CN105622993A - 一种高性能磁性橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能磁性橡胶及其制备方法，属于橡胶技术领域。其包括如下重量百分数的原料：天然橡胶41.225％、SrO·6Fe2O35.154％、过氧化物硫化剂1.296％、氧化锌2.945％、硬脂酸0.353％、促进剂0.294％、防老剂0.353％、炭黑47.114％、增塑剂0.353％、石蜡0.471％和脂肪酸0.442％。本发明还公开了上述高性能磁性橡胶的制备方法。本发明的磁性橡胶，高强度、耐高温、耐油、耐寒、抗拉、耐老化，且减振性能优良，增大了天然橡胶的阻尼特性，节约了制造成本，可以满足汽车、工程机械、液压传动、航空、航海等高性能、高技术领域减振制品的需求。

Description

一种高性能磁性橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能磁性橡胶及其制备方法，属于橡胶技术领域。
背景技术
目前，汽车减振系统及减振元器件大多是橡胶类产品，其中由于天然橡胶的弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐寒性良好，加工性佳，易与其它材料粘合等特点，在综合物理机械性能方面优于大多数的合成橡胶，所以减振系统使用天然橡胶的居多。但是，单一组分的天然橡胶在耐磨性和抗老化性能、耐臭氧、耐低温脆性方面也存在着缺陷，且随着汽车工作及行驶路面泥沙、灰尘的侵入，橡胶体本身会造成永久性变形和磨损，产品整体使用性能会随之降低，由其引发的摩擦噪音和减振系统的失效，将是车辆使用过程中的常见问题，存在着较大的安全隐患。由此，国内外很多学者和专家对天然橡胶的合成工艺和组成成分进行了改良，以获得减振性能更好的橡胶，开发出了不同种类的磁性橡胶、磁流变橡胶和金属橡胶。目前，在磁性材料的研究中，研究人员大都是将提高阻尼特性和温度阈为目的，基本上是将各种磁粉糅合入橡胶本体，虽然使得各类橡胶在力学性能上得到大幅度提高，但成本太高、药品配方复杂，在工程上不能得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的之一，是解决现有技术中天然橡胶在长时间减振性能方面的不足，以及前人研究只注重提高阻尼特性的不足，提供一种成本低廉、复合物理机械性能更优的高性能磁性橡胶材料。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高性能磁性橡胶，包括如下重量百分数的原料：天然橡胶41.225％、SrO·6Fe2O35.154％、过氧化物硫化剂1.296％、氧化锌2.945％、硬脂酸0.353％、促进剂0.294％、防老剂0.353％、炭黑47.114％、增塑剂0.353％、石蜡0.471％和脂肪酸0.442％。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述过氧化物硫化剂为异丙苯过氧化氢，所述硬脂酸为十八碳烷酸，所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆，所述防老剂的型号为4010NA，所述炭黑的型号为N330，粒径为26～30nm，所述增塑剂的型号为Plasthall7050，所述石蜡为工业用的普通石蜡，所述脂肪酸为不饱和脂肪酸。
本发明所采用的原料的作用为：
异丙苯过氧化氢是目前橡胶工业使用的主要过氧化物硫化剂之一，主要作用是将橡胶分子链起交联反应，增强橡胶的物理力学性能；氧化锌是一种促硫剂，可以缩短硫化时间；促进剂可以降低硫化温度，缩短硫化时间，改善橡胶力学性能；硬脂酸主要是软化和增塑的作用，使得炭黑和氧化锌充分扩散；防老剂、石蜡具有延缓橡胶老化和延长橡胶制品使用寿命的作用；炭黑是橡胶工业重要的补强剂，可以提高橡胶拉伸强度、弹性、抗撕裂强度和耐热性；增塑剂起润滑作用；脂肪酸是一种表面活性剂，具有降低橡胶门尼粘度，改善橡胶加工工艺的作用。
本发明的目的之二，是提供上述高性能磁性橡胶的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高性能磁性橡胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将SrCl与Fe2Cl3溶液，按摩尔比1:6混合均匀，再经过沉淀、水洗、过滤、烘干，然后反复焙烧制得磁性填充剂SrO·6Fe2O3；
(2)称取重量百分数为41.225％的天然橡胶，再称取重量百分数为5.154％的步骤(1)所得磁性填充剂SrO·6Fe2O3，混合均匀后，放入密炼机中混炼15～20min，得到混合物A；
(3)称取重量百分数为47.114％的炭黑，加到步骤(2)所得混合物A中，放入密炼机中混炼10～15min，得到混合物B；
