份,硅藻土10份,硅酸铝5.5份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1.2份,硫磺粉0.9份,促进剂AA 3份,促进剂MZ 2.1份,增塑剂DCHP 1.3份,环氧硬脂酸辛酯4份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺1.2份,防老剂MB 1.8份,防老剂RD 2份;丁苯橡胶中苯乙烯的含量为25wt%;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将7份纳米二氧化钛添加到24份十二烷基苯磺酸钠和13份月桂酸的混合液中,超声分散23min得到溶液A,超声分散的功率为580W、超声分散的频率为24kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射6min,第一次辐射的功率为690W,第二次辐射2.5min,第二次辐射的功率为70W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过50nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤22min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为64MPa;
制备过程中,预热密炼机到75℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以235rpm的搅拌速度密练26min得到橡胶主料,过程中打三角7次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以115rpm的搅拌速度密练24min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以106rpm的搅拌速度混炼24min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以81rpm的搅拌速度混炼15min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以101rpm的搅拌速度密炼14min,将温度升至153℃再混炼14min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
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 (4)
1.一种高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其特征在于,其原料按重量份包括:丁苯橡胶45-50份,顺丁橡胶10-15份,天然橡胶10-15份,异戊橡胶20-25份,改性二氧化钛30-33份,纳米纤维素晶须10-15份,重晶石粉10-15份,炭黑N23420-25份,方解石粉10-15份,硅藻土9-11份,硅酸铝5-7份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1-1.3份,硫磺粉0.8-1.2份,促进剂AA 2.8-3.1份,促进剂MZ 2-2.3份,增塑剂DCHP 1.1-1.4份,环氧硬脂酸辛酯3-7份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.5-1.5份,防老剂MB 1.5-3份,防老剂RD 1-3份;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将6-10份纳米二氧化钛添加到22-26份十二烷基苯磺酸钠和11-15份月桂酸的混合液中,超声分散20-24min得到溶液A,超声分散的功率为550-650W、超声分散的频率为22-25kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射5-8min,第一次辐射的功率为650-700W,第二次辐射2-4min,第二次辐射的功率为60-80W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过45-60nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤20-23min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为63-66MPa;
制备过程中,预热密炼机到74-78℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以220-240rpm的搅拌速度密练25-28min得到橡胶主料,过程中打三角包5-8次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以110-120rpm的搅拌速度密练22-25min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以105-110rpm的搅拌速度混炼22-25min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以80-83rpm的搅拌速度混炼12-16min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以100-105rpm的搅拌速度密炼12-15min,将温度升至152-155℃再混炼12-15min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
2.根据权利要求1所述高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其特征在于,丁苯橡胶中苯乙烯的含量为24.5-26wt%。
3.根据权利要求2所述高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其特征在于,丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶、异戊橡胶的重量比为46-47:12-13:13-14:22-24。
4.根据权利要求3所述高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料,其特征在于,其原料按重量份包括:丁苯橡胶46-47份,顺丁橡胶12-13份,天然橡胶13-14份,异戊橡胶22-24份,改性二氧化钛31-32份,纳米纤维素晶须12-13份,重晶石粉12-14份,炭黑N23421-22份,方解石粉12-13份,硅藻土9.5-10份,硅酸铝5.5-6份,单烷氧基型钛酸酯偶联剂1.1-1.2份,硫磺粉0.9-1.1份,促进剂AA 2.9-3份,促进剂MZ 2.1-2.2份,增塑剂DCHP 1.2-1.3份,环氧硬脂酸辛酯4-5份,N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.7-1.2份,防老剂MB1.8-2份,防老剂RD 1.5-2份;
其中改性二氧化钛的制备方法为:将7-8份纳米二氧化钛添加到23-24份十二烷基苯磺酸钠和13-14份月桂酸的混合液中,超声分散22-23min得到溶液A,超声分散的功率为580-600W、超声分散的频率为23-24kHz;将溶液A移入微波处理设备进行两次微波处理后得到溶液B,第一次辐射6-7min,第一次辐射的功率为680-690W,第二次辐射2.5-3min,第二次辐射的功率为65-70W;将溶液B置于真空抽滤装置中,通过50-55nm孔径的抽滤膜进行真空抽滤21-22min后,干燥、粉碎,得到改性二氧化钛,真空压强为64-65MPa;
制备过程中,预热密炼机到75-76℃,将丁苯橡胶、顺丁橡胶、天然橡胶和异戊橡胶在密炼机中以230-235rpm的搅拌速度密练26-27min得到橡胶主料,过程中打三角包6-7次,继续投入改性二氧化钛、纳米纤维素晶须、重晶石粉、炭黑N234、方解石粉、硅藻土、硅酸铝和单烷氧基型钛酸酯偶联剂,以115-118rpm的搅拌速度密练23-24min得到混合物料B;将增塑剂DCHP、环氧硬脂酸辛酯、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺加入含物料B的密炼机中以106-107rpm的搅拌速度混炼23-24min,再加入防老剂MB、防老剂RD,以81-82rpm的搅拌速度混炼13-15min,继续加入硫磺粉、促进剂AA、促进剂、促进剂TMTM以101-102rpm的搅拌速度密炼13-14min,将温度升至153-154℃再混炼13-14min后,降温出料,得到高强度抗撕裂改性丁苯橡胶材料。
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