CN108586950A - 一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料 - Google Patents

一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其原料包括：三元乙丙橡胶、橡胶型氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、炭黑、碳酸钙、纳米氧化铝、氧化铈、滑石粉、纳米二氧化钛、氧化锌、硬脂酸、促进剂、过氧化苯甲酰、硫磺、N,N’‑间苯撑双马来酰亚胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、相容剂、增塑剂、N,N‑二羟乙基‑3‑胺基‑2‑甲基丙酸甲酯、防老剂。本发明提出的高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其耐磨性好，耐热性能优异，使用寿命长。

Description

一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料。
背景技术
三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯及非共轭二烯聚合产生的共聚物，其具有优良的耐热性、耐寒性、耐腐蚀性及高延展性等特点，是世界第三大合成橡胶，且其价格便宜，操作方便，越来越受到很多人喜爱，目前已被用于防水材料、汽车部件、电线电缆护套、耐热胶管以及汽车密封件等领域。但是三元乙丙橡胶的耐磨性能不是很好，在某些特殊领域中使用时存在使用寿命短的缺陷。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其耐磨性好，耐热性能优异，使用寿命长。
本发明提出的一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶100份、橡胶型氯化聚乙烯5-10份、氯磺化聚乙烯3-11份、炭黑2-8份、碳酸钙1-5份、纳米氧化铝2-8份、氧化铈3-11份、滑石粉2-11份、纳米二氧化钛5-12份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-2份、促进剂1-2份、过氧化苯甲酰0.3-1.2份、硫磺1-2.5份、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺0.3-1.5份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.1-1份、相容剂2-5份、增塑剂2-10份、N,N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯2-4份、防老剂1-3.8份。
优选地，所述炭黑为炭黑N330、炭黑N550按重量比为3-9：2-7的混合物。
优选地，所述纳米氧化铝为γ型纳米氧化铝；所述γ型纳米氧化铝的平均粒径为350-450目。
优选地，所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛；所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：将硝酸锌、硝酸镧和盐酸胍加入水中混合均匀得到物料A；将钛酸丁酯、正硅酸乙酯和离子液体加入无水乙醇中，搅拌后加入物料A，搅拌后过滤、洗涤、干燥、煅烧得到物料B；将物料B加入水中，加入硅烷偶联剂KH-570的乙醇溶液，在60-80℃下搅拌反应120-300min，过滤、洗涤、干燥得到物料C；将物料C、二乙烯基苯和偶氮二异丁腈加入苯乙烯中分散均匀得到物料D；在氮气的保护下，将羟丙基纤维素和碳酸钙加入水中，升温至40-55℃，搅拌20-30min，加入硬脂酸丁酯，搅拌20-50min，降温至10℃以下，加入物料D，在70-80℃下反应25-60min，然后在80-90℃下反应50-100min，过滤、洗涤、干燥得到所述改性纳米二氧化钛。
优选地，硝酸锌、硝酸镧的质量比为2-9：1-5；钛酸丁酯、正硅酸乙酯、离子液体的体积比为1-4：2-7：3-5；钛酸丁酯与物料A中硝酸锌的摩尔比为120-180：1；钛酸丁酯与物料A中盐酸胍的摩尔比为2-4：1；物料B与硅烷偶联剂KH-570的重量比为1：3-8；物料C、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、苯乙烯的重量比为1-3：1.8-3：0.1-0.8：12-30；羟丙基纤维素、碳酸钙、硬脂酸丁酯、物料D的重量比为2-3：0.1-0.5：2-3：15-21。
优选地，所述促进剂为促进剂BZ、促进剂PZ、促进剂M、促进剂TMTD中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述相容剂为硅烷偶联剂、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、环氧化杜仲胶按重量比为1-2：2-3：5-12的混合物。
优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、油酸丁酯、癸二酸二丁酯中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述防老剂为防老剂D、防老剂H、防老剂AW中的一种或者多种的混合物。
