CN105273416B - 一种三元乙丙橡胶组合物、橡胶空滤管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三元乙丙橡胶组合物以及三元乙丙橡胶复合材料空滤管的制备方法。本发明中所述三元乙丙橡胶组合物中，以三元乙丙橡胶和POE作为原料橡胶组分，通过添加POE，可以进一步提高所制得的橡胶材料的热撕裂性以及热变形性。同时，本申请所述空滤管制备中，由于采用硫磺硫化体系，因而使得所制得胶管中微观高分子链之间可以以多硫键相互交联，进而使得胶管的撕裂性能更好。
Description
技术领域
本申请发明涉及橡胶组合物以及橡胶管制备领域，具体而言，涉及一种三元乙丙橡胶组合物以及橡胶空滤管的制备方法；特别的，本申请发明涉及一种汽车空气滤清器中空滤管的制备方法。
背景技术
汽车空气滤清器位于汽车发动机进气系统中，它是由一个或多个清洁空气的空气滤清部件相互连接所组成的总成。汽车空气过滤器的主要作用是通过过滤除去进入汽车气缸的空气中有害杂质，从而起到减少汽车气缸、活塞、活塞环、气门以及气门座的早期磨损的作用。
空滤管是汽车空气滤清器中一个重要的组成部分，通过空滤管可以将汽车空气滤清器与发动机等部件进行连接，其耐压以及耐撕裂等机械性能，也对车辆的安全和正常运行起着非常重要的作用。
然而，由于各个车型内部发动机组件以及空气滤清器的摆放位置不同，所以使得部件间连接所用到的空滤管要有不同的弯度；同时，随着这几年汽车中更多的运用到了涡轮增压技术，因而，汽车内部结构更加紧凑，而这使得空滤管的弯度变得更小，对空滤管材料的性能以及成型工艺要求也更高。
在现有技术中，对可以用于制备橡胶软管的橡胶组合物配方以及橡胶材料的制备，都有过一定的探索。
例如现有技术(CN101982491A，公开日：2011年3月2日)中，就公开了一种三元乙丙橡胶配方，该配方组分如下：三元乙丙橡胶生胶、氧化锌、硬脂酸、聚乙二醇、防老剂RD、防老剂4010NA、快速挤压炭黑N550、热裂解炭黑N330、矿物行补强剂GC、石蜡油、偶联剂Si-69、促进剂M、促进剂BZ、促进剂TMTD、促进剂DTDM以及硫磺。
然而，由于三元乙丙橡胶的热撕裂性能以及热变形性差，因而，采用这种配方所制备得到的空滤管，产品的合格率较低。所制得的空滤管在测试以及实际使用中，也很容易出现弯折或撕裂的现象，并不适用于日常使用。
同时，现有技术(CN103319792A，公开日：2013年9月25日)公开了一种以EPDM和POE为原料橡胶的复合材料配方，其组分如下：EPDM+POE弹性体、活性剂、硬脂酸、防老剂、炭黑、增塑剂、过氧化物交联剂、交联助剂。
然而，由于在该现有技术中，采用的是过氧化物硫化体系，因而使得产物胶管的撕裂性能很差，在制备小弯度空滤管时，也很容易出现弯折或撕裂的现象，因而产品的合格率很低，并不适用于工业生产当中。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种乙丙橡胶组合物，所述的橡胶组合物经混炼、注射成型后所制得的胶管具有耐撕裂强度高、耐热变形性高等优点。
本发明的第二目的在于提供一种空滤管的制备方法，该方法中采用了二段混炼的方法，因而可以提高混炼均匀性，提高混炼速度，改善生产环境，降低劳动强度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本申请发明中，所述三元乙丙橡胶组合物以三元乙丙橡胶和橡胶弹性体为原料橡胶，并以硫化作为硫化剂；同时，本申请所述组合物中，还添加了增塑剂、防老剂、硫化促进剂、补强剂；
其中，所述原料橡胶混合物、增塑剂、防老剂、硫化促进剂、补强剂以及硫磺的质量克数比为100：(50-200)：(1-5)：(1-5)：(20-50)：(0.1-5)。
由于橡胶弹性体的主链结构与乙丙橡胶的主链结构类似，均为饱和结构；同时，橡胶弹性体的支链结构可以进行人为控制，从而可以对其进行修饰。而这也使得橡胶弹性体不仅可以达到乙丙橡胶的部分技术指标，其耐撕裂性能以及耐热形变性能更是会好于乙丙橡胶。因而，向三元乙丙橡胶内添加橡胶弹性体，能够提高所制得橡胶材料的热撕裂性能以及热形变性能。同时，通过原料混合橡胶与辅料用量的进一步调整，还能够进一步提高所制备橡胶材料的均一性，而这也能进一步提高橡胶材料的热变形性。
同时，由于空滤管的使用环境温度最高也不会高于130℃，因而，普通的以硫磺作为硫化剂的体系就能够满足这一要求。同时，由于硫磺体系硫化的得到的橡胶材料的微观高分子链间能够形成较多的多硫键，因而，能够进一步提高橡胶材料以及所制得的胶管的热撕裂性能。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物(三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体重量之和，后同)中，所述硫磺用量为0.1-5g；优选的，每100g原料橡胶混合物中，所述硫磺用量为0.3-2g。
可选的，本申请三元乙丙橡胶组合物中，所述三元乙丙橡胶可以为日本三井EPDM、韩国SK EPDM、杜邦NDR EPDM中的一种或几种的组合；优选的，本申请所述橡胶组合物中，所述三元乙丙橡胶为日本三井EPDM3045、EPDM3062E、EPDM3070、EPDM3072E、EPDM3090E、EPDM3091、EPDM3095或者韩国SK EPDMS501、EPDMS505、EPDMS512、EPDMS600中的一种或几种的混合物。
