CN108102235B - 一种特殊环境下使用的履带用橡胶材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种特殊环境下使用的履带用橡胶材料，采用氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)、溴化丁基橡胶(BIIR)、环氧化天然橡胶(ENR)与天然橡胶(NR)共混,共混均匀后分别加入活性剂、增粘剂、防老剂、改性碳纳米管、补强剂、阻燃剂、软化剂及硫化剂，用该胶料生产的橡胶履带不仅有良好的物理性能、动态疲劳性能、耐天候与臭氧老化性能和与传动件间优异的粘合强度，满足在特殊环境下要求的耐高低温、耐油性、耐酸碱、抗静电和耐燃等性能要求。

Description

一种特殊环境下使用的履带用橡胶材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种特殊环境下使用的履带用橡胶材料，适用于石油化工、油罐区和大型仓库、化学污染场所、火灾现场等高危作业运用的橡胶履带。
背景技术
橡胶履带是采用橡胶与金属或纤维材料复合而成的产品，用于履带式车辆等行走部分。橡胶履带在在工程机械、农业机械、园林机械上都有它的应用，橡胶履带具有接地比压小、牵引力大、振动小、噪音低、坑洼路段通过性能好、不损伤路面、速度快、机械重量轻等优异性能而被广泛应用。
橡胶履带的开发与应用，极大地扩展了履带式与轮式运输车辆的应用范围，克服了各种不利地形条件与环境对机械设备的制约。在装配与使用上进一步满足各种恶劣气候、复杂地形与环境下作业车辆的使用要求，针对各部位受力情况与物理性能要求，对胶料配方进行优化设计，以满足橡胶履带带体不同层面的物理性能，达到整体性能匹配要求。
随着机器人的应用越来越广泛，在实用新型专利一种智能作业机器人中也提到了采用耐火阻燃橡胶履带，在发明专利一种高耐油性能履带中提到采用天然橡胶并加入乙炔炭黑等材料制的的履带具有很好的耐油效果。
当前履带用橡胶材料主要以天然橡胶为主，天然橡胶具有优良的力学性能和加工性能，但其使用过程中容易老化，耐油性和耐化学介质性能差，导致履带使用寿命短，在特殊环境下无法使用。环氧化天然橡胶是橡胶分子链中部分双键被环氧化，保持了天然橡胶基本结构和性能，环氧键赋予极性和反应性，同时环氧化天然橡胶的耐油性、耐老化和粘着性比天然橡胶明显提高。氯磺化聚乙烯橡胶具有优异的耐老化、耐臭氧、耐热、耐化学品腐蚀及耐油性。天然橡胶与氯磺化聚乙烯橡胶共混在性能上实现互补,但两种橡胶相容性差，溴化丁基橡胶与环氧化天然橡胶能改善两种橡胶之间的相容性。几种橡胶共混，难以实现硫化同步，氧化锌和氧化镁在天然橡胶和环氧化天然橡胶中是活性剂，但在氯磺化聚乙烯橡胶和溴化丁基橡胶中却是硫化剂，因此其用量对共混胶的加工工艺和力学性能影响较大。
本发明材料选用氯磺化聚乙烯橡胶、溴化丁基橡胶、环氧化天然橡胶和天然橡胶合适比例并用，硫化体系采用氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄并用，以及合适的阻燃剂和补强剂用量，使得胶料具有优良的力学性能、粘合性能、疲劳性能、耐高低温、耐臭氧性能、耐油性、耐酸碱和耐燃性能。
发明内容
本发明涉及一种特殊环境下使用的履带用橡胶材料，适用于石油化工、油罐区和大型仓库、化学污染场所、火灾现场等高危作业运用的橡胶履带。本发明材料选用氯磺化聚乙烯橡胶、溴化丁基橡胶、环氧化天然橡胶和天然橡胶合适比例并用，硫化体系采用氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄并用，以及合适的阻燃剂和补强剂用量，使得胶料具有优良的力学性能、粘合性能、疲劳性能、耐臭氧性能、耐油性、耐酸碱、抗静电和耐燃性能。
本发明解决其技术问题所采用具体技术方案：
a)选用氯磺化聚乙烯橡胶、溴化丁基橡胶、环氧化天然橡胶和天然橡胶合适比例并用。由于环氧化天然橡胶中有较活泼的环氧键,能与氯磺化聚乙烯橡胶上的亚磺酰氯基反应形成磺酸酯型链接，采用环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶增加了氯磺化聚乙烯橡胶与天然橡胶共混胶的相容性。四种橡胶合适比例并用，达到力学性能、粘合性能、疲劳性能、耐臭氧性能、耐油性、耐酸碱和耐燃性能的综合平衡。
b)加入改性碳纳米管，提高胶料的耐刺扎和裂口扩展性能，提高胶料的散热性，降低胶料的表面电阻，达到抗静电的要求；
c)硫化体系采用氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄并用，最佳的并用比才能得到好的工艺性和力学性能。氯磺化聚乙烯橡胶、溴化丁基橡胶、环氧化天然橡胶和天然橡胶四种橡胶并用，其硫化原理不同，普通硫化体系难以实现硫化同步，氧化锌和氧化镁在天然橡胶和环氧化天然橡胶中是活性剂，但在氯磺化聚乙烯橡胶和溴化丁基橡胶中却是硫化剂，因此其用量对共混胶的加工工艺和力学性能影响较大。本发明中氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄并用比例为(0.5-1.5):(1.5-1.8):0.7:0.3:0.2，优选1:1.7:0.8:0.3:0.2。
橡胶材料的制备方法，所述方法为：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶、环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶共混均匀；然后依次加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂聚磷酸胺、季戊四醇、三氧化二锑和软化剂氯化石蜡；混炼均匀后下片冷却，得到一段混炼胶；
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到该橡胶材料。
其中一段混炼胶、氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄比例为(94-98):(0.5-1.5):(1.5-1.8):0.7:0.3:0.2
具体实施方式
结合实施例对本发明进一步详细描述，但发明的方式不限于此。
实施例一：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶、环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶共混均匀，其比例为：8:30:5:5；然后依次加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂聚磷酸胺、季戊四醇、三氧化二锑和软化剂氯化石蜡，其比例为：1:1:3:2:17:15:3:3:3；混炼均匀后下片冷却。
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂，一段混炼胶、氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄的比例分别为：96:1:1.8:0.7:0.3:0.2；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到该材料。
实施例二：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶、环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶共混均匀，其比例为：10:32:6:5；然后依次加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂硼酸锌、三氧化二锑和软化剂氯化石蜡，其比例为：1:1:3:2:16:15:2:3；混炼均匀后下片冷却。
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂，一段混炼胶、氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄的比例为：96:1:1.7:0.8:0.3:0.2；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到该材料。
实施例三：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶、环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶共混均匀，其比例为：10:33:6:6；然后加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂氢氧化镁、三氧化二锑和软化剂磷酸酯，其比例为：1:1:2.5:1.5:15:15:2:3；混炼均匀后下片冷却。
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂，一段混炼胶、氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄的比例为：96:1:1.7:0.8:0.3:0.2；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到本发明材料。
对比例1：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶和溴化丁基橡胶共混均匀，其比例为：8:30:10；然后依次加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂聚磷酸胺、季戊四醇、三氧化二锑和软化剂氯化石蜡，其比例为：1:1:3:2:17:15:3:3:3；混炼均匀后下片冷却。
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂，一段混炼胶、氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄的比例为：96:1:1.7:0.8:0.3:0.2；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到本发明材料。
对比例2：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶和环氧化天然橡胶共混均匀，其比例为：10:33:10；然后依次加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂硼酸锌、三氧化二锑和软化剂氯化石蜡，其比例为：1:1:3:2:16:15:2:3；混炼均匀后下片冷却。
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂，一段混炼胶、氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄的比例为：96:1:1.7:0.8:0.3:0.2；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到该材料。
对比例3：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶、环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶共混均匀，其比例为：10:33:6:6；然后加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂氢氧化镁、三氧化二锑和软化剂磷酸酯，其比例为：1:1:2.5:1.5:15:15:2:3；混炼均匀后下片冷却。
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂，一段混炼胶、氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄的比例为：96:2:0.7:0.8:0.3:0.2；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到本发明材料。
采用本发明的材料，在150℃下硫化20min，所得胶料的性能如下表1，通过三个实施例与普通履带胶料性能对比，力学性能虽略有降低，但耐老化、耐臭氧性能、耐油性、耐酸碱、抗静电性能和耐燃性能明显提高。四种橡胶天然橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶共混能起到协同和增容作用，硫化胶的性能都有提高。氧化锌用量多会导致硫化胶在老化前后硬度高，力学性能下降明显。
Figure BDA0001516669550000071
Figure BDA0001516669550000081
备注：老化条件：100℃x24h，臭氧老化条件：40℃×24h，60pphm，拉伸形变20％。

