CN107383444B - 一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法，复合物包括：天然橡胶100份，炭黑55份，环保塑解剂6份，硬脂酸2份，氧化锌5份，防老剂4010NA 2份，防护蜡1.5份，增粘树脂1.5份，芳纶短纤维3份，粘合剂2份，硫磺5份，促进剂NS 1.8份，姜丝纤维1份，土豆纤维2份，鸡蛋壳粉末1份；本发明复合物通过加入土豆纤维后，其三维纤维网状结构将姜丝纤维套牢，从而整体增强橡胶制品的性能，土豆纤维包裹在姜丝纤维上，土豆纤维活性自由基能够促进与橡胶基体的粘合；与橡胶接触的多孔蛋壳颗粒具有大的表面积，增大了土豆纤维与橡胶的接触面积，利用鸡蛋壳等废弃物有利于保护环境。

Description

一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，特别涉及一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法。
技术背景
随着人们对汽车要求越来越多，除了汽车内部功能和安全外，轮胎成为非常重要的研究对象。轮胎支撑了汽车的全部重量并承受负荷，传动牵引力和制动力，保证车轮与路面的附着力；还能够吸收和减缓汽车在行驶过程中产生的冲击与震动，既能减缓汽车零件因受震动产生破坏、提高乘坐舒适性，还能够在高速行驶降低汽车产生的噪音，保证了汽车的安全稳定性和舒适性。轮胎最外成称之为胎面，通过特定的花纹来使轮胎具有牵引力和制动力，同时能够降低汽车行驶过程中产生的噪音和降低汽车在行驶过程中产生的冲击与震动，防止卷帘层的刺穿和割破等。因此对轮胎胎面也提出了较多的性能要求，要求具有较高的耐磨性、耐刺穿性、耐疲劳性，较高的拉伸强度以及行驶时低的生热性。在胶料中加入少量芳纶短纤维可使胶料改性，能够改善胶料的屈挠疲劳性能、耐磨性能、滞后损失和生热。但芳纶纤维表面呈惰性，与橡胶的粘合较差，因此我们在配方中加入了特定的粘合体系来提高与橡胶的粘合。
申请号201510967842.9公开了一种含有芳纶短纤维的胎肩垫胶橡胶组合物及其制备方法，采用下述重量份数的原料制成：100重量份天然橡胶；30-50重量份粗粒径的炭黑；1-5重量份的芳纶短纤维；1-10重量份的白炭黑；0.2-2重量份的硅烷偶联剂；2-8重量份氧化锌；1-4重量份硬脂酸；2-4重量份防老剂；1-4重量份石油树脂；1-5重量份硫磺；0.5-1.5重量份促进剂及0.1-0.4重量份的防焦剂，提供了一种含有芳纶短纤维的胎肩垫胶橡胶组合物，该橡胶组合物在保持良好的加工性能的前提下，进一步提高了胶料的物性及动态性能，具有极低的生热及更高的撕力值。201410492409.X公开了一种制造耐用矿砂输送带的原料以及工艺，其原料组份为：SBR、BR、NR、活性剂、增塑剂、补强剂、聚酯短纤维、防老剂、石蜡、硫磺、促进剂NOBS，实验证明所用的原料，提高了输送带的拉伸强度和耐磨性能；经实践,在胶料中加入适量经提高浸润性预处理的聚酯短纤维可显著提高胶料的拉伸强度和耐磨性能，此外经使用证明输送带所运载物料不滑动,减轻了运载物料对带体的磨损,带体使用寿命可延长10％-15％；但现有技术中纯天然胶配方滞后性大，形变落后于应力，滚动阻力较大，并且白碳黑天然胶配方不适用于工程胎，必须使用硅烷偶联剂，达到一定的温度值后，才内能够更好的分散和补强。201610783508.2公开了一种新型耐磨橡胶及其制备方法，包括以下成分按重量份组成：天然橡胶50-70份、氟橡胶30-50份、三元乙丙橡胶10-30份、高岭土10-30份、酚醛树脂3-5份、芳纶短纤维3-5份、芳烃油3-5份、微晶纤维素1-3份、微晶石蜡2-6份、硫磺6-10份等，本发明的橡胶具有很好的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化和防老化性能。201310356426.6提供一种姜丝纤维/姜渣/聚丙烯轻型热塑性复合材料的制备方法，所述复合材料以姜丝纤维为增强体，以聚丙烯为基体，所述复合材料预成型结构为“三明治”层状结构，上、下层以姜丝纤维为增强体、以聚丙烯短纤为基质，中间层是混合的姜渣/聚丙烯短纤维；本发明所得到的姜丝纤维/姜渣/聚丙烯复合材料不仅质量轻，还具有对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌较强的抗菌性和热塑性，可重复加工。但以上都是利用化工原料来生产，成本高，环保性差，而一些食物垃圾如蛋壳，土豆皮、姜皮等含有纤维的废弃物，土豆、姜等含有植物纤维的蔬菜，并未广泛的应用到胎面胶制备过程中。
