CN106832619A - 耐热低压变橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐热低压变橡胶，包括以下述重量份数表示的组分：三元乙丙橡胶100份；陶土40‑80份；镁强粉40‑80份；炭黑30‑50份；石蜡油20‑30份；氧化锌5‑8份；氧化镁10‑15份；硬脂酸1‑3份；分散剂2‑4份；聚乙二醇2‑4份；三烯丙基异氰脲酸酯1‑3份；防老剂3‑6份；硫化剂5‑10份；硫化剂为过氧化二异丙苯。三元乙丙橡胶配合制备工艺，制得长时间耐150℃高温，并且扯断永久变形较低的橡胶。

Description

耐热低压变橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐热低压橡胶领域，更具体的说，它涉及一种耐热低压变橡胶及其制备方法。

背景技术

在汽车行业中，随着汽车轻量化的发展，汽车内部的零件也逐渐使用橡胶等耐热轻质的材料代替。三元乙丙橡胶具有耐热、耐磨以及耐候性较好的特点，可以用在液压制动软管、发动机冷却系统的密封圈，以及输送冷却液软管中。

申请公布号为CN102002194A的专利公开了一种三元乙丙橡胶组合物，该专利通过将传统硫化过程中使用的硫磺替换为交联剂BIBP和助交联剂TAIC，并且调整该专利中的组分和配比达到耐高温的要求。但是在高温条件下，橡胶容易软化变形，可能导致其不能正常使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热低压变橡胶及其制备方法，三元乙丙橡胶配合制备工艺，制得长时间耐150℃高温，并且扯断永久变形较低的橡胶。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种耐热低压变橡胶，包括以下述重量份数表示的组分：三元乙丙橡胶100份；陶土40-80份；镁强粉40-80份；炭黑30-50份；石蜡油20-30份；氧化锌5-8份；氧化镁10-15份；硬脂酸1-3份；分散剂2-4份；聚乙二醇2-4份；三烯丙基异氰脲酸酯1-3份；防老剂3-6份；硫化剂5-10份；硫化剂为过氧化二异丙苯。

采用以上技术方案，三元乙丙橡胶作为主胶材料，陶土作为无机填料用于增加橡胶的耐热性能，同时也可以增强橡胶的强度和耐磨性能，镁强粉抗酸碱腐蚀能力较强、化学稳定性好，并且具有很好的耐磨耐热性能。镁强粉与三元乙丙橡胶混合时，镁强粉起到一定的架桥作用，将直链的三元乙丙橡胶互相搭接起来构筑成三维网络结构，增强了三元乙丙橡胶分子之间的作用力，增加基材的强度。

加入炭黑之后，增强橡胶的耐磨损，以及抗裂抗寒的性能。炭黑内部含有众多无定型颗粒，其填充在三元乙丙橡胶搭接的三维网络之间，进一步提升橡胶的强度。石蜡油中的芳烃含量较低，起到润滑作用，并且可以减缓橡胶老化收缩。氧化锌和氧化镁可以促进橡胶硫化，并且与加入的硬脂酸、聚乙二醇增加反应活性，促进硫化。分散剂和炭黑共同作用增加分散效果，并且起到润滑的作用。防老剂为了增强橡胶的耐老化耐热性能，此外，使用过氧化二异丙苯作为硫化剂，其与三烯丙基异氰脲酸酯协同促进橡胶硫化。

优选地，防老剂包括防老剂MB2-3份和RD1-3份。

采用以上技术方案，防老剂MB具有很好的抗氧化性能，其含有巯基官能团，在后期橡胶硫化过程中与硫化剂协同作用。防老剂MB和防老剂RD与三元乙丙橡胶具有很好的相容性，同时易于捕获自由基，具有抗氧化性能。

优选地，一种耐热低压变橡胶，包括以下述重量份数表示的组分：三元乙丙橡胶100份；陶土60份；镁强粉60份；炭黑40份；石蜡油25份；氧化锌6份；氧化镁12份；硬脂酸2份；分散剂3份；聚乙二醇3份；三烯丙基异氰脲酸酯2份；防老剂MB2份；防老剂RD2份；硫化剂6份。

