CN106700482B - 耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料及其制备方法 - Google Patents
耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料及其制备方法，属于空气弹簧领域，能够同时提高汽车用空气弹簧的耐低温性能、耐高温老化性能和耐油性能，从而显著提高其使用寿命。本发明的耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料，包括按重量份计的如下组分：氯醚橡胶70‑95份；顺丁橡胶5‑30份；炭黑50‑100份；纳米填料50‑90份；增塑剂25‑45份；防老剂3‑6份；硬脂酸1‑5份；硫化剂5‑10份。
Description
技术领域
本发明涉及空气弹簧领域，尤其涉及一种耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料及其制备方法。
背景技术
汽车用空气弹簧是汽车空气悬挂的重要组成部分，与钢板弹簧相比空气弹簧可以提高汽车行驶的平顺性，具有可变刚度等优点。但是汽车在使用和停放过程中空气弹簧会受到低温环境、高温老化和油污影响，而使空气弹簧气囊发生漏气或破损失效。
常规汽车用空气弹簧气囊胶料一般采用天然橡胶或氯丁橡胶，其中天然橡胶具有较好的耐低温性能，但耐高温性能和耐油性能较差；氯丁橡胶具有一定的耐油性能，但耐低温性能和耐高温性能较差。这些胶料虽然各自具有优异的性能，但不能兼具耐油性能、耐高温性能和耐低温性能。随着汽车工业的发展，对汽车用空气弹簧的各项性能提出了更苛刻的性能要求，因此空气弹簧胶料需要具有优异的综合性能。
针对该问题，现有技术做了很多研究和改进，如专利CN105754163A提供了一种汽车用耐油空气弹簧胶料，但该种汽车用耐油空气弹簧胶料解决了空气弹簧的耐油问题，没有解决空气弹簧的耐低温和耐高温问题，其实际应用过程总仍然存在不耐低温或不耐高温等性能上的缺陷。因此，提供一种同时具有耐低温、耐高温并耐油性能且性能优异的空气弹簧胶料用于汽车，提高汽车的安全性能至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料及其制备方法,能够同时提高汽车用空气弹簧的耐低温性能、耐高温老化性能和耐油性能，从而显著提高其使用寿命。
本发明的技术方案是，耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料，包括按重量份计的如下组分：氯醚橡胶70-95份；顺丁橡胶5-30份；炭黑50-100份；纳米填料50-90份；增塑剂25-45份；防老剂3-6份；硬脂酸1-5份；硫化剂5-10份。
优选的，所述的汽车用空气弹簧胶料由如下组分按重量份计组成：氯醚橡胶80份；顺丁橡胶20份；炭黑75份；纳米填料70份；增塑剂35份；防老剂6份；硬脂酸2.5份；硫化剂7份。
优选的，所述的氯醚橡胶为三元共聚氯醚橡胶。
优选的，所述炭黑为炭黑N550和炭黑N774的混合物，按照重量分数比1:1.5混合而成。
优选的，所述纳米填料为薄片状结构纳米材料。
优选的，所述的增塑剂选用耐寒增塑剂TP-95。
优选的，所述的防老剂为防老剂445和石蜡的混合物，按照重量分数比2:1混合而成。
优选的，所述的硫化剂为CaO、Pb3O4和硫化剂ETU的混合物，按照重量分数比3:3:1混合而成。
本发明另一方面提供了上述汽车用空气弹簧胶料的制备方法，包括如下步骤：
(1)：将密炼机温度升至80℃以上；(2)：将氯醚橡胶、顺丁橡胶和硬脂酸投入密炼机中，混炼0.5-1min；(3)：将防老剂、纳米填料和1/2炭黑投入密炼机中，混炼2-3min；(4)：将剩余1/2炭黑和增塑剂加入密炼机中，混炼2-3min；(5)：当胶料温度升至105℃时排胶；(6)：在开炼机上将硫化剂加入密炼好的胶料中，薄通3遍、下片，辊温50-60℃。
本发明另一方面还提供了上述汽车用空气弹簧胶料在制备耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧中的应用。