发明内容
本发明主要解决现有技术中单一的SBR的配方易产生裂纹，爆胎，普通纤维越多，其通气性大，与橡胶粘合程度较差的技术问题，提供一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法，制得橡胶复合物通过组分之间的协同作用来实现高定伸高耐磨的效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法，复合物由以下重量份的各组分组成：天然橡胶100份，炭黑40-60份，环保塑解剂4-8份，硬脂酸1-3份，氧化锌4-8份，防老剂4010NA 1-3份，防护蜡0.5-3份，增粘树脂0.5-3份，芳纶短纤维1-5份，粘合剂1-3份，硫磺3-6份，促进剂NS 1-3份，姜丝纤维0.6-1.5份，土豆纤维1.6-3份，鸡蛋壳粉末0.6-2份。
优选的，一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物，由以下重量份的各组分组成：天然橡胶100份，炭黑52-58份，环保塑解剂5-7份，硬脂酸1.5-2.5份，氧化锌4.5-5.5份，防老剂4010NA 1.5-2.5份，防护蜡1-2份，增粘树脂1-2份，芳纶短纤维2-4份，粘合剂1.5-2.5份，硫磺4-5.5份，促进剂NS 1.5-2.5份，姜丝纤维0.9-1.2份，土豆纤维1.6-2.5份，鸡蛋壳粉末0.9-1.5份。
更优选的，一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物，由以下重量份的各组分组成：天然橡胶100份，炭黑55份，环保塑解剂6份，硬脂酸2份，氧化锌5份，防老剂4010NA2份，防护蜡1.5份，增粘树脂1.5份，芳纶短纤维3份，粘合剂2份，硫磺5份，促进剂NS 1.8份，姜丝纤维1份，土豆纤维2份，鸡蛋壳粉末1份。
如上述的炭黑为N330，N375或N660的一种或几种的混合物。
如上述的增粘树脂为SL-3020。
如上述的粘合剂为六亚甲基蜜胺RA-65。
如上述的环保塑解剂为芳烃油V500。
一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法，其制备方法包括以下步骤：
(1)将土豆，姜丝，鸡蛋壳，进行干燥处理，随后再磨成粉末，使长纤维切断；
(2)将天然橡胶在开炼机上塑炼后，按比例称取天然橡胶，压上上顶栓混炼20-30秒，将硬脂酸，氧化锌，防老剂4010NA，防护蜡，姜丝纤维，土豆纤维，鸡蛋壳粉末，增粘树脂，环保塑解剂和一半炭黑加入到密炼机中，压上上顶栓混炼30-50秒，提栓扫料，然后加入剩下一半炭黑，压上顶栓，混炼40秒，提栓扫料，压上顶栓再混炼160秒排胶，胶温在130-150℃之间，冷却停放得到母炼胶；
(3)将母炼胶放到开炼机上混炼，将开炼机辊距调至最小，加入芳纶短纤维和粘合剂，当芳纶短纤维完全融入橡胶中，加入硫磺和促进剂NS，待药品分散后，进行对折打卷，使芳纶短纤维在橡胶中的压延方向沿辊筒转动方向，对折打卷8-10次后以最小辊距下片，折叠，得到终炼胶；
(4)将终炼胶在硫化磨具中加热成型，即得所述的橡胶复合物。
优选的，步骤(2)中的混炼转速为65-75rpm。
优选的，步骤(2)中的混炼时间为245-275秒。
优选的，步骤(3)中开炼时间为6-8分钟。
优选的，步骤(4)中硫化温度为150℃，硫化时间为48分钟。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
1.本发明主要解决现有技术中单一的SBR的配方易产生裂纹，爆胎的技术问题；
2.天然胶配方拉伸比较高，滞后性大，形变落后于应力，适用于工程车，路面为石子路等复杂地况，耐刺穿，不易产生裂纹，爆胎的技术问题；
3.本发明通过上述混炼工艺，将芳纶短纤维在NR基体中充分混合，此胶温下使天然胶配方的粘度达到芳纶短纤维在胶料中均匀分散的水平，此时高聚物在粘流态，有利于土豆纤维的取向，从而提高了硫化胶的物理机械性能；