(4)称取重量百分数为0.353％的增塑剂、0.353％的硬脂酸、0.294％的促进剂、0.353％的防老剂、0.471％的石蜡和0.442％的脂肪酸，加到步骤(3)所得混合物B中，放入密炼机中混炼12～16min，得到混合物C；
(5)称取重量百分数为2.945％的氧化锌和重量百分数为1.296％的过氧化物硫化剂，加到步骤(4)得到的混合物C中，充分混匀后，放入密炼机中混炼3～5min，得到混合物D；
(6)将步骤(5)得到的混合物D放入炼胶机中，辊压3min，得到橡胶体；
(7)将步骤(6)得到的橡胶体，在室温环境下停放≥24小时，放入硫化机中，在150±0.5℃下硫化20～30分钟，取出自然冷却、清洗，即得到所述高性能磁性橡胶。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤(3)所述炭黑的型号为N330，粒径为26～30nm。
进一步，步骤(4)所述增塑剂的型号为Plasthall7050，所述硬脂酸为十八碳烷酸，所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆，所述防老剂的型号为4010NA，所述石蜡为工业用的普通石蜡，所述脂肪酸为不饱和脂肪酸。
进一步，步骤(5)所述过氧化物硫化剂为异丙苯过氧化氢。
进一步，步骤(6)所述辊压时辊筒间距为2.2mm。
本发明的有益效果是：
1.步骤(1)所得磁性物质SrO·6Fe2O3,粒径范围在20～100纳米之间，本发明以天然橡胶为填充基体，添加磁性物质SrO·6Fe2O3，随着天然橡胶/SrO·6Fe2O3复合材料分子量的扩大，其门尼粘度增加，进而影响材料物理性能的增强。在磁性方面，由于纳米SrO·6Fe2O3粒子呈现铁磁性，具有高频特性和较好的软磁性能，磁滞后损失较小，当纳米SrO·6Fe2O3与天然橡胶质量比为1:8时，复合材料的强化强度也达到饱和，矫顽力达到最佳状态，物理机械性能达到最优。
2.本发明加入的炭黑，具有粒径小、表面活性大等特点，很大程度上减少了磁性橡胶大分子的体积分数，使磁性橡胶具有良好的耐磨性和抗撕裂性，提高磁性橡胶的机械强度。
3.本发明添加与天然橡胶相容性差、分子量大的增塑剂Plasthall7050，从而更容易迁移到成品表面，起到润滑作用。另外，由于天然橡胶是高度不饱和橡胶，在贮存和使用过程中，受到氧、臭氧、紫外线以及其它活性物质的作用会发生降解，性能损失，橡胶链交联硬化，这时就需要添加防老剂和石蜡等材料，对提高橡胶的抗氧化性具有良好的帮助，可以改善橡胶的耐老化性能。
4.本发明的磁性橡胶，高强度、耐高温、耐油、耐寒、抗拉、耐老化，且减振性能优良，增大了天然橡胶的阻尼特性，节约了制造成本，可以满足汽车、工程机械、液压传动、航空、航海等高性能、高技术领域减振制品的需求。
5.本发明大幅度提高减振产品的使用寿命和安全性，成本低廉，配方获取容易且对人体危害物质含量较少，是化工产业少有的绿色产品，且制备方法简单，市场前景广阔，适合规模化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例涉及一种高性能磁性橡胶，包括如下重量的原料：天然橡胶41.225kg、SrO·6Fe2O35.154kg、过氧化物硫化剂1.296kg、氧化锌2.945kg、硬脂酸0.353kg、促进剂0.294kg、防老剂0.353kg、炭黑47.114kg、增塑剂0.353kg、石蜡0.471kg和脂肪酸0.442kg，其中，所述过氧化物硫化剂为异丙苯过氧化氢，所述硬脂酸为十八碳烷酸，所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆，所述防老剂的型号为4010NA，所述炭黑的型号为N330，粒径为26～30nm，所述增塑剂的型号为Plasthall7050，所述石蜡为工业用的普通石蜡，所述脂肪酸为不饱和脂肪酸。
本实施例的高性能磁性橡胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将SrCl与Fe2Cl3溶液，按摩尔比1:6混合均匀，即Sr2+与Fe3+摩尔比为1:12，再经过沉淀、水洗、过滤、烘干，然后反复焙烧制得磁性填充剂SrO·6Fe2O3，所述SrO·6Fe2O3为粒径20～100纳米的微粒；
(2)称取41.225kg天然橡胶，再称取5.154kg步骤(1)所得磁性填充剂SrO·6Fe2O3，混合均匀后，放入密炼机中混炼15～20min，得到混合物A；
(3)称取47.114kg炭黑，加到步骤(2)所得混合物A中，放入密炼机中混炼10～15min，得到混合物B；