相比于现有技术，本发明的有益效果是：1、本发明在满足汽车空气弹簧对胶料性能要求的基础上有效的同时提高了胶料的耐老化性能(热空气老化和臭氧老化性能)、耐低温性能(低温脆性、压缩耐寒系数)和耐油性能(耐油体积变化率和耐油质量变化率),显著提高了汽车用空气弹簧的使用寿命,降低了空气弹簧的使用成本；2、本发明胶料生产的汽车空气弹簧在-50℃低温气密性、常温气密性、滴油后疲劳性能明显要好于传统胶料生产的空气弹簧。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料，包括按重量份计的如下组分：氯醚橡胶70-95份；顺丁橡胶5-30份；炭黑50-100份；纳米填料50-90份；增塑剂25-45份；防老剂3-6份；硬脂酸1-5份；硫化剂5-10份。采用顺丁橡胶与氯醚橡胶并用，能够进一步提高了胶料的耐低温性能。同时在胶料中加入纳米填料，利用纳米填料特殊的纳米结构与胶料协同作用提高了胶料的抗疲劳性能和耐热性能。从而使得本发明的汽车用空气弹簧胶料能够耐低温、耐高温并耐油抗老化。
作为优选的实施例，汽车用空气弹簧胶料由如下组分按重量份计组成：氯醚橡胶80份；顺丁橡胶20份；炭黑75份；纳米填料70份；增塑剂35份；防老剂6份；硬脂酸2.5份；硫化剂7份。该组合物中，橡胶的总含量为100份，加入炭黑和纳米填料提高胶料性能，再加入其他辅助物质能够保证汽车用弹簧胶料组合物在此配比下达到优化的耐高温、耐低温和耐性效果。可以理解的是，本实施例只列举了能够获得性能更为优异的汽车用空气弹簧胶料的其中一种配方，至于更多种的可行性配方，本领域技术人员可在上述提供的配方范围中根据实际情况进行调节。
作为优选的实施例，氯醚橡胶为三元共聚氯醚橡胶，是由环氧氯丙烷、环氧乙烷或它们和烯丙基缩水甘油醚三元共聚而成的弹性体材料。具有耐油、耐臭氧性能，耐热性能比丁腈橡胶好，透气性小。其加入后与硫化后其耐寒性、耐磨性和弹性特别优异的顺丁橡胶配合得到的胶料兼具耐寒、耐热和耐油的性能，同时配以其他组分对二者的性能进行优化和协同提升。
作为优选的实施例，炭黑为炭黑N550和炭黑N774的混合物，按照重量分数比1:1.5混合而成。加入炭黑可帮助其达到理想的机械性能，从而保证胶料稳定，炭黑N550易分散，能赋予胶料较高的挺性，而N774炭黑硫化胶伸长率高、生热低、弹性高、耐老化性能良好。加入上述炭黑的混合物与氯醚橡胶和顺丁橡胶配合硫化后，增加橡胶的各项性能。
作为优选的实施例，所述纳米填料为薄片状结构纳米材料。具体的，本发明的纳米填料为纳米填料GW-9，是福建长泰万泰矿物制品有限公司对天然微小结晶粒子(厚度20-40nm，直径1-2um)矿物材料经过再聚集、组合形成一种高径厚比的薄片状结构纳米材料，其物性指标如表1。纳米填料GW-9的特殊片层结构和比表面积给胶料提供了优良的耐疲劳性能、耐热性能和气体阻隔性能。
表1纳米填料GW-9物性指标
作为优选的实施例，增塑剂选用耐寒增塑剂TP-95。添加增塑剂能够增大橡胶分子之间的距离，减少分子之间的作用力，并产生润滑作用，使分子链之间容易滑动，同时也增加了橡胶大分子的柔顺性。增塑剂是影响硫化胶耐寒性能最重要的配合剂之一，它的配合能够大大的提高硫化胶的耐寒性，同时也能改善胶料的流动性和加工性。对于增塑剂而言，可优选耐寒增塑剂TP-95，但是可以理解的是，增塑剂也可选用本领域其他的耐寒的增塑剂种类。
作为优选的实施例，防老剂为防老剂445和石蜡的混合物，按照重量分数比2:1混合而成。添加一定量的防老剂可以保证橡胶的稳定效果。
作为优选的实施例，硫化剂为CaO、Pb3O4和硫化剂ETU的混合物，按照重量分数比3:3:1混合而成。硫化剂能显著改善关联性能，提高耐热性，适用于高温硫化体系，还能减少过氧化物的用量，防止胶料在加工过程中的焦烧。
本发明的另一实施例还提供了耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将密炼机温度升至80℃以上。
本步骤中，将密炼机提升到一定温度保证混炼方法的进行。
S2：将氯醚橡胶、顺丁橡胶和硬脂酸投入密炼机中，混炼。
本步骤中，先将橡胶进行混炼，加入硬脂酸可以防止后期的粘辊现象，提高胶料混炼效率，避免影响胶料质量。
S3：将防老剂、纳米填料和1/2炭黑投入密炼机中，混炼。
本步骤中，加入防老剂和纳米填料及部分炭黑混合完全，混炼可以将提高填料与橡胶的分散，提高胶料性能。
S4：将剩余1/2炭黑和增塑剂加入密炼机中，混炼。
本步骤中，加入剩余炭黑和增塑剂组分混合完全，混炼可以将胶料的性能进行融合和提升。
S5当胶料温度升至105℃时排胶。