经过多次实验验证，使用该配比制得的耐热低压变橡胶中具有优异的耐热性能，同时在高温下形变较小。

进一步地，一种制备耐热低压变橡胶的方法，包括以下步骤：

步骤一：将三元乙丙橡胶、氧化锌、氧化镁、硬脂酸、聚乙二醇、分散剂和防老剂放入密炼机内制得一段混炼胶；

步骤二：将炭黑、镁强粉、陶土和石蜡油混合并搅拌5min制成预混料；将预混料倒入步骤一中的密炼机中继续混合制得二段混炼胶；

步骤三：调整开炼机辊间距为5-8mm，将步骤二中的二段混炼胶放在开炼机上包辊，制得宽度为100mm的新胶片，该新胶片经过过滤胶机过滤制得第一胶片；

步骤四：调整开炼机辊距8-10mm，将步骤三中过滤得到的第一胶片放在开炼机上混炼，制得宽度为250-300mm，长度为1000-1500mm的第二胶片；

步骤五：将步骤四中制得的第二胶片经过隔离剂之后，放置在阴凉、避光的位置冷却24h制得混炼胶；

步骤六：将步骤五中制得的混炼胶放入到密炼机中，并且加入三烯丙基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，控制温度80-90℃，时间为2-4min制得耐热低压变橡胶。

采用以上技术方案，在一段混炼阶段将三元乙丙橡胶、氧化锌、氧化镁、硬脂酸、聚乙二醇、分散剂和防老剂放入密炼机内混炼，增加三元乙丙橡胶的耐老化性能，同时增加三元乙丙橡胶的活动位点以方便后期硫化。

二段混炼时，预先将炭黑、镁强粉、陶土分散于石蜡油中，提高无机填料的分散性，便于二段混料时无机填料与其他物质混合均匀。制得的二段混炼胶包在开炼机的开炼辊上进行挤压开炼，并且同时控制开炼机的辊间距为5-8mm，在开炼过程中前期没有混合均匀的颗粒在这一阶段可以进一步混合均匀。但这期间可能可能仍会有一些分散不均匀的颗粒，开炼之后制得的新胶片需经过过滤将这些颗粒去除掉，以免后期影响橡胶均一性以及强度。过滤之后的第一胶片重新放在开炼机上开炼，调节开炼辊8-10mm，物料在开炼机被反复挤压，混合更加均匀。

将开炼制得的第二胶片表面浸渍一层隔离剂并停放24h，避免第二胶片在停放过程中互相发生粘连。经过停放的混炼胶加入三烯丙基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，控制温度在80-90℃之间进行硫化，如果温度太低，硫化效果不好，导致后期橡胶的强度较差。如果温度太高，可能会发生烧焦现象。同时，控制硫化时间在2-4min，减少过硫化。

优选地，步骤一中的温度为60-70℃，混合时间为2min。

设置一段混炼的温度为60-70℃，在该温度下，三元乙丙橡胶与防老剂和分散剂混合，可以进行初步混合和活化，使防老剂、分散剂和硬脂酸与其他物料混合均匀，同时确保氧化锌、氧化镁这些无机填料分散均匀，提高橡胶的耐热性。

优选地，步骤二中密炼机的温度为140-160℃，混合时间为6min。

采用以上技术方案，二段混炼时，将预混料倒入一段混炼胶中继续在该温度下反应，一方面促进所有物料混合充分，另一方面在该温度下制得的二段混炼胶有一定的粘度方便开炼时包辊。

优选地，步骤三中过滤胶机使用两层过滤网，新胶片先后经过目数为16目和18目的过滤网。

采用以上技术方案，经过一段混炼和二段混炼的混合之后，可能有些物料由于前期混合不均会产生不熔颗粒，该颗粒会影响橡胶硫化效果，导致硫化不均匀，使得橡胶在强度、耐热性方面的性能下降。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、在橡胶中加入陶土、镁强粉可以增加橡胶的耐热性能，同时提高橡胶的耐磨性。