本发明所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其以三元乙丙橡胶为主料，同时加入了橡胶型氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯与其配合，通过调节三者的比例，并加入相容剂，降低了界面张力，使三者相态分布均匀，界面模糊，相容性良好，发挥最佳的性能协同作用，在降低成本的前提下，改善了复合材料的加工性能，提高了复合材料的物理机械性能，同时赋予复合材料优异的阻燃耐油性能；改性纳米二氧化钛的制备过程中，以硝酸锌、硝酸镧、盐酸胍、钛酸丁酯、正硅酸乙酯为原料，通过控制反应的条件，得到了锌、镧和氮掺杂以及二氧化硅复合的二氧化钛，之后以硅烷偶联剂KH-570为改性剂进行了改性，将双键引入到了二氧化钛的表面，得到了物料C；以物料C、二乙烯基苯、苯乙烯和硬脂酸丁酯为原料，通过控制反应的条件，得到了聚苯乙烯、锌、镧、硬脂酸丁酯和二氧化硅改性的纳米二氧化钛，即所述改性纳米二氧化钛，将其加入体系中，在体系中分散均匀，与体系的界面模糊，相容性好，与炭黑、碳酸钙、纳米氧化铝、氧化铈、滑石粉配合，具有协同增强作用，改善了复合材料的Payne效应，在保证体系硫化速度的同时提高了复合材料的拉伸强度、定伸应力、撕裂强度，同时能释放出润滑材料硬脂酸丁酯起到了润滑的作用，降低了材料的摩擦系数，避免了因纳米氧化铝的加入引起的耐磨性能降低的缺陷，赋予复合材料优异的耐磨性能，另外能提高复合材料的热降解活化能，赋予复合材料优异的耐热氧老化性能和耐热油性能；以氧化锌、促进剂、过氧化苯甲酰、硫磺、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯配合作为硫化体系，硫化效果好，提高了胶料的物理机械性能的同时改善了胶料的耐热空气老化性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶100份、橡胶型氯化聚乙烯10份、氯磺化聚乙烯3份、炭黑8份、碳酸钙1份、纳米氧化铝8份、氧化铈3份、滑石粉11份、纳米二氧化钛5份、氧化锌5份、硬脂酸1份、促进剂2份、过氧化苯甲酰0.3份、硫磺2.5份、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺0.3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯1份、相容剂2份、增塑剂10份、N,N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯2份、防老剂3.8份。
实施例2
本发明提出的一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶100份、橡胶型氯化聚乙烯5份、氯磺化聚乙烯11份、炭黑2份、碳酸钙5份、纳米氧化铝2份、氧化铈11份、滑石粉2份、纳米二氧化钛12份、氧化锌3份、硬脂酸2份、促进剂1份、过氧化苯甲酰1.2份、硫磺1份、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺1.5份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.1份、相容剂5份、增塑剂2份、N,N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯4份、防老剂1份。
实施例3
本发明提出的一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶100份、橡胶型氯化聚乙烯8.5份、氯磺化聚乙烯4份、炭黑7份、碳酸钙2份、纳米氧化铝7份、氧化铈5份、滑石粉8份、纳米二氧化钛7份、氧化锌4.3份、硬脂酸1.2份、促进剂1.8份、过氧化苯甲酰0.6份、硫磺2.2份、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺0.6份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.8份、相容剂3份、增塑剂8.7份、N,N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯2.3份、防老剂3.5份；
其中，所述炭黑为炭黑N330、炭黑N550按重量比为3：7的混合物；
所述纳米氧化铝为γ型纳米氧化铝；所述γ型纳米氧化铝的平均粒径为350目；
所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛；所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：将硝酸锌、硝酸镧和盐酸胍加入水中混合均匀得到物料A；将钛酸丁酯、正硅酸乙酯和离子液体加入无水乙醇中，搅拌后加入物料A，搅拌后过滤、洗涤、干燥、煅烧得到物料B；将物料B加入水中，加入硅烷偶联剂KH-570的乙醇溶液，在60℃下搅拌反应300min，过滤、洗涤、干燥得到物料C；将物料C、二乙烯基苯和偶氮二异丁腈加入苯乙烯中分散均匀得到物料D；在氮气的保护下，将羟丙基纤维素和碳酸钙加入水中，升温至40℃，搅拌30min，加入硬脂酸丁酯，搅拌20min，降温至10℃以下，加入物料D，在80℃下反应25min，然后在90℃下反应50min，过滤、洗涤、干燥得到所述改性纳米二氧化钛；
其中，硝酸锌、硝酸镧的质量比为2：5；钛酸丁酯、正硅酸乙酯、离子液体的体积比为1：7：3；钛酸丁酯与物料A中硝酸锌的摩尔比为180：1；钛酸丁酯与物料A中盐酸胍的摩尔比为2：1；物料B与硅烷偶联剂KH-570的重量比为1：8；物料C、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、苯乙烯的重量比为1：3：0.1：30；羟丙基纤维素、碳酸钙、硬脂酸丁酯、物料D的重量比为2：0.5：2：21；
所述促进剂为促进剂BZ；
