CN106674861B - 轻质橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻质橡胶复合材料及其制备方法，其步骤包含齐备一热塑性弹性橡胶复合物以及一聚烯酯复合物，其中热塑性弹性橡胶复合物是在150℃至220℃混合，其中聚烯酯复合物是以130℃至190℃混合；以及将该热塑性弹性橡胶复合物以及该聚烯酯复合物在150℃至210℃混合，以获得一轻质橡胶复合材料。该制备方法所制得的橡胶复合材料可提升均匀程度且能达到轻质、提升强拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度等功效，以解决现有技术的橡胶复合材料无法同时达到轻质与物理性能兼备的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶复合材料的制备方法，尤指一种轻质橡胶复合材料的制备方法；本发明还涉及一种轻质橡胶复合材料。
背景技术
在传统橡胶复合材料的制造产业中，基于技术成熟与易于加工的考量，对于橡胶复合材料的开发大部分是利用熔融掺合(melt blending)技术，即俗称的热熔混练或混练技术进行，并借助具备扭力熔混的设备如捏合机(kneader)、单双螺杆压出机(single ortwin screw extruder)等，以混合不同高分子材料，使其在熔融状态下混合。
然而，现有的熔融掺合技术是将高分子材料混合后，以一次熔混方式进行熔混加工，然而所制造出的橡胶复合材料的物理性(诸如比重、拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度)等无法同时达到标准要求。
因此，开发一种能同时提高橡胶复合材料的物理性能的制造方法是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述的问题，本发明主要的目的在于制备一比重轻且增强拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度的轻质橡胶复合材料。
为达到上述目的，本发明提出一种轻质橡胶复合材料的制备方法，其步骤包含：
分别齐备一热塑性弹性橡胶复合物以及一聚烯酯复合物，所述的热塑性弹性橡胶复合物是在150℃至220℃熔混而成，所述的聚烯酯复合物是在130℃至190℃熔混而成；以及
将该热塑性弹性橡胶复合物以及该聚烯酯复合物在150℃至210℃进行熔混，以获得一轻质橡胶复合材料。
优选的，所述的热塑性弹性橡胶复合物包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(styrene-butadiene-styrene copolymer,SBS)。
优选的，所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含苯乙烯及丁二烯，且该苯乙烯及丁二烯的重量比为20至60：40至80。
优选的，所述的聚烯酯复合物包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinylacetate copolymer,EVA)。
优选的，所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物包含乙烯及醋酸乙烯，且该乙烯及醋酸乙烯的重量比为70至90：10至30。
优选的，所述的热塑性弹性橡胶复合物与聚烯酯复合物混合的重量比为8.5至12.0：1.0至5.0。
优选的，所述的热塑性弹性橡胶复合物在150℃至220℃熔混是以转速为每分钟230转(rpm)至每分钟350转进行混合。
优选的，所述的在150℃至230℃熔混以齐备该热塑性弹性橡胶复合物的步骤中，是由150℃至175℃升温至210℃至230℃再降温至180℃至200℃。
优选的，在将该热塑性弹性橡胶复合物以及该聚烯酯复合物在150℃至210℃熔混的步骤中，是由165℃至180℃升温至200℃至210℃再降温至175℃至195℃。
优选的，所述的聚烯酯复合物在130℃至190℃熔混是以转速为每分钟120转至每分钟180转进行混合。
优选的，本发明所述的制备方法中将该热塑性弹性橡胶复合物以及该聚烯酯复合物在150℃至210℃熔混的步骤中还包含：
将该热塑性弹性橡胶复合物与聚烯酯复合物混合后以形成一复合前驱物，该复合前驱物再与一添加剂组合物熔混，以形成该轻质橡胶复合材料。
优选的，所述的添加剂组合物包含一相容剂、一基础油或其组合，其中相容剂包含，但不限于苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(styrene-ethylene-butylene-styrenecopolymer,SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物(styrene-ethylene-propylene-styrene copolymer,SEPS)或其组合；其中基础油包含，但不限于白油、石蜡、硅油或其组合。
优选的，所述的热塑性弹性橡胶复合物与聚烯酯复合物混合后所形成的复合前驱物再与该添加剂组合物混合的重量比为9.5至12.5：0.5至3.0。