4.多孔蛋壳颗粒具有大的表面积，与橡胶接触，姜丝纤维，土豆纤维在高温下能保持高度稳定，并包含坚韧的纤维，橡胶变得较强，同时使其保持弹性，土豆纤维具有吸水溶胀特性，土豆纤维能够形成三维纤维网状结构,改变最终橡胶制品的质地和稳定性，提高了硫化胶的物理机械性能，尤其是致密性好，透气性差，土豆纤维具有极高保水性，由于姜丝纤维粗细不一，抗拉伸能力弱，改性后姜丝纤维与橡胶基体之间具有很多空隙，加入土豆纤维后可填充姜丝纤维与橡胶基体的空隙，三维纤维网状结构将姜丝纤维套牢，将姜丝纤维包裹起来，从而整体增强橡胶制品的性能，并且土豆纤维表面有许多活性自由基，土豆纤维活性自由基能够促进与橡胶基体的粘合；利用蛋壳废弃物，有利于保护环境，并且节约了材料成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提出的一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物的实施例1配方比的芳纶短纤维电镜图；
图2是本发明提出的一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物的实施例3配方比的芳纶短纤维电镜图；
具体实施例
下面将结合本发明实施例，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。
下结合实施例对本发明作进一步的描述：
表1：橡胶复合物配方表(单位为重量份)
Figure BDA0001329021030000041
以下对表1的各种橡胶和配合物进行说明。
NR:采用泰国烟片胶3#。
炭黑：卡博特炭黑。
芳纶短纤维：Twaron杜邦公司生产。
其他配合物均为市售。
表2：复合物的物性表
Figure BDA0001329021030000051
由表1中的结果可以看出，炭黑N375和芳纶短纤维比例只有存在50:3比例才使芳纶短纤维在橡胶中的团聚力降低，分散性好，其硫化后的试样物理机械性能较好；纤维份数过多，容易造成应力集中，样品容易被拉断，所以应份数适中；一般来说，常用的普通纤维如姜丝纤维越多，其通气性越好，透过系数越高，但当姜丝纤维1份，土豆纤维2份时，鸡蛋壳粉末1份时，其透过系数较低，物理机械性能最好，这是因为此份数下，多孔蛋壳颗粒具有大的表面积，与橡胶接触，能增大土豆纤维与橡胶的接触面积，土豆纤维的三维纤维网状结构将姜丝纤维完全包裹，土豆纤维表面的活性自由基与橡胶粘合程度最好，姜丝纤维与土豆纤维结合后，芳纶短纤维间距离比较紧凑，透过系数反而较低，补强性最好。
由图1中的一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法的实施例1配方比的芳纶短纤维电镜图可以看出，芳纶短纤维表面粘合性不好，上边没有橡胶附和；图2的一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法的实施例3配方比的芳纶短纤维电镜图可以看出，芳纶短纤维表面粘合性较好，上边有大量橡胶附和，并且上边的较细的土豆纤维包络在芳纶短纤维表面，土豆纤维表面的活性自由基与橡胶粘合程度较好。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实施范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种植物纤维增强高耐磨胎面胶橡胶复合物，其特征在于：
所述天然橡胶100份，炭黑55份，环保塑解剂6份，硬脂酸2份，氧化锌5份，防老剂4010NA2份，防护蜡1.5份，增粘树脂1.5份，芳纶短纤维3份，粘合剂2份，硫磺5份，促进剂NS1.8份，姜丝纤维1份，土豆纤维2份，鸡蛋壳粉末1份；所述橡胶复合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将土豆，姜丝，鸡蛋壳，进行干燥处理，随后再磨成粉末，使长纤维切断；
(2)将天然橡胶在开炼机上塑炼后，按比例称取天然橡胶，压上上顶栓混炼20-30秒，将硬脂酸，氧化锌，防老剂4010NA，防护蜡，姜丝纤维，土豆纤维，鸡蛋壳粉末，增粘树脂，环保塑解剂和一半炭黑加入到密炼机中，压上上顶栓混炼30-50秒，提栓扫料，然后加入剩下一半炭黑，压上顶栓，混炼40秒，提栓扫料，压上顶栓再混炼160秒排胶，胶温在130-150℃之间，冷却停放得到母炼胶；
(3)将母炼胶放到开炼机上混炼，将开炼机辊距调至最小，加入芳纶短纤维和粘合剂，当芳纶短纤维完全融入橡胶中，加入硫磺和促进剂NS，待药品分散后，进行对折打卷，使芳纶短纤维在橡胶中的压延方向沿辊筒转动方向，对折打卷8-10次后以最小辊距下片，折叠，得到终炼胶；
(4)将终炼胶在硫化磨具中加热成型，即得所述高定伸高耐磨胎面胶的橡胶复合物。
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