可选的，本申请所述聚烯烃弹性体可以为杜邦POE8999、POE8150、POE8842、POE8200、POE7467或者三井DF610、DF710、DF740、DF810或者LG LC170、LC670、LC175。
本申请发明中，由于以具有优异性能的三元乙丙橡胶以及聚烯烃弹性体作为原料胶料，因而使得本申请进一步制得的橡胶材料能够具有良好的热撕裂性能以及热变形性能。
可选的，本申请发明中，三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体重量(克数)比例为1:20-20:1；优选的，本申请发明中，三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体克数比例为1:10-10:1；更优选地，本申请发明中，三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体克数比例为1:5-5:1。
本申请发明中，通过对三元乙丙橡胶以及聚烯烃弹性体原料用量的调整和优化，能够进一步提高所制得橡胶材料以及胶管的性能。
可选的，本申请发明中，所用防老剂为防老剂RD、防老剂A、防老剂D中的一种或几种。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物中，所述防老剂用量为1-10g；优选的，每100g原料橡胶混合物中，所述防老剂用量为1-5g。
本申请发明中，通过防老剂的调整和优化，使得本申请发明中进一步制得的橡胶材料和胶管的性能得到了进一步的提高。
可选的，本申请发明中所用硫化促进剂为TMTD-80、DPTT、DTDM、BZ中一种或几种的混合物。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述硫化促进剂添加总量为1-10g；优选的，每100g原料橡胶混合物中，所述硫化促进剂总量为1-5g。
可选的，本申请发明中，所用补强剂为补强剂GC-666以及炭黑N550；其中补强剂GC-666与炭黑N550的比例为1:5-5:1。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述补强剂用量总量为50-200g；本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所用补强剂总量为100-200g。
可选的，本申请发明中，所用增塑剂为石蜡油。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述增塑剂用量为50-200g；优选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所用增塑剂为75-150g。
进一步的，本申请发明中，还可以加入氧化锌、硬脂酸以及聚乙二醇等作为活性剂。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述氧化锌用量为5-10g；优选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述氧化锌用量为7-9g。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述硬脂酸用量为1-5g；优选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述硬脂酸用量为2-4g。
可选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述聚乙二醇用量为1-5g；优选的，本申请发明中，每100g原料橡胶混合物，所述聚乙二醇用量为2.5-4.5g。同时，本申请发明中还提供了一种橡胶空滤管的制备方法，具体的，本申请发明方法中，以如前所述的三元乙丙橡胶组合物作为原料，并通过混炼以及注射成型制备橡胶空滤管。
由于本申请发明方法中，采用了本申请所述的组合物作为原料，因而，不仅能够通过加入橡胶弹性体以提高所制得橡胶材料的热变形性；同时，由于采用本申请发明所述的硫磺硫化体系，也提高了所制得的橡胶材料微观高分子链的交联度，所形成的多硫键也提高了橡胶材料的热撕裂性能。
可选的，本申请发明中所述混炼为两段混炼。具体的，本申请所述混炼反应中，第一段混炼是将原料三元乙丙橡胶以及聚烯烃弹性体、除硫化剂与硫化促进剂外的辅料混合后进行混炼；第二段混炼是将第一段混炼后的混合橡胶与硫化剂以及硫化促进剂混合加热后，再进行混炼。
采用两段混炼的方法，可以提高混炼均匀性以及混炼速度，改善生产环境，降低劳动强度。
可选的，本申请发明中所述排胶操作的温度为90-200℃；优选的，本申请发明中所述排胶温度为110-190℃；更优选的，本申请发明中所述排胶温度为130-170℃；特别的，本申请所述排胶温度为140-160℃。
本申请发明中，通过对排胶温度的优化，提高了所制得橡胶材料的成型和耐热性能。
可选的，本申请所述橡胶注射机可以为200-300t规格的立式橡胶注射机。其中，注射机上模温度为140-180℃；优选的，注射机上模温度为150-170℃。注射机下模温度为140-180℃；优选的，注射机下模温度为150-170℃。
进一步的，本申请发明中还可以进一步包括将胶料在加热条件下的注射机中注射成型的步骤；其中，所述注射成型时间可以为3-10min。
同样的，本申请发明中还提供了一种橡胶空滤管，其由本申请所述方法制备得到。
由于本申请中所述橡胶空滤管采用了本申请所述橡胶组合物以及制备方法，因而，使得其具有热撕裂性以及热变形性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本申请发明中，以三元乙丙橡胶以及聚烯烃弹性体为原料橡胶，能够提高所制得橡胶材料的热撕裂性能以及热形变性能。