本发明还提供一种通过所述的轻质橡胶复合材料的制备方法所制备的轻质橡胶复合材料，其包含该热塑性弹性橡胶复合物及聚烯酯复合物，所述的热塑性弹性橡胶复合物与聚烯酯复合物的重量比为7.7至9.2：0.8至2.3。
优选的，所述的轻质橡胶复合材料还包含添加剂组合物；其中热塑性弹性橡胶复合物与该聚烯酯复合物混合后以形成复合前驱物，该复合前驱物再与该添加剂组合物混合的重量比为9至12：1至2。
优选的，所述的添加剂组合物包含相容剂或基础油，其中相容剂包含，但不限于SEBS、SEPS或其组合；其中基础油包含，但不限于白油、石蜡、硅油或其混合。
本发明利用熔融掺合技术，分别先将相容性较高的热塑性弹性橡胶复合物以及聚烯酯复合物等高分子材料分段进行熔混，以制备成均匀程度高的复合前驱物，之后再将各均匀程度高的复合前驱物与添加剂组合物混合并进行熔混，以提升所制造出的橡胶复合材料的均匀程度。此外，依据本发明所述的制备方法所制备的橡胶复合材料能达到轻质且强拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度等物理性能皆提升的特性。
具体实施方式
以下配合本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
实施例1：制备轻质橡胶复合材料颗粒(样品1)
将苯乙烯及丁二烯以重量比为43：57比例在双螺杆押出机内混合，以转速为每分钟350转、温度梯度由175℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，以形成一热塑性弹性橡胶复合物。在具体实施例中，再利用水冷切粒机对热塑性弹性橡胶复合物进行切粒，以形成一热塑性弹性橡胶复合物颗粒。
将乙烯及醋酸乙烯酯以重量比为75：25比例在万马力捏合机内混合，以形成一聚烯酯复合物，将该聚烯酯复合物以转速为每分钟180转、温度为175℃进行熔混15分钟，以形成一聚烯酯复合物。在具体的实施例中，再利用风冷切粒机进行切粒，以形成一聚烯酯复合物颗粒。
将SEBS与白油以重量比为1：1比例混合形成一添加剂组合物(AC1)，再将该热塑性弹性橡胶复合物、聚烯酯复合物以及AC1以重量比例为9：1：2在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟300转、温度梯度由180℃升温至210℃再降温至170℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成一轻质橡胶复合材料颗粒。
实施例2：制备轻质橡胶复合材料颗粒(样品2)
将苯乙烯及丁二烯以重量比为49：51比例在双螺杆押出机内混合，以转速为每分钟350转、温度梯度由175℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，以形成热塑性弹性橡胶复合物。在具体的实施例中，再利用水冷切粒机进行切粒，以形成热塑性弹性橡胶复合物颗粒。
将乙烯及醋酸乙烯酯以重量比为80：20比例在万马力捏合机内混合，以转速为每分钟180转、温度为175℃进行熔混15分钟，以形成聚烯酯复合物。在具体的实施例中，再利用风冷切粒机进行切粒，以形成聚烯酯复合物颗粒。
将该热塑性弹性橡胶复合物、聚烯酯复合物以及AC1以重量比例为10：3：2在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟300转、温度梯度由180℃升温至210℃再降温至170℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成轻质橡胶复合材料颗粒(样品2)。
实施例3：轻质橡胶复合材料颗粒(样品3)
如实施例1所述的方法制备分别获得热塑性弹性橡胶复合物及聚烯酯复合物后，将SEBS与白油以重量比为1：2比例混合形成一添加剂组合物(AC2)，再将该热塑性弹性橡胶复合物、聚烯酯复合物以及AC2以重量比例为9：1：2在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟300转、温度梯度由180℃升温至210℃再降温至170℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成一轻质橡胶复合材料颗粒(样品3)。
实施例4：轻质橡胶复合材料颗粒(样品4)
如实施例1所述的方法制备分别获得热塑性弹性橡胶复合物及聚烯酯复合物后，将SEPS与石蜡以重量比为1.5：1.0比例混合形成一添加剂组合物(AC3)，再将该热塑性弹性橡胶复合物、聚烯酯复合物以及AC3以重量比例为9：1：2在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟300转、温度梯度由180℃升温至210℃再降温至170℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成一轻质橡胶复合材料颗粒(样品4)。
实施例5：轻质橡胶复合材料颗粒(样品5)
如实施例1所述的方法所获得的热塑性弹性橡胶复合物，以转速为每分钟350转、温度梯度由165℃升温至230℃再降温至195℃进行熔混，以形成热塑性弹性橡胶复合物。在具体的实施例中，再利用水冷切粒机进行切粒，以形成热塑性弹性橡胶复合物颗粒。