(4)称取0.353kg增塑剂、0.353kg硬脂酸、0.294kg促进剂、0.353kg防老剂、0.471kg石蜡和0.442kg的脂肪酸，其中，所述增塑剂的型号为Plasthall7050，所述硬脂酸为十八碳烷酸，所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆，所述防老剂的型号为4010NA，所述石蜡为工业用的普通石蜡，所述脂肪酸为不饱和脂肪酸加到步骤(3)所得混合物B中，放入密炼机中混炼12～16min，得到混合物C；
(5)称取2.945kg氧化锌和1.296kg过氧化物硫化剂，其中，所述过氧化物硫化剂为异丙苯过氧化氢，加到步骤(4)得到的混合物C中，充分混匀后，放入密炼机中混炼3～5min，得到混合物D；
(6)将步骤(5)得到的混合物D放入炼胶机中，辊压3min，辊压时辊筒间距为2.2mm，得到橡胶体；
(7)将步骤(6)得到的橡胶体，在室温环境下停放≥24小时，放入硫化机中，在150±0.5℃下硫化20～30分钟，取出自然冷却、清洗，即得到所述高性能磁性橡胶。
将本发明制备得到的高性能磁性橡胶和传统天然橡胶，进行力学性能检测，其检测结果如表1所示。
表1力学性能检测
由表1可知，本发明的高性能磁性橡胶，较之传统天然橡胶，其抗拉强度增加了20％以上，撕裂强度增加了25％以上，扯断伸长率增加10％以上。由此可知，在天然橡胶中填充SrO·6Fe2O3，可以大幅度提高橡胶的物理力学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高性能磁性橡胶，其特征在于，包括如下重量百分数的原料：天然橡胶41.225％、SrO·6Fe2O35.154％、过氧化物硫化剂1.296％、氧化锌2.945％、硬脂酸0.353％、促进剂0.294％、防老剂0.353％、炭黑47.114％、增塑剂0.353％、石蜡0.471％和脂肪酸0.442％。
2.根据权利要求1所述的一种高性能磁性橡胶，其特征在于，所述过氧化物硫化剂为异丙苯过氧化氢，所述硬脂酸为十八碳烷酸，所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆，所述防老剂的型号为4010NA，所述炭黑的型号为N330，粒径为26～30nm，所述增塑剂的型号为Plasthall7050，所述石蜡为工业用的普通石蜡，所述脂肪酸为不饱和脂肪酸。
3.一种高性能磁性橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将SrCl与Fe2Cl3溶液，按摩尔比1:6混合均匀，再经过沉淀、水洗、过滤、烘干，然后反复焙烧制得磁性填充剂SrO·6Fe2O3；
(2)称取重量百分数为41.225％的天然橡胶，再称取重量百分数为5.154％的步骤(1)所得磁性填充剂SrO·6Fe2O3，混合均匀后，放入密炼机中混炼15～20min，得到混合物A；
(3)称取重量百分数为47.114％的炭黑，加到步骤(2)所得混合物A中，放入密炼机中混炼10～15min，得到混合物B；
(4)称取重量百分数为0.353％的增塑剂、0.353％的硬脂酸、0.294％的促进剂、0.353％的防老剂、0.471％的石蜡和0.442％的脂肪酸，加到步骤(3)所得混合物B中，放入密炼机中混炼12～16min，得到混合物C；
(5)称取重量百分数为2.945％的氧化锌和重量百分数为1.296％的过氧化物硫化剂，加到步骤(4)得到的混合物C中，充分混匀后，放入密炼机中混炼3～5min，得到混合物D；
(6)将步骤(5)得到的混合物D放入炼胶机中，辊压3min，得到橡胶体；
(7)将步骤(6)得到的橡胶体，在室温环境下停放≥24小时，放入硫化机中，在150±0.5℃下硫化20～30分钟，取出自然冷却、清洗，即得到所述高性能磁性橡胶。
4.根据权利要求3所述的一种高性能磁性橡胶的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述炭黑的型号为N330，粒径为26～30nm。
5.根据权利要求3所述的一种高性能磁性橡胶的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述增塑剂的型号为Plasthall7050，所述硬脂酸为十八碳烷酸，所述促进剂为二硫化四甲基秋兰姆，所述防老剂的型号为4010NA，所述石蜡为工业用的普通石蜡，所述脂肪酸为不饱和脂肪酸。
6.根据权利要求3所述的一种高性能磁性橡胶的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述过氧化物硫化剂为异丙苯过氧化氢。
7.根据权利要求3所述的一种高性能磁性橡胶的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述辊压时辊筒间距为2.2mm。
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