CN108641127B - 一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，按重量份数包括：40～50份天然橡胶，10～20份乙烯基硅橡胶，以及用于使天然橡胶交联的0.5～1.5份硫磺，用于使乙烯基硅橡胶交联的0.5～1.5份促进剂DCP，以及0.5～1.5份促进剂CBS和0.3～0.9份促进剂TBzTD。其技术效果是：使天然橡胶和乙烯基硅橡胶同时交联并且互不干扰成为了可能，避免了已有的耐热橡胶配方中耐热组分的单一的缺点，避免了在复杂热工况下耐热组分失效的情况，起到高效互补的耐热作用。本发明还公开了一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的制备方法。

Description

一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶及其制备方法。
背景技术
橡胶材料具有良好的阻尼、减振性能，橡胶和金属骨架粘合硫化后制成的变速箱悬置，可以利用金属骨架高刚度的支撑性能，同时再利用橡胶本身高弹的特性，来减少变速箱及动力总成的振动、降低变速箱及动力总成的噪音，起到优异的NVH减振、降噪性能。
但由于乘用车、商用车变速箱接近发动机，受发动机高温影响，其工况温度是在90℃左右，橡胶制品很难长期抵御此高温工况，长期使用会造成性能老化、产品失效。
目前绝大多数橡胶变速箱悬置中，橡胶原材料多为含有不饱和键的二烯烃类橡胶，如天然橡胶、丁苯橡胶等，此类橡胶虽然可提供比较优异的缓冲减振性能，但是由于二烯烃橡胶含有不饱和键的特殊性质，不饱和键不稳定，键能低，很难抵御高温、酸碱、有机溶剂。因此，此类含有不饱和键的二烯烃类橡胶制成的变速箱悬置橡胶的主要的缺点是：耐热性及耐疲劳性差。因为二烯烃类橡胶在长时间高温工况下，不饱和键极易断裂，产生龟裂、老化，造成变速箱悬置橡胶疲劳失效，从而影响整车车况和行驶静音舒适性、乃至安全性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶及其制备方法，其能够提供一种90℃工况下在变速箱悬置上长期使用的橡胶。
实现上述目的的一种技术方案是：一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，按重量份数包括：40～50份天然橡胶，10～20份乙烯基硅橡胶，以及用于使天然橡胶交联的0.5～1.5份硫磺，用于使乙烯基硅橡胶交联的0.5～1.5份促进剂DCP，以及0.5～1.5份促进剂CBS和0.3～0.9份促进剂TBzTD。
进一步的，硫磺、促进剂DCP、促进剂CBS和促进剂TBzTD的重量之比恒定为5比5比5比3。
进一步的，按照重量份数，该用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还包括：氧化锌2～5份，氧化镁5～10份，硅铝微珠5～10份。
再进一步的，氧化锌、氧化和硅铝微珠的重量之比为5比10比10。
进一步的，按照重量份数，该用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还包括：白炭黑15～25份，硅烷偶联剂1～2份和炭黑5～15份。
再进一步的，按照重量份数，该用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还包括：增塑剂1.5～2.5份、微晶蜡1.5～3.5份和硬脂酸0.5～1.5份。
更进一步的，所述增塑剂为石蜡油。
再进一步的，按照重量份数，该用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还包括：1～2份防老剂6PPD和0.5～1.5份防老剂RD。
实现上述目的的另外一种技术方案是：一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的制备方法，包括混炼步骤和硫化步骤；
混炼步骤包括：
一段胶混炼步骤：将天然橡胶和乙烯基硅橡胶混合后在105～115℃炼胶20～25s；再升温至120～125℃后依次加入白炭黑、硅烷偶联剂和塑化剂密炼50s～55s；最后加入炭黑并混炼20～30s后，在140～150℃出胶，得到一段胶；
二段胶混炼步骤：在85～95℃下将氧化锌、氧化镁、硅铝微珠、微晶蜡、硬脂酸、防老剂6PPD和防老剂RD依次加入所述一段胶并混炼15～25s；再在85～95℃下将将硫磺、促进剂CBS、促进剂TBzTD、促进剂DCP依次加入一段胶并混炼10～20s后出胶，得到混炼胶；
硫化步骤包括：
一段硫化步骤：在70～75℃下对混炼胶注射成型，然后在150-155℃的温度和155±10Bar的压力下对混炼胶硫化12-15min，得到一段硫化胶；
二段硫化步骤：将一段硫化胶在100～110℃的烘箱中继续硫化20～25min，得到产品。
进一步的，混炼步骤是在啮合型转子密炼机中进行的。
