CN106633218B - 一种天然橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌3～6份，硬脂酸1～2份，防老剂1～2份，促进剂1～1.5份，硫磺1.5～2.5份，炭黑30～50份，改性的玄武岩纤维2～8份。本发明所述复合材料，将改性的玄武岩纤维添加到天然橡胶的配方中，能够提高天然橡胶复合材料的拉伸强度、直角撕裂强度，降低其滚动阻力等。本发明还提供了上述天然橡胶复合材料的制备方法，其工艺简单，成本低廉。

Description

一种天然橡胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶类聚合物复合材料技术领域，尤其是涉及一种天然橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维作为我国重点发展的四大纤维之一，在我国基本上实现了工业化生产。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成的。玄武岩纤维的硬度很高，因而具有优异的耐磨、抗拉性能。玄武岩纤维为非晶态物质，使用温度最高可达700℃，耐酸碱，抗紫外线性能强，吸湿性低，有较好的耐环境性能。此外，还有较好的高温过滤性、抗辐射和良好的透波性、环保洁净及较好的力学性能。
但玄武岩纤维同时具有表面化学惰性，需要对其化学改性，以改善纤维与基体间的结合状态来提高复合材料的界面结合性能，进而提高复合材料的综合性能，现有技术中，玄武岩纤维的界面处理多借鉴玻璃纤维的界面处理方式，以硅烷偶联剂为主。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种天然橡胶复合材料，通过钛酸酯偶联剂将玄武岩纤维和有机聚合物结合起来，明显改善二者的亲和性，提高玄武岩纤维的分散性，并将改性的玄武岩纤维添加到天然橡胶的配方中，以提高天然橡胶的拉伸强度、撕裂强度，降低滚动阻力等。
本发明采用的技术方案是：
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：
所述促进剂为促进剂NS和促进剂TMTD。
本发明所述的天然橡胶复合材料，其中，由以下重量份的组分组成：
本发明所述的天然橡胶复合材料，其中，所述玄武岩纤维为短切丝，单丝直径15μm，长3mm。
本发明所述的天然橡胶复合材料，其中，所述促进剂NS和促进剂TMTD的质量比为10:3。
本发明所述的天然橡胶复合材料，其中，所述改性的玄武岩纤维为钛酸酯偶联剂改性的玄武岩纤维，所述钛酸酯偶联剂为PN-131、PN-311和TG-38S中的一种。所述钛酸酯偶联剂作为一种多功能助剂，既可用作偶联剂，又可用作分散剂和粘合剂。
本发明所述的天然橡胶复合材料，其中，所述炭黑为炭黑N330。
本发明所述的天然橡胶复合材料，其中，所述防老剂为防老剂4020。防老剂4020具有良好的抗氧化效能外，还有抗臭氧、抗曲挠龟裂和抑制铜、锰等有害金属的作用，毒性小。
本发明还提供了上述天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：室温下，将0.15-0.45g钛酸酯偶联剂用200-300mL的乙酸乙酯稀释后，再加入3-5g玄武岩纤维，高速搅拌4-6h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80～90℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备：
(a)按配比准备天然橡胶复合材料的原料，在开炼机中加入天然橡胶，然后依次加入步骤(1)中得到的所述改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼温度40-50℃，混炼25min，混炼结束后静置16h以上，得到混炼胶；
(b)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化，得到产品。
本发明所述的天然橡胶复合材料的制备方法，其中，步骤(1)中将0.15-0.45g钛酸酯偶联剂用300mL的乙酸乙酯稀释后，再加入5g的玄武岩纤维。
本发明所述的天然橡胶复合材料的制备方法，其中，步骤(b)中所述硫化温度为145℃，硫化压力12MPa，硫化时间5～8min。
本发明有益效果：
本发明所述的天然橡胶复合材料，具有以下优点：
(1)玄武岩纤维与传统无机材料相比具有优异的耐磨、抗拉性能、低生热、可降解，符合低滚阻、低污染、低成本的要求；
(2)玄武岩纤维经过钛酸酯偶联剂处理，有效提高了纤维和橡胶的结合性能。
本发明所述的天然橡胶复合材料的制备方法，操作简单，易于实现工业化。
具体实施方式
本发明所用到的原料来源如下：
防老剂4020的中文名：N-(1,3-二甲基)丁基-N’-苯基对苯二胺，分子式：C18H24N2；促进剂NS的中文名：N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺，分子式：C11H14N2S2；促进剂TMTD的中文名：二硫化四甲基秋兰姆，分子式：C6H12N2S4；钛酸酯偶联剂PN-131、PN-311和TG-38S购自南京品宁偶联剂有限公司。
实施例1
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1.5份，防老剂40201.5份，促进剂NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武岩纤维6份，硫磺2份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：室温下，将0.15g钛酸酯偶联剂TG-38S用300ml乙酸乙酯稀释后，再加入5g玄武岩纤维，高速搅拌5h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备：
(a)按配比准备天然橡胶复合材料的原料，在开炼机中加入天然橡胶，然后依次加入步骤(1)中得到的所述改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼温度40-50℃，混炼25min，混炼结束后静置16h以上，得到混炼胶；
(b)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化，硫化温度为145℃，硫化压力12MPa，硫化时间6min，得到产品。
实施例2
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1.5份，防老剂40201.5份，促进剂NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武岩纤维6份，硫磺2份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：室温下，将0.25g钛酸酯偶联剂TG-38S用300ml乙酸乙酯稀释后，再加入5g玄武岩纤维，高速搅拌5h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备，同实施例1。