本步骤中，温度升高，胶料混炼完成，进行排胶，进行下一步的处理。
S6：在开炼机上将硫化剂加入密炼好的胶料中，薄通、下片，辊温50-60℃。
在本步骤中，加入硫化机进行硫化，进一步提升胶料的性能。
作为可选的实施例，步骤S2混炼的时间可以为0.5-1min，步骤S3混炼的时间可以为2-3min，步骤S4混炼的时间可以为2-3min，步骤S6薄通的次数可以为3次，上述参数的设置时为了保证胶料的性能，具体的混炼时间可以依据物料的量进行调整，薄通的次数也是可以根据胶料的成型情况作出的调整。
本发明的另一实施例还提供了耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料在制备汽车用空气弹簧中的应用，尤其是用于汽车用空气弹簧气囊。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料，以下将结合具体实施例进行说明。
实施例1
汽车用空气弹簧胶料，其组成及质量配比为：氯醚橡胶80份；顺丁橡胶20份；炭黑N550 30份；炭黑N774 45份；纳米填料GW-9 70份；增塑剂TP-95 35份；防老剂445 4份；石蜡2份；硬脂酸2.5份；CaO3份；Pb3O4 3份；硫化剂ETU 1份。
耐寒增塑剂TP-95为己二酸二(丁氧基乙氧基乙)酯，购买厂家：浩思特化学品(上海)有限公司,批号：1A1837004662。
其制备工艺步骤如下：
步骤1：将密炼机温度升至80℃以上；
步骤2：将氯醚橡胶、顺丁橡胶和硬脂酸投入密炼机中，混炼0.5-1分钟；
步骤3：将防老剂、纳米填料GW-9和1/2炭黑投入密炼机中，混炼2-3min；
步骤4：将剩余1/2炭黑和增塑剂加入密炼机中，混炼2-3min；
步骤5：当胶料温度升至105℃排胶；
步骤6：在开炼机上将硫化剂加入密炼好的胶料中，薄通3遍、下片，辊温50-60℃。
对比例1：传统汽车空气弹簧胶料，橡胶种类不同，硫化剂种类不同，其主要原材料组成及质量配比为：氯丁橡胶100份；炭黑N550 30份；炭黑N774 45份；纳米填料GW-9 70份；增塑剂TP-95 35份；防老剂A 4份；石蜡2份；ZnO 5份；MgO 3份；硫化剂ETU 1份。
本发明橡胶材料与传统橡胶材料基本性能对比如表2所示。
表2胶料基本性能对比
从表2中数据可以看出，本发明胶料在不影响其它性能的基础上明显的提高了胶料的耐油性能、热空气老化性能和耐低温性能。
本发明胶料生产的汽车空气弹簧与传统胶料生产的汽车空气弹簧性能对比如表3所示。
表3汽车用空气弹簧性能对比
从表3汽车用空气弹簧性能对比试验可以看出，由于氯醚橡胶存在主链氯醚和极性侧基，提高了空气弹簧的气密性、耐低温性能、耐油性能和气囊帘布层间粘合强度。
实施例2：
一种汽车用空气弹簧胶料，其组成及质量配比为：氯醚橡胶95份；顺丁橡胶5份；炭黑N550 20份；炭黑N774 30份；纳米填料GW-9 50份；增塑剂TP-95 25份；防老剂445 2份；石蜡1份；硬脂酸1份；CaO 2.2份；Pb3O4 2.2份；硫化剂ETU 0.7份。
制备方法如实施例1所述。
对比例2，传统汽车空气弹簧胶料不添加纳米填料，其主要原材料组成及质量配比为：氯醚橡胶100份；炭黑N550 70份；增塑剂DOP15份；防老剂445 2份；石蜡1份；硬脂酸1份；CaO 2.2份；Pb3O4 2.2份；硫化剂ETU 0.6份。
本发明橡胶材料与传统橡胶材料基本性能对比如表4所示。
表4胶料基本性能对比
从表4中数据可以看出，本发明胶料在不影响耐油性能、热空气老化性能混入臭氧老化性能的基础上明显的提高了胶料的耐低温性能和疲劳性能(屈挠龟裂)。
上述胶料生产的汽车空气弹簧与传统胶料生产的空气弹簧性能对比如表5所示。
表5汽车用空气弹簧性能
| 项目 | 单位 | 对比例2 | 实施例2 |
| 空气弹簧24h内压降 | MPa | 0.005 | 0 |
| 空气弹簧爆破压力 | MPa | 2.4 | 2.5 |
| 空气弹簧气囊帘布层间粘合强度 | kN/m | 6.2 | 7.8 |
| 空气弹簧疲劳试验 | 万次 | 250 | 320 |
| 滴油后空气弹簧疲劳试验 | 万次 | 230 | 310 |
| 空气弹簧-50℃气密性 | / | 漏气 | 不漏气 |