采用了本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的技术方案，按重量份数包括：40～50份天然橡胶，10～20份乙烯基硅橡胶，以及用于使天然橡胶交联的0.5～1.5份硫磺，用于使乙烯基硅橡胶交联的0.5～1.5份促进剂DCP，以及0.5～1.5份促进剂CBS和0.3～0.9份促进剂TBzTD。其技术效果是：使天然橡胶和乙烯基硅橡胶同时交联并且互不干扰成为了可能，避免了已有的耐热橡胶配方中耐热组分的单一的缺点，避免了在复杂热工况下耐热组分失效的情况，起到高效互补的耐热作用。本发明还公开了一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的制备方法。
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的制备方法，包括混炼步骤和硫化步骤；混炼步骤包括：一段胶混炼步骤：将天然橡胶和乙烯基硅橡胶混合后在105～115℃炼胶20～25s；再升温至120～125℃后依次加入白炭黑、硅烷偶联剂和塑化剂密炼50s～55s；最后加入炭黑并混炼20～30s后，在140～150℃出胶，得到一段胶；二段胶混炼步骤：在85～95℃下将氧化锌、氧化镁、硅铝微珠、微晶蜡、硬脂酸、防老剂6PPD和防老剂RD依次加入所述一段胶并混炼15～25s；再在85～95℃下将将硫磺、促进剂CBS、促进剂TBzTD、促进剂DCP依次加入一段胶并混炼10～20s后出胶，得到混炼胶；硫化步骤包括：一段硫化步骤：在70～75℃下对混炼胶注射成型，然后在150-155℃的温度和155±10Bar的压力下对混炼胶硫化12-15min，得到一段硫化胶；二段硫化步骤：将一段硫化胶在100～110℃的烘箱中继续硫化20～25min，得到产品。其也能实现上述技术目的。
具体实施方式
本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，按照重量份数，至少包括下列的组分：40～50份天然橡胶、10～20份乙烯基硅橡胶、0.5～1.5份硫磺、0.5份～1.5份促进剂CBS、0.3～0.9份促进剂TBzTD和0.5～1.5份促进剂DCP。其中，硫磺、促进剂CBS、促进剂TBzTD和促进剂DCP的重量之比可恒定为5比5比3比5。
硅橡胶是指主链由硅氧键组成的橡胶，由于硅氧键的键能远远高于二烯烃橡胶中的不饱和碳碳双键。同时，由于乙烯基硅橡胶在硅氧键的基础上，还在侧链引入了乙烯基，使得乙烯基硅橡胶有了更优异的耐热性。可在180℃下长期工作，在200℃也能在数周或更长时间内保持弹性，瞬时可耐300℃以上的高温。因此在天然橡胶中加入乙烯基硅橡胶，同天然橡胶并用，利用天然橡胶和乙烯基硅橡胶形成三维网络互穿结构，充分发挥二者的优势，使得本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶既有硅橡胶的耐热稳定性，又有天然橡胶的强度和缓冲性。
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，采用过氧化物类的促进剂DCP来硫化乙烯基硅橡胶，使得乙烯基硅橡胶能够充分硫化；同时，选择硫磺、促进剂CBS和促进剂TBzTD的组合物来硫化天然橡胶。当硫磺、促进剂CBS、促进剂TBzTD和促进剂DCP的重量之比为5比5比3比5时完全可以做到乙烯基硅橡胶和天然橡胶的硫化互不干扰，产品性能和硫化效率最佳。克服了传统上天然橡胶和乙烯基硅橡胶不能同时硫化的技术难点。
因此硫磺、促进剂CBS、促进剂TBzTD和促进剂DCP组成了第二耐热组分，天然橡胶和乙烯基硅橡胶组成了第一耐热组分。
此外通过使用二段硫化工艺，即在150-155℃的硫化温度和155±10Bar的硫化压力下，硫化12-15min，再放入热空气烘箱，在100～110℃下硫化20min，得到最终的变速箱悬置，使得本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶中的含有硅氧饱和链段的乙烯基硅橡胶，能够进一步得到充分硫化，不受二烯烃类橡胶硫化剂的干扰。
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，按照重量份数，还含有氧化锌2～5份，氧化镁5～10份，硅铝微珠5～10份。氧化锌、氧化和硅铝微珠的重量之比可恒定为5比10比10。氧化锌、氧化镁和硅铝微珠组成第三耐热组分。
其中硅铝微珠主要成分是二氧化硅和三氧化二铝经过1400℃高温烧制分选而成直径在5-1000微米之间的中空微球，其直径越大，空心率越高，硅铝微珠的中空微球结构保证了本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的耐热性、耐侯性、耐腐蚀性和抗化学性能，同时由于硅铝微珠由金属氧化物组成，其熔点高、高温下不分解，可提高本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的阻燃性、热变形温度，热稳定和阻燃性。