所述相容剂为硅烷偶联剂、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、环氧化杜仲胶按重量比为1：3：5的混合物；
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯；
所述防老剂为防老剂D。
实施例4
本发明提出的一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶100份、橡胶型氯化聚乙烯6份、氯磺化聚乙烯10份、炭黑4份、碳酸钙4.3份、纳米氧化铝3份、氧化铈10份、滑石粉4份、纳米二氧化钛11份、氧化锌3.8份、硬脂酸1.8份、促进剂1.2份、过氧化苯甲酰1份、硫磺1.3份、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺1.3份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.2份、相容剂4.3份、增塑剂4份、N,N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯3.7份、防老剂1.6份；
其中，所述炭黑为炭黑N330、炭黑N550按重量比为9：2的混合物；
所述纳米氧化铝为γ型纳米氧化铝；所述γ型纳米氧化铝的平均粒径为450目；
所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛；所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：将硝酸锌、硝酸镧和盐酸胍加入水中混合均匀得到物料A；将钛酸丁酯、正硅酸乙酯和离子液体加入无水乙醇中，搅拌后加入物料A，搅拌后过滤、洗涤、干燥、煅烧得到物料B；将物料B加入水中，加入硅烷偶联剂KH-570的乙醇溶液，在80℃下搅拌反应120min，过滤、洗涤、干燥得到物料C；将物料C、二乙烯基苯和偶氮二异丁腈加入苯乙烯中分散均匀得到物料D；在氮气的保护下，将羟丙基纤维素和碳酸钙加入水中，升温至55℃，搅拌20min，加入硬脂酸丁酯，搅拌50min，降温至9℃，加入物料D，在70℃下反应60min，然后在80℃下反应100min，过滤、洗涤、干燥得到所述改性纳米二氧化钛；
其中，硝酸锌、硝酸镧的质量比为9：1；钛酸丁酯、正硅酸乙酯、离子液体的体积比为4：2：5；钛酸丁酯与物料A中硝酸锌的摩尔比为120：1；钛酸丁酯与物料A中盐酸胍的摩尔比为4：1；物料B与硅烷偶联剂KH-570的重量比为1：3；物料C、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、苯乙烯的重量比为3：1.8：0.8：12；羟丙基纤维素、碳酸钙、硬脂酸丁酯、物料D的重量比为3：0.1：3：15；
所述促进剂为促进剂PZ、促进剂M的混合物，且促进剂PZ、促进剂M的重量比为3：4；
所述相容剂为硅烷偶联剂、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、环氧化杜仲胶按重量比为2：2：12的混合物；
所述增塑剂为磷酸三甲苯酯；
所述防老剂为防老剂H、防老剂AW的混合物，且防老剂H、防老剂AW的重量比为3：5。
实施例5
本发明提出的一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶100份、橡胶型氯化聚乙烯7份、氯磺化聚乙烯8份、炭黑5份、碳酸钙3.6份、纳米氧化铝6份、氧化铈8份、滑石粉7份、纳米二氧化钛8.7份、氧化锌4份、硬脂酸1.6份、促进剂1.5份、过氧化苯甲酰1份、硫磺1.8份、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺1份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.6份、相容剂3.4份、增塑剂7份、N,N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯3.2份、防老剂1.9份；
其中，所述炭黑为炭黑N330、炭黑N550按重量比为6：5的混合物；
所述纳米氧化铝为γ型纳米氧化铝；所述γ型纳米氧化铝的平均粒径为400目；
所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛；所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：将硝酸锌、硝酸镧和盐酸胍加入水中混合均匀得到物料A；将钛酸丁酯、正硅酸乙酯和离子液体加入无水乙醇中，搅拌后加入物料A，搅拌后过滤、洗涤、干燥、煅烧得到物料B；将物料B加入水中，加入硅烷偶联剂KH-570的乙醇溶液，在70℃下搅拌反应200min，过滤、洗涤、干燥得到物料C；将物料C、二乙烯基苯和偶氮二异丁腈加入苯乙烯中分散均匀得到物料D；在氮气的保护下，将羟丙基纤维素和碳酸钙加入水中，升温至45℃，搅拌25min，加入硬脂酸丁酯，搅拌35min，降温至9℃，加入物料D，在75℃下反应45min，然后在85℃下反应80min，过滤、洗涤、干燥得到所述改性纳米二氧化钛；
其中，硝酸锌、硝酸镧的质量比为5：3；钛酸丁酯、正硅酸乙酯、离子液体的体积比为3：5：4；钛酸丁酯与物料A中硝酸锌的摩尔比为160：1；钛酸丁酯与物料A中盐酸胍的摩尔比为3：1；物料B与硅烷偶联剂KH-570的重量比为1：7；物料C、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、苯乙烯的重量比为2：2：0.6：21；羟丙基纤维素、碳酸钙、硬脂酸丁酯、物料D的重量比为2.5：0.4：2.5：18；