从表5汽车用空气弹簧性能对比试验可以看出，由于在配方中加入顺丁橡胶和纳米填料GW-9，提高了空气弹簧的气密性、耐低温性能和疲劳性能。
实施例3：
一种汽车用空气弹簧胶料，其组成及质量配比为：氯醚橡胶70份；顺丁橡胶30份；炭黑N550 40份；炭黑N774 60份；纳米填料GW-9 90份；增塑剂TP-95 45份；防老剂445 4份；石蜡2份；硬脂酸5份；CaO 4份；Pb3O4 4份；硫化剂ETU 2份。
制备方法如实施例1所述，
对比例3：传统汽车空气弹簧胶料，不添加纳米填料和增塑剂，其主要原材料组成及质量配比为：天然橡胶70份；顺丁橡胶30份；炭黑N550 40份；炭黑N774 60份；环烷油25份；防老剂RD 4份；石蜡2份；硬脂酸5份；硫黄2.5份；促进剂CZ 1.2份。
本发明实施例3的胶料与对比例3传统橡胶材料基本性能对比如表6所示。
表6胶料基本性能对比
从表6中数据可以看出，由于氯醚橡胶与纳米填料GW-9的协同作用，提高了胶料的耐油性能、耐老化性能和耐臭氧性能。
上述胶料生产的汽车空气弹簧与传统胶料生产的空气弹簧性能对比如表7所示。
表7汽车用空气弹簧性能
从表7汽车用空气弹簧性能对比试验可以看出，所研制的新配方提高了空气弹簧的气密性、耐低温性能、耐油性能和气囊帘布层间粘合强度。
综上，本发明的汽车用空气弹簧胶料制备的空气弹簧比现有的空气弹簧胶料制备得到空气弹簧性能良好，并显著提高了空气弹簧的气密性、耐低温、耐高温以及耐油性能,延长了空气弹簧的使用寿命,减低了汽车用空气弹簧的成本。
Claims (10)
1.耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，包括按重量份计的如下组分：氯醚橡胶70-95份；顺丁橡胶5-30份；炭黑50-100份；纳米填料50-90份；增塑剂25-45份；防老剂3-6份；硬脂酸1-5份；硫化剂5-10份。
2.根据权利要求1所述的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，所述的耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧胶料由如下组分按重量份计组成：氯醚橡胶80份；顺丁橡胶20份；炭黑75份；纳米填料70份；增塑剂35份；防老剂6份；硬脂酸2.5份；硫化剂7份。
3.根据权利要求1或2所述的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，所述的氯醚橡胶为三元共聚氯醚橡胶。
4.根据权利要求1或2所述的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，所述炭黑为炭黑N550和炭黑N774的混合物，按照重量份数比1:1.5混合而成。
5.根据权利要求1或2所述的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，所述纳米填料为薄片状结构纳米材料。
6.根据权利要求1或2所述的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，所述的增塑剂选用耐寒增塑剂TP-95。
7.根据权利要求1或2所述的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，所述的防老剂为防老剂445和石蜡的混合物，按照重量份数比2:1混合而成。
8.根据权利要求1或2所述的汽车用空气弹簧胶料，其特征在于，所述的硫化剂为CaO、Pb3O4和硫化剂ETU的混合物，按照重量份数比3:3:1混合而成。
9.权利要求1-8任意一项汽车用空气弹簧胶料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)：将密炼机温度升至80℃以上；(2)：将氯醚橡胶、顺丁橡胶和硬脂酸投入密炼机中，混炼；(3)：将防老剂、纳米填料和1/2炭黑投入密炼机中，混炼；(4)：将剩余1/2炭黑和增塑剂加入密炼机中，混炼；(5)：当胶料温度升至105℃时排胶；(6)：在开炼机上将硫化剂加入密炼好的胶料中，薄通、下片，辊温50-60℃。
10.权利要求1-8任意一项汽车用空气弹簧胶料在制备耐低温、耐高温并耐油的汽车用空气弹簧中的应用。
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