如实施例1所述的方法所获得的聚烯酯复合物放入在万马力捏合机内混合，并以转速为每分钟180转、温度为195℃进行熔混15分钟，以形成聚烯酯复合物。在具体的实施例中，再利用风冷切粒机进行切粒，以形成聚烯酯复合物颗粒。
将该热塑性弹性橡胶复合物、聚烯酯复合物以及添加剂组合物(AC1)以重量比例为9：1：2在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟300转、温度梯度由170℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成轻质橡胶复合材料颗粒(样品5)。
实施例6：轻质橡胶复合材料颗粒(样品6)
如实施例1所述的方法所获得的热塑性弹性橡胶复合物，以转速为每分钟230转、温度梯度由175℃升温至220℃再降温至195℃进行熔混，以形成热塑性弹性橡胶复合物。在具体的实施例中，再利用水冷切粒机进行切粒，以形成热塑性弹性橡胶复合物颗粒。
如实施例1所述的方法所获得的聚烯酯复合物，以转速为每分钟120转、温度为175℃进行熔混15分钟，再利用风冷切粒机进行切粒，以形成聚烯酯复合物。在具体的实施例中，以形成聚烯酯复合物颗粒。
将该热塑性弹性橡胶复合物、聚烯酯复合物以及添加剂组合物(AC1)以重量比例为9：1：2在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟200转、温度梯度由180℃升温至210℃再降温至170℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成轻质橡胶复合材料颗粒(样品6)。
比较例1：橡胶复合材料颗粒(样品7)
将苯乙烯及丁二烯以重量比为40：60混合为一SBS共聚物，将该SBS共聚物以及白油(white oil)以重量比为9.1：0.9在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟350转、温度梯度由180℃升温至210℃再降温至185℃进行熔混，以形成热塑性弹性橡胶复合物。在具体的实施例中，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成橡胶复合材料颗粒(样品7)。
比较例2：橡胶复合材料颗粒(样品8)
如实施例1所述的方法所获得的热塑性弹性橡胶复合物在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟350转、温度梯度由105℃升温至130℃再降温至125℃进行熔混，以形成热塑性弹性橡胶复合物。在具体的实施例中，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成热塑性弹性橡胶复合物颗粒。
如实施例1所述的方法所获得的聚烯酯复合物在万马力捏合机内混合，并以转速为每分钟180转、温度为100℃进行熔混15分钟，以形成聚烯酯复合物。在具体的实施例中，再利用风冷切粒机进行切粒，以形成聚烯酯复合物颗粒。
将该热塑性弹性橡胶复合物、聚烯酯复合物以及添加剂组合物(AC1)以重量比例为9：1：2在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟300转、温度梯度由100℃升温至125℃再降温至120℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成一橡胶复合材料颗粒(样品8)。
比较例3：橡胶复合材料颗粒(样品9)
如实施例1所述的方法所获得的热塑性弹性橡胶复合物与聚烯酯复合物以重量比例为9：1在双螺杆押出机内混合，并以转速为每分钟300转、温度梯度由180℃升温至210℃降温至170℃进行熔混，以形成轻质橡胶复合材料。在具体的实施例中，该轻质橡胶复合材料，可利用水冷切粒机进行切粒，以形成橡胶复合材料颗粒(样品9)。
在样品1、2以及样品7分别加入2‰偶氮二甲酰胺(azodicarbonamide)后，依据SATRA TM 134(1998)标准测试方式分别测试样品1、2以及样品7的比重；依据ASTM D412标准测试方式测试样品1至样品9的拉伸强度以及断裂伸长率；依据ASTM D624标准测试方式测试样品1至样品9的撕裂强度，结果如下表1所示。
表1橡胶复合材料颗粒的性能比较
比重测试结果：
实施例1及实施例2所制备的轻质橡胶复合材料颗粒(样品1及样品2)比重分别为每立方公分0.63及0.68克(g/cm3)，其分别相较于比较例1(样品7)所制备的橡胶复合材料颗粒的比重(每立方公分0.82克)，相差每立方公分0.19克及每立方公分0.14克，分别降低约23％及17％。因此，以本发明所述的制备方法所得的样品1及样品2相较于样品7具有轻质的特性。
拉伸强度测试结果：
实施例1至实施例6所制备的轻质橡胶复合材料颗粒(样品1至样品6)的拉伸强度介于每平方公分79公斤至每平方公分85公斤(kg/cm2)之间，其相较于比较例1所制备的橡胶复合材料颗粒(样品7)的拉伸强度(每平方公分55公斤)，约提升了43％至54％。由样品1至样品6的拉伸强度结果显示，使用者即使调整添加剂组合物种类或调整本发明的制备方法的温度(样品5)与转速(样品6)，也可制备出相较于样品7具有更佳拉伸强度的轻质橡胶复合材料颗粒。