实施例3
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1.5份，防老剂40201.5份，促进剂NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武岩纤维6份，硫磺2份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：室温下，将0.35g钛酸酯偶联剂TG-38S用300ml乙酸乙酯稀释后，再加入5g玄武岩纤维，高速搅拌5h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备，同实施例1。
实施例4
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1.5份，防老剂40201.5份，促进剂NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武岩纤维6份，硫磺2份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：室温下，将0.45g钛酸酯偶联剂TG-38S用300ml乙酸乙酯稀释后，再加入5g玄武岩纤维，高速搅拌5h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备，同实施例1。
实施例5
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂40201.5份，促进剂NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武岩纤维2份，硫磺2份和促进剂TMTD 0.3份。
本实施例天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：室温下，将0.35g钛酸酯偶联剂TG-38S用300ml乙酸乙酯稀释后，再加入5g玄武岩纤维，高速搅拌5h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备，同实施例1。
对比例1
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1.5份，防老剂40201.5份，促进剂NS 1份，炭黑N33040份，玄武岩纤维6份，硫磺2份和促进剂TMTD 0.3份。
本对比例天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)按配比准备天然橡胶复合材料的原料，在开炼机中加入天然橡胶，玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼温度40-50℃，混炼25min，混炼结束后静置16h以上，得到混炼胶；
(b)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化，硫化温度为145℃，硫化压力12MPa，硫化时间6min，得到产品。
对比例2
一种天然橡胶复合材料，由以下重量份的组分组成：天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1.5份，防老剂40201.5份，促进剂NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武岩纤维6份，硫磺2份和促进剂TMTD 0.3份。
本对比例天然橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：室温下，将0.25g硅烷偶联剂KH550用300ml乙酸乙酯稀释后，再加入5g玄武岩纤维，高速搅拌5h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备，同实施例1。
不同实施例和对比例1和2制得的产品的性能数据见表1。
表1产品的性能数据表
从表1中可以看出，并与对比例1和2比较，当玄武岩纤维经过钛酸酯偶联剂改性处理后，玄武岩纤维与天然橡胶的结合强度提高，天然橡胶复合材料的拉伸强度、邵氏A硬度、直角撕裂强度上升，断裂伸长率下降，复合材料的tanδ值下降。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种天然橡胶复合材料，其特征在于：由以下重量份的组分组成：
所述促进剂为促进剂NS和促进剂TMTD；
所述改性的玄武岩纤维为钛酸酯偶联剂改性的玄武岩纤维，所述钛酸酯偶联剂为TG-38S。
2.根据权利要求1所述的天然橡胶复合材料，其特征在于：由以下重量份的组分组成：
3.根据权利要求1所述的天然橡胶复合材料，其特征在于：所述玄武岩纤维为短切丝，单丝直径15μm，长3mm。
4.根据权利要求1所述的天然橡胶复合材料，其特征在于：所述促进剂NS和促进剂TMTD的质量比为10:3。
5.根据权利要求1所述的天然橡胶复合材料，其特征在于：所述炭黑为炭黑N330。
6.根据权利要求1所述的天然橡胶复合材料，其特征在于：所述防老剂为防老剂4020。
7.权利要求1-6任意一项所述的天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)改性玄武岩纤维的制备：将0.15-0.45g钛酸酯偶联剂用200-300mL的乙酸乙酯稀释后，再加入3-5g的玄武岩纤维，高速搅拌4-6h，反应结束后用去离子水将反应产物洗涤过滤，80～90℃干燥48h，得到改性玄武岩纤维；
(2)天然橡胶复合材料的制备：
(a)按配比准备天然橡胶复合材料的原料，在开炼机中加入天然橡胶，然后依次加入步骤(1)中得到的所述改性玄武岩纤维、氧化锌、硬脂酸、防老剂、促进剂NS、炭黑、促进剂TMTD和硫磺，混炼温度40-50℃，混炼25min，混炼结束后静置16h以上，得到混炼胶；
(b)将步骤(a)中所述的混炼胶置于平板硫化机上硫化，得到产品。
8.根据权利要求7所述的天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中将0.15-0.45g钛酸酯偶联剂用300mL的乙酸乙酯稀释后，再加入5g的玄武岩纤维。
9.根据权利要求7所述的天然橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(b)中所述硫化温度为145℃，硫化压力12MPa，硫化时间5～8min。
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