2、炭黑分散在石蜡油中加入橡胶可以提高橡胶的柔韧性和延展性能，炭黑表面呈多孔结构，陶土颗粒表面也呈多孔结构，二者均容易被三元乙丙橡胶包覆，形成颗粒和层交替排列的夹层结构，经过后期硫化之后，橡胶交联形成稳定三维网络状结构，并且在三维网络结构内部包括无机耐热填料，受压变影响较小。

3、在加工过程中，首先加入将三元乙丙橡胶、氧化锌、氧化镁、硬脂酸、聚乙二醇、分散剂和防老剂混炼，之后再加炭黑、镁强粉、陶土和石蜡油，物料混合更加均匀。

4、在橡胶中加入氧化锌和氧化镁增加橡胶的活性位点，促进硫化。

5、第一次开炼制得的新胶片经过过滤去除其内部的不熔颗粒，并且在过滤过程中相当于又增加一次混料过程。

6、第二胶片经过停放之后再放入混炼机中进行交联硫化，同时控制硫化的温度在80-90℃，交联更加充分，增加橡胶的抗压性能。

7、防老剂MB和防老剂RD预先与三元乙丙橡胶混合，防老剂可以填满三元乙丙橡胶的微观区域界面层，增加橡胶的耐老化性能。

附图说明

图1为耐热低压变橡胶的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下结合图1对本发明作进一步详细说明。

本发明涉及的所有组分均为市售，其具体的规格如表1所示。

表1各实施例中所用组分的规格和生产厂家

实施例一：

一种制备耐热低压变橡胶的方法，包括以下步骤：

步骤一：将100kg三元乙丙橡胶、6kg氧化锌、12kg氧化镁、2kg硬脂酸、3kg聚乙二醇、3kg分散剂、2kg防老剂MB和2kg防老剂RD放入密炼机内反应2min制得一段混炼胶，反应温度为65℃；

步骤二：将40kg炭黑、60kg镁强粉、60kg陶土和25kg石蜡油混合并搅拌5min制成预混料；将预混料倒入步骤一中的密炼机中继续混合6min制得二段混炼胶，反应温度为150℃；

步骤三：调整开炼机辊间距为6mm，将步骤二中的二段混炼胶放在开炼机上包辊，制得宽度为100mm的新胶片，该新胶片经过过滤胶机过滤制得第一胶片，过滤胶机使用两层过滤网，新胶片先后经过目数为16目和18目的过滤网；

步骤四：调整开炼机辊距9mm，将步骤三中过滤得到的第一胶片放在开炼机上混炼，制得宽度为250-300mm，长度为1000-1500mm的第二胶片；

步骤五：将步骤四中制得的第二胶片经过隔离剂之后，放置在阴凉、避光的位置冷却24h制得混炼胶；

步骤六：将步骤五中制得的混炼胶放入到密炼机中，并且加入2kg三烯丙基异氰脲酸酯和6kg过氧化二异丙苯，控制温度85℃，时间为4min制得耐热低压变橡胶。

其它各实施例与实施例一的区别在于组分以及工艺条件不同，具体如表2和表3所示。

表2各实施例中的组分以及含量

表3各实施例中的工艺参数

采用GB/T3512测试以上各实施例制备得到的耐热低压变橡胶的拉伸强度、断裂伸长率、和硬度，采用GB/T7759-1996测试耐热低压变橡胶的扯断永久形变，采用GB/T7762-2003测试耐热低压变橡胶的耐臭氧性能，测试的数值如表4所示。