Claims (6)

1.一种特殊环境下使用的履带用橡胶材料，其特征在于：其组成以wt.％表示包含以下组分，CSM：30-35％、BIIR：5％-10％、ENR：5-10％、NR：8-12％、活性剂：1％-2％、防老剂：1-2％、增粘剂：2％-4％、改性碳纳米管：1-3％、补强剂：15-20％、阻燃剂：15％-25％、软化剂:3-5％、硫化剂：3-5％；所述硫化剂采用氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄并用；其中氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄并用比例为(0.5-1.5):1.8:0.7:0.3:0.2。
2.根据权利要求1所述橡胶材料，其特征在于：选用阻燃剂为超细氢氧化镁、三氧化二锑、聚磷酸铵、季戊四醇、硼酸锌中的一种或多种并用。
3.根据权利要求1所述橡胶材料，其特征在于：软化剂选用极性软化剂磷酸酯、氯化石蜡中的一种或两种并用。
4.根据权利要求1所述橡胶材料，其特征在于：补强剂选用炭黑、白炭黑、纳米无机填料中一种或几种并用。
5.权利要求1-4任一项所述橡胶材料的制备方法，所述方法为：
一段混炼：先将天然橡胶塑炼，分别加入氯磺化聚乙烯橡胶、环氧化天然橡胶和溴化丁基橡胶共混均匀；然后依次加入硬脂酸、防老剂RD、酚醛增粘树脂、改性碳纳米管、中超耐磨炭黑、阻燃剂聚磷酸胺、季戊四醇、三氧化二锑和软化剂氯化石蜡；混炼均匀后下片冷却，得到一段混炼胶；
二段混炼：采用开炼机在一段混炼胶中加入硫化剂氧化锌、氧化镁、四硫化四亚甲基秋兰姆、二硫化苯并噻唑和硫黄；混炼均匀后薄通5遍下片冷却即得到该橡胶材料。
6.权利要求1-4任一项所述橡胶材料的用途，其特征在于：用于高危作业运用的橡胶履带。
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KR100351020B1 (ko) 타이어 트레드용 고무 조성물

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Effective date of registration: 20210701

Address after: 330000 science and Technology Industrial Park, Shanggao County, Yichun City, Jiangxi Province

Patentee after: Jiangxi jinlilong rubber crawler Co.,Ltd.

Address before: No.99, Songling Road, Laoshan District, Qingdao City, Shandong Province

Patentee before: Qingdao University Of Science And Technology

Patentee before: JIANGXI JINLILONG RUBBER TRACK Co.,Ltd.

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