氧化锌是锌的一种氧化物，用于物理防晒、隔热、屏蔽紫外线辐射在本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶中可提供优良的屏蔽热辐射的作用。
氧化镁是镁的氧化物，常温下为一种白色固体。氧化镁有高度耐火绝缘性能。经1000℃以上高温灼烧可转变为晶体，因此保证本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的耐火绝缘性能。
第三耐热组分为特殊的固定比例的氧化物组合，该组分中的各种氧化物，经过多次实际验证，得使得橡胶硫化时，橡胶分子链段间不仅产生高键能的分子键，使其能在85-100℃的温度下，可以较长时间保证橡胶硫化后分子链的交联完整性，起到耐热作用，同时该特殊固定比例，也可以保证天然橡胶和硅橡胶硫化不受干扰，起到最佳性能。
由上述可见，第三耐热组分主要是由各种耐热的金属氧化物组成，这些金属氧化物不仅具有极佳的耐热和隔热性能，还能对橡胶加工起到协同作用，是一举两得的组分。
同已有的单一的二烯烃组分耐热橡胶，或其他组分配合的耐热橡胶比较，本发明涉及一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶将三种耐热组合物协同使用，避免了已有的耐热橡胶配方中耐热组分的单一的缺点，避免了在复杂热工况下耐热组分失效的情况，起到高效互补的耐热作用。这正是本发明同其他耐热橡胶发明不同的创新之处。
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还含有作为填充剂的5～15份炭黑和15～25份白炭黑，用于对白炭黑进行表面改性的1～2份硅烷偶联剂，此外还含有1.5～2.5份增塑剂、1.5～3.5份微晶蜡、0.5～1.5份硬脂酸、1～2份防老剂6PPD和0.5～1.5份防老剂RD。其中增塑剂可选用石蜡油。
本发明一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶具有三重耐热组份，和传统变速箱悬置用耐热橡胶相比，解决了其耐热组份单一，耐热性性差的缺点，全方位提升了橡胶的耐热性能，可以有效抵御汽车动力总成的工作高温对橡胶的热损伤和热老化，同时可以大幅提高变速箱悬置橡胶的使用寿命。
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶的制备方法包括混炼步骤和硫化步骤；混炼步骤包括一段胶混炼步骤和二段胶混炼步骤。
S11，一段胶混炼步骤：将天然橡胶和乙烯基硅橡胶依次加入到啮合型转子密炼机中，炼胶20s～25s,并将啮合型转子密炼机中的温度加热到105～115℃；然后将白炭黑、硅烷偶联剂，塑化剂依次加入啮合型转子密炼机中密炼50～55s，使啮合型转子密炼机中的温度保持在120～125℃，最后向啮合型转子密炼机中加入炭黑，混炼20～30s后出胶。一段胶的出胶温度为140～150℃℃，成片冷却待用，制成一段胶；
S12，二段胶混炼步骤：将上述一段胶停放至少8小时后，将氧化锌、氧化镁、硅铝微珠、微晶蜡、硬脂酸、防老剂6PPD、防老剂RD依次加入啮合型转子密炼机，使啮合型转子密炼机的温度保持在85～95℃，混炼15～25s；然后将硫磺、促进剂CBS、促进剂TBzTD、促进剂DCP依次加入啮合型转子密炼机中，使啮合型转子密炼机温度保持在85～95℃，混炼10～20s后出胶；出胶后经过挤出机或双辊筒开炼机出片，过隔离剂冷却吹干，并进行性能测试，制成混炼胶；
硫化步骤包括：
S21，一段硫化步骤：将注射成型机的料筒温度加热至70～75℃，将混炼胶注射进入注射成型机的料筒中，硫化温度为150-155℃，硫化时间12-15min，压力为155±10Bar，硫化后的产品去掉废边，进行尺寸和外观的检验，制成变速箱悬置，即一段硫化胶。
S22，二段硫化步骤，将一段硫化胶，放入热空气烘箱，在100～110℃下继续硫化20min，得到产品。
混炼步骤中采用的啮合型转子密炼机为HF/M 190E型啮合型转子密炼机；硫化步骤中采用的注射成型机为250吨Desma注射成型机。
下面通过实施例1～5与对比实施例的对比，来对本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶来进行进一步说明。
实施例1～5与对比实施例中所使用的原料如表1所示：
表1实施例1～5与对比实施例中所使用的原料列表
序号 原料 供应商
1 天然橡胶TSR CV 60 中橡国际集团有限公司
2 硅橡胶ELASTOSIL R401 WACKER
3 白炭黑KS 300 Grace GmbH&Co.KG
4 硅烷偶联剂Si69 Evonik_Degussa
5 增塑剂(石蜡油) Hansen&Rosenthal
6 N660炭黑 Cabot
7 微晶蜡wax TECETE CHEMIE
8 氧化锌ZnO NORZINCO GMBH
9 氧化镁MgO NORZINCO GMBH
10 硅铝微珠 HENGDA PLASTIC
11 硬脂酸SA AVOKAL