表4各实施例制备的耐热低压变橡胶的性能测试

由以上数据可知，使用以上各实施例的组分以及结合相应的工艺制得的橡胶扯断伸长率以及扯断强度与常态下的橡胶相比变化不大，使用该工艺制备的橡胶可以耐受150℃的高温。

制得的橡胶在125℃的扯断永久形变在13-15％之间，使用该工艺制得的橡胶在125℃下形变较小，耐高温性能强。

同时，测试各实施例制备橡胶的耐臭氧性能，均无裂纹，可以较长时间耐受200pphm浓度的臭氧。

对比例1：该对比例与实施例1的区别在于：陶土加入量为20kg。

对比例2：该对比例与实施例1的区别在于：防老剂MB和防老剂RD在步骤二中加入。

对比例3：该对比例与实施例1的区别在于：步骤三中的新胶片不过滤。

对比例4：该对比例与实施例1的区别在于：步骤六中硫化温度为100℃。

对比例5：该对比例与实施例1的区别在于：步骤六中硫化温度为65℃。

对比例1-5制得的橡胶做与实施例相同的测试，具体测试结果如表5所示。

表5各对比例的测试结果

由以上对比例的测试结果可知，当橡胶中陶土的含量降低时，硫化后的橡胶在150℃下的耐热耐老化效果较差，并且在高温下的扯断永久形变数值较高，即在高温下形变较差，不能在高温下长期使用。防老剂在第二次混炼时才加入时，经硫化后的橡胶防臭氧防老化性能较差，并且在高温下会发生较大形变。此外，开炼时不经过滤，硫化后的橡胶中含有杂质颗粒，影响橡胶的强度和耐老化性能。此外，当硫化温度太高时，硫化后的橡胶可能会发生焦烧现象，导致橡胶变脆；当硫化温度太低时，交联不完全，影响最终橡胶的强度。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种耐热低压变橡胶，其特征在于，包括以下述重量份数表示的组分：三元乙丙橡胶100份；陶土40-80份；镁强粉40-80份；炭黑30-50份；石蜡油20-30份；氧化锌5-8份；氧化镁10-15份；硬脂酸1-3份；分散剂2-4份；聚乙二醇2-4份；三烯丙基异氰脲酸酯1-3份；防老剂3-6份；硫化剂5-10份；硫化剂为过氧化二异丙苯。

2.根据权利要求1所述的耐热低压变橡胶，其特征在于：防老剂包括防老剂MB2-3份和防老剂RD1-3份。

3.根据权利要求2所述的耐热低压变橡胶，其特征在于：包括以下述重量份数表示的组分：三元乙丙橡胶100份；陶土60份；镁强粉60份；炭黑40份；石蜡油25份；氧化锌6份；氧化镁12份；硬脂酸2份；分散剂3份；聚乙二醇3份；三烯丙基异氰脲酸酯2份；防老剂MB2份；防老剂RD2份；硫化剂6份。

4.一种如权利要求1-3任一项所述耐热低压变橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将三元乙丙橡胶、氧化锌、氧化镁、硬脂酸、聚乙二醇、分散剂和防老剂放入密炼机内制得一段混炼胶；

步骤二：将炭黑、镁强粉、陶土和石蜡油混合并搅拌5min制成预混料；将预混料倒入步骤一中的密炼机中继续混合制得二段混炼胶；

步骤三：调整开炼机辊间距为5-8mm，将步骤二中的二段混炼胶放在开炼机上包辊，制得宽度为100mm的新胶片，该新胶片经过过滤胶机过滤制得第一胶片；

步骤四：调整开炼机辊距8-10mm，将步骤三中过滤得到的第一胶片放在开炼机上混炼，制得宽度为250-300mm，长度为1000-1500mm的第二胶片；

步骤五：将步骤四中制得的第二胶片经过隔离剂之后，放置在阴凉、避光的位置冷却24h制得混炼胶；

步骤六：将步骤五中制得的混炼胶放入到密炼机中，并且加入三烯丙基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，控制温度80-90℃，时间为2-4min制得耐热低压变橡胶。

5.根据权利要求4所述的制备耐热低压变橡胶的方法，其特征在于：步骤一中的温度为60-70℃，混合时间为2min。

6.根据权利要求4所述的制备耐热低压变橡胶的方法，其特征在于：步骤二中密炼机的温度为140-160℃，混合时间为6min。

7.根据权利要求4所述的制备耐热低压变橡胶的方法，其特征在于：步骤三中过滤胶机使用两层过滤网，新胶片先后经过目数为16目和18目的过滤网。