CN107383491B - 一种蛋壳再利用高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蛋壳再利用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20份，顺丁橡胶25份，丁苯橡胶75份，炭黑70份，环保塑解剂8份，硬脂酸0.5份，氧化锌2.5份，防老剂4010NA 2份，防护蜡1.5份，增粘树脂1份，芳纶短纤维2份，粘合剂2份，硫磺1.5份，促进剂CZ 1.4份，姜丝纤维1份，土豆纤维2份，鸡蛋壳粉末1份。本发明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，利用废弃物有利于保护环境。

Description

一种蛋壳再利用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，特别涉及一种蛋壳再利用高耐磨胎面胶橡胶复合物及制备方法。

技术背景

目前我国机动车已超过2亿量，并且依旧处于攀升状态，给环境也带来了巨大的压力。节能减排是全球汽车发展的大势所趋。我国相关条例规定，国内乘用车企业必须将平均燃油消耗量控制在5.0L/百公里，所以相关单位也对汽车自身重量、轮胎等着重研究来降低油耗。而汽车重量每降低100公斤，每百公里油耗就可以降低0.7升，汽车自重每降低10％，汽车燃油效率就可以提高5.5％。轮胎的主要功能是支撑载荷，向地面传递制动力、驱动力和转向力，以及缓冲减震。胎面作为轮胎较为重要的一部分，通过向橡胶中添加短纤维来制备胎面胶，能够降低轮胎的滚动阻力、磨耗和噪声，提高轮胎的抗湿滑性能、耐刺穿性和耐疲劳性。

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，纯炭黑配方中芳纶短纤维与炭黑比例目前尚未确定，也没有公开哪种因素占主要作用，并且白炭黑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

本发明为了解决目前纯天然胶配方滞后性大，形变落后于应力，滚动阻力较大，相对耗油大，芳纶短纤维分散性不均匀，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，提供一种蛋壳再利用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低滚阻高耐磨的效果。

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：

一种蛋壳再利用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10-30份，顺丁橡胶15-40份，丁苯橡胶60-90份，炭黑60-80份，环保塑解剂6-10份，硬脂酸0.2-1.5份，氧化锌1-4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1-4份，粘合剂1-3份，硫磺1-3份，促进剂CZ 1-3份，姜丝纤维0.5-1.5份，土豆纤维1.5-3份，鸡蛋壳粉末0.5-2份；

优选的，一种蛋壳再利用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15-25份，顺丁橡胶20-30份，丁苯橡胶70-80份，炭黑65-75份，环保塑解剂7-9份，硬脂酸0.4-1份，氧化锌2-3份，防老剂4010NA 1-3份，防护蜡1-2份，增粘树脂0.5-2份，芳纶短纤维1.5-3份，粘合剂1.5-2.5份，硫磺1-2份，促进剂CZ 1-2份，姜丝纤维0.8-1.2份，土豆纤维1.5-2.5份，鸡蛋壳粉末0.8-1.5份；

更优选的，一种蛋壳再利用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20份，顺丁橡胶25份，丁苯橡胶75份，炭黑70份，环保塑解剂8份，硬脂酸0.5份，氧化锌2.5份，防老剂4010NA 2份，防护蜡1.5份，增粘树脂1份，芳纶短纤维2份，粘合剂2份，硫磺1.5份，促进剂CZ 1.4份，姜丝纤维1份，土豆纤维2份，鸡蛋壳粉末1份。

如上所述的顺丁橡胶为高顺丁橡胶，BR9000。

如上所述的丁苯橡胶为充油丁苯橡胶1712牌号。

如上述的炭黑为N375。

如上述的增粘树脂为SL-3022。

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。

一种蛋壳再利用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，顺丁橡胶和丁苯橡胶在开炼机上塑炼后，按比例称取天然橡胶，顺丁橡胶和丁苯橡胶，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，当芳纶短纤维完全融入橡胶中，加入硫磺和促进剂CZ，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60-70rpm。

优选的，步骤(2)中的混炼时间为240-270秒。

优选的，步骤(3)中开炼时间为5-7分钟。

优选的，步骤(4)中硫化温度为150℃，硫化时间为45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纯天然胶配方滞后性大，形变落后于应力，滚动阻力较大的问题，并且白碳黑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的技术问题；

2.NR、BR、SBR三种胶混合搭配，能提高撕裂性能，纯丁苯有裂纹的话会扩展很快，此种搭配与芳纶短纤维配合使滚动阻力变小，省油；

3.炭黑和芳纶短纤维在本发明优选比例下其芳纶短纤维在橡胶中的团聚力降低，分散性好，解决了芳纶短纤维无法均匀分散的难题；

4.本发明通过上述混炼工艺，将芳纶短纤维和NR、BR、SBR三种胶基体中充分混合，此工艺形成的胶温下使此配方的粘度达到芳纶短纤维在胶料中均匀分散的水平，从而提高了硫化胶的物理机械性能；

5.多孔蛋壳颗粒具有多孔结构，具有大的表面积，与橡胶接触，这种特性可被用于强化，由此增大了土豆纤维与橡胶接触的表面积；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，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；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蛋壳再利用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蛋壳再利用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)

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#。

BR:采用中国石化北京燕山分公司产品BR9000。

SBR:采用中国石化北京燕山分公司产品SBR1712。

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

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70:2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，其透过系数最低，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，透过系数较低，补强性最好。

由图1中的一种蛋壳再利用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的一种蛋壳再利用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)

1.一种蛋壳再利用高耐磨胎面胶橡胶复合物，其特征在于：

所述天然橡胶20份，顺丁橡胶25份，丁苯橡胶75份，炭黑70份，环保塑解剂8份，硬脂酸0.5份，氧化锌2.5份，防老剂4010NA2份，防护蜡1.5份，增粘树脂1份，芳纶短纤维2份，粘合剂2份，硫磺1.5份，促进剂CZ1.4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，顺丁橡胶和丁苯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，当芳纶短纤维完全融入橡胶中，加入硫磺和促进剂CZ，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，即得所述低滚阻高耐磨胎面胶的橡胶复合物。

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