断裂伸长率测试结果：
实施例1至实施例6所制备的轻质橡胶复合材料颗粒(样品1至样品6)的断裂伸长率介于710％至770％之间，其明显优于比较例1所制备的橡胶复合材料颗粒(样品7)的断裂伸长率(700％)。其中，样品1相较于样品7约提升了70％的断裂伸长率。
撕裂强度测试结果：
实施例1至实施例6所制备的轻质橡胶复合材料颗粒(样品1至样品6)的撕裂强度介于每公分32公斤(kg/cm)至每公分35公斤之间，其相较于比较例1所制备的橡胶复合材料颗粒(样品7)的撕裂强度(每公分30公斤)更为提升6％至16％。由样品1至样品6的撕裂强度结果显示，使用者即使调整添加剂组合物种类或调整本发明的制备方法的温度与转速，也可制备出相较于样品7更佳撕裂强度的轻质橡胶复合材料颗粒。
较低的分段熔混温度对于轻质橡胶复合材料的拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度的影响：
比较例2(样品8)与实施例1(样品1)的制备方法的差异在于比较例2的分段熔混温度低于本发明所界定的熔混温度，结果显示，样品8的拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度皆明显低于样品1。因此，本发明所界定的分段熔混的温度是制造轻质橡胶复合材料的重要技术特征。此外，样品8的拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度也明显低于实施例2至实施例6所制备的样品2至样品6，结果显示，比较例2的较低的分段熔混温度将导致所制成的样品2中所包含的热塑性弹性橡胶复合物、热塑性弹性橡胶复合物以及AC1的混合均匀程度不佳。
分段熔混对于轻质橡胶复合材料的拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度的影响：
比较例3(样品9)与实施例1(样品1)的制备方法的差异在于比较例3并未进行分段熔混，结果显示，样品9的拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度皆明显低于样品1。
由此可见，通过采取分段熔混及控制各熔混步骤的温度，该制备方法所制得的轻质橡胶复合材料能获得轻质、高拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度等优异特性，进而提升该轻质橡胶复合材料的应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种轻质橡胶复合材料的制备方法，其特征在于该轻质橡胶复合材料以分段熔混方式与控制各熔混步骤的温度制成，其步骤包含：
分别齐备一热塑性弹性橡胶复合物、一聚烯酯复合物以及一添加剂组合物，其中热塑性弹性橡胶复合物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物且是在150℃至230℃熔混而成，其中该150℃至230℃熔混是由150℃至175℃升温至210℃至230℃再降温至180℃至200℃，该聚烯酯复合物为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物且是在130℃至190℃熔混而成，其中该添加剂组合物包含一相容剂和一基础油之组合，该相容剂包含苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物或其组合；该基础油包含白油、石蜡、硅油或其组合；以及
将该热塑性弹性橡胶复合物以及该聚烯酯复合物混合后以形成一复合前驱物，该复合前驱物再与一添加剂组合物在150℃至210℃进行熔混，其中该150℃至210℃熔混是由165℃至180℃升温至200℃至210℃再降温至175℃至195℃，且该复合前驱物与该添加剂组合物混合的重量比为9.5至12.5：0.5至3.0，以获得一轻质橡胶复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物包含苯乙烯及丁二烯，且该苯乙烯及丁二烯的重量比为20至60：40至80。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物包含乙烯及醋酸乙烯，且该乙烯及醋酸乙烯的重量比为70至90：10至30。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该热塑性弹性橡胶复合物与聚烯酯复合物混合的重量比为8.5至12.0：1.0至5.0。
5.一种根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法所制备的轻质橡胶复合材料，其特征在于，该热塑性弹性橡胶复合物与该聚烯酯复合物的重量比为7.7至9.2：0.8至2.3。
6.根据权利要求5所述的轻质橡胶复合材料，其特征在于，该复合前驱物与该添加剂组合物混合的重量比为9至12：1至2。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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