所述促进剂为促进剂BZ、促进剂PZ、促进剂M、促进剂TMTD的混合物，且促进剂BZ、促进剂PZ、促进剂M、促进剂TMTD的重量比为3：4：2：1；
所述相容剂为硅烷偶联剂、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、环氧化杜仲胶按重量比为1.6：2.5：7的混合物；
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、油酸丁酯、癸二酸二丁酯的混合物，且邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、油酸丁酯、癸二酸二丁酯的重量比为3：6：3：2；
所述防老剂为防老剂D、防老剂H、防老剂AW的混合物，且防老剂D、防老剂H、防老剂AW的重量比为4：3：1。
对本发明实施例1-5中的高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料进行性能检测，其拉伸强度为31.45-35.8MPa，断裂伸长率为387-395％，60pphm×100℃×2000h测试后无龟裂，磨损体积为42.5-43.6mm3；由以上数据可知，本发明所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料强度高，耐热和耐老化性能优异，耐磨性好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：三元乙丙橡胶100份、橡胶型氯化聚乙烯5-10份、氯磺化聚乙烯3-11份、炭黑2-8份、碳酸钙1-5份、纳米氧化铝2-8份、氧化铈3-11份、滑石粉2-11份、纳米二氧化钛5-12份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-2份、促进剂1-2份、过氧化苯甲酰0.3-1.2份、硫磺1-2.5份、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺0.3-1.5份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯0.1-1份、相容剂2-5份、增塑剂2-10份、N,N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯2-4份、防老剂1-3.8份。
2.根据权利要求1所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述炭黑为炭黑N330、炭黑N550按重量比为3-9：2-7的混合物。
3.根据权利要求1或2所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述纳米氧化铝为γ型纳米氧化铝；所述γ型纳米氧化铝的平均粒径为350-450目。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述纳米二氧化钛为改性纳米二氧化钛；所述改性纳米二氧化钛按照以下工艺进行制备：将硝酸锌、硝酸镧和盐酸胍加入水中混合均匀得到物料A；将钛酸丁酯、正硅酸乙酯和离子液体加入无水乙醇中，搅拌后加入物料A，搅拌后过滤、洗涤、干燥、煅烧得到物料B；将物料B加入水中，加入硅烷偶联剂KH-570的乙醇溶液，在60-80℃下搅拌反应120-300min，过滤、洗涤、干燥得到物料C；将物料C、二乙烯基苯和偶氮二异丁腈加入苯乙烯中分散均匀得到物料D；在氮气的保护下，将羟丙基纤维素和碳酸钙加入水中，升温至40-55℃，搅拌20-30min，加入硬脂酸丁酯，搅拌20-50min，降温至10℃以下，加入物料D，在70-80℃下反应25-60min，然后在80-90℃下反应50-100min，过滤、洗涤、干燥得到所述改性纳米二氧化钛。
5.根据权利要求4所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，硝酸锌、硝酸镧的质量比为2-9：1-5；钛酸丁酯、正硅酸乙酯、离子液体的体积比为1-4：2-7：3-5；钛酸丁酯与物料A中硝酸锌的摩尔比为120-180：1；钛酸丁酯与物料A中盐酸胍的摩尔比为2-4：1；物料B与硅烷偶联剂KH-570的重量比为1：3-8；物料C、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、苯乙烯的重量比为1-3：1.8-3：0.1-0.8：12-30；羟丙基纤维素、碳酸钙、硬脂酸丁酯、物料D的重量比为2-3：0.1-0.5：2-3：15-21。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述促进剂为促进剂BZ、促进剂PZ、促进剂M、促进剂TMTD中的一种或者多种的混合物。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述相容剂为硅烷偶联剂、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐、环氧化杜仲胶按重量比为1-2：2-3：5-12的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、油酸丁酯、癸二酸二丁酯中的一种或者多种的混合物。
9.根据权利要求1-8中任一项所述高耐磨耐热三元乙丙橡胶复合材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂D、防老剂H、防老剂AW中的一种或者多种的混合物。
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