(2)本申请发明中，采用以硫磺为硫化剂的硫化体系，因而进一步提高了橡胶材料的热撕裂性能。
(3)本申请发明中，采用了两段混炼的方法制胶，提高了混炼均匀性以及混炼速度，改善生产环境，降低劳动强度。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1-2
按照如下表1所示的原料配比进行原料的重量克数进行原料称取，得到实施例1-2以及对比例1-4所述三元乙丙橡胶橡胶配方。
表1实施例1-2以及对比例1-4三元乙丙橡胶配方(单位克)
将上述实施例1-2以及对比例1-4中所示三元乙丙橡胶橡胶配方中，将除硫化剂(过氧化物14-40B/硫磺)以及硫化促进剂(TAC、TMTD-80、DPTT、DTDM、BZ)外的其他组分分别进行混合后，在密炼机中进行第一段混炼。将第一段混炼后得到的混炼胶在室温下冷却后，将向混炼胶中分别加入硫化剂以及硫化促进剂；然后，将混合体系再进行二段混炼，并在80-120℃下排胶，得到三元乙丙橡胶橡胶材料，并对其性能进行测试。
称取适量经上述方法所制得的三元乙丙橡胶材料，在250吨立式橡胶注射机中注射成型，并在上模温度160℃、下模温度160℃条件下，成型5min，并分别对得到的胶料和橡胶管进行性能测试，测试结果如下表2所示。
表2实施例1-2以及对比例1-4橡胶材料及胶管测试数据
实施例3-6
实施例3中，以30.0gEPDM3095、45.0gEPDM3072为原料三元乙丙橡胶并以25.0gDF610为原料聚烯烃弹性体；
实施例4中，以30.0gEPDMS505、45.0gEPDMS512为原料三元乙丙橡胶并以25.0gPOE8200为原料聚烯烃弹性体；
实施例5中，以30.0gEPDM3090、45.0gEPDM3092为原料三元乙丙橡胶并以25.0gPOE8150为原料聚烯烃弹性体；
实施例6中，以30.0gEPDMS501、45.0gEPDMS600为原料三元乙丙橡胶并以25.0gLC170为原料聚烯烃弹性体；
同时，实施例3-6中，还按照如前所述实施例1中所用原料克数，称取除原料EPDM3062、EPDM3070、POE8842外的其他原料。
按照实施例1所述方法，将实施例3-6中所述原料进行混炼，并进一步将混炼得到的胶料在250吨立式橡胶注射机中注射成型，并在上模温度160℃、下模温度160℃条件下，成型5min，并分别对得到的胶料和橡胶管进行性能测试，结果如下：
表3实施例3-6橡胶材料及胶管测试数据
本申请发明中橡胶材料具有良好的耐热撕裂性能以及耐热变形性性能；同时，本申请中进一步制得的胶管也有很好的耐压性，能够作为空滤管而用于汽车空气滤清器之中。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
Claims (9)
1.一种三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述组合物主要由以下组分制成：三元乙丙橡胶、聚烯烃弹性体、增塑剂、防老剂、硫化促进剂、补强剂、硫化剂；
其中，所述硫化剂为硫磺；
其中，三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体混合物、增塑剂、防老剂、硫化促进剂、补强剂以及硫磺的质量克数比为100：(50-200)：(1-10)：(1-10)：(50-200)：(0.1-5)。
2.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述三元乙丙橡胶为日本三井EPDM、韩国SK EPDM、杜邦NDR EPDM中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述聚烯烃弹性体为杜邦POE聚烯烃弹性体、三井TAFMER聚烯烃弹性体、LG化学LC聚烯烃弹性体中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述组合物中三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体的克数比例为1:20-20:1。
5.根据权利要求4所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述组合物中三元乙丙橡胶与聚烯烃弹性体克数比例为1:10-10:1。
6.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD、防老剂A、防老剂D中的一种或几种。
7.一种橡胶空滤管的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)将权利要求1-6中任一项所述组合物加热混炼后排胶，并得到胶料；
所述混炼为两段混炼；其中，第一段混炼是将三元乙丙橡胶以及聚烯烃弹性体、除硫化剂与硫化促进剂外的辅料混合后进行混炼；第二段混炼是将第一段混炼后的混合橡胶与硫化剂以及硫化促进剂混合加热后，再进行混炼；
(2)将如上所制得的胶料放入橡胶注射机中，压出成型，得到空滤管。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述排胶操作的温度为90-200℃。
9.一种橡胶空滤管，其特征在于，其由权利要求7-8中任一项所述方法制备得到。
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