12 防老剂6PPD Rhein Chemie Ltd
13 防老剂RD Rhein Chemie Ltd
14 硫磺S Rhein Chemie Ltd
15 促进剂CBS Rhein Chemie Ltd
16 促进剂TBzTD Rhein Chemie Ltd
17 促进剂DCP Rhein Chemie Ltd
实施例中的天然橡胶可选用TSR CV40或SVR 3L；实施例中的乙烯基硅橡胶同样可选用Starsil HCR 1950USP；实施例中的增塑剂同样适用于环烷油。
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶选择快挤炭黑N660，在天然橡胶强度的同时，兼顾橡胶流动加工性，不仅有利于混炼胶的流动，也有利于延长橡胶产品使用寿命；
选择使用白炭黑KS300，既可以补强天然橡胶，更重要的是补强乙烯基硅橡胶，使本耐热硅基橡胶有更好的使用强度；
硫黄、促进剂CBS，促进剂TBzTD，促进剂DCP按照特定比例配合，可以在提高耐热性的同时，兼顾流动性、强度、硬度、回弹等各个方面的物理性能，使天然橡胶和硅橡胶双双得到合理硫化。
实施例1～5与对比实施例中的组成如表2所示：
表2实施例1～5与对比实施例的组分列表
Figure BDA0001638562790000081
实施例1与对照实施例的性能实测结果如表3所示，从表3中可以看出，与对比实施例相比，实施例1在常温下的硬度、常温下拉伸强度、常温下的断裂伸长率、常温下的永久压缩性变、常温下的撕裂强度、常温下的回弹性、常温下的磨耗、常温下的零件压脱胶强度稍弱于对比实施例或与对比实施例相当。然而在热老化后硬度、热老化后硬度变化、热老化后拉伸强度、热老化后拉伸强度变化率、热老化后断裂伸长率、热老化后断裂伸长率变化比率以及热老化后压脱胶强度上实施例1都强于对比实施例。
其中热老化后硬度实施例1比对比实施例高7.1％，热老化后拉伸强度，实施例1比对比实施例高19.8％，热老化后的断裂伸长率，实施例1比对比实施例高18.3％，热老化后的断裂伸长率，实施例1比对比实施例高82％。
表3，实施例1与对照实施例的性能实测结对照表
Figure BDA0001638562790000091
相比于常温下的硬度，热老化后的硬度，对比实施例提高了6％，实施例1提高了8％。相比于常温下的拉伸强度，热老化后的拉伸强度，对比实施例衰减了41.9％，实施例1衰减22.5％。相比于常温下的拉伸强度，热老化后的拉伸强度，对比实施例衰减了33.6％，实施例1衰减19.6％。
从上述的比较中可以看出，本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，在热老化后的硬度、热老化后的拉伸强度，热老化后的拉伸强度热老化后的拉伸强度和断裂伸长率的衰减方面都明显优于现有技术，在克服了天然橡胶和乙烯基硅橡胶难以同时硫化的前提下，解决了传统用于变速箱悬置的橡胶由于耐热组份单一而造成的耐热性性差的缺点，全方位提升了橡胶的耐热性能，可以有效抵御汽车动力总成的工作高温对橡胶的热损伤和热老化，同时可以大幅提高橡胶变速箱悬置的使用寿命。
本发明的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，可以完全通过戴姆勒DBL5557.61，即戴姆勒集团动力总成橡胶件测试规范所规定的材料测试，其具有三种耐热组份，实现了提高高档轿车变速箱悬置用橡胶的耐热、隔热性能、提升了高温环境下产品使用寿命的配方设计目的。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，其特征在于：按重量份数包括：40～50份天然橡胶，10～20份乙烯基硅橡胶，以及用于使天然橡胶交联的0.5～1.5份硫磺，用于使乙烯基硅橡胶交联的0.5～1.5份促进剂DCP，以及0.5～1.5份促进剂CBS和0.3～0.9份促进剂TBzTD，氧化锌2～5份，氧化镁5～10份，硅铝微珠5～10份，
氧化锌、氧化镁和硅铝微珠的重量之比为5比10比10。
2.根据权利要求1所述的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，其特征在于：硫磺、促进剂DCP、促进剂CBS和促进剂TBzTD的重量之比恒定为5比5比5比3。
3.根据权利要求1所述的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，其特征在于：按照重量份数，该用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还包括：白炭黑15～25份，硅烷偶联剂1～2份和炭黑5～15份。
4.根据权利要求3所述的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，其特征在于：按照重量份数，该用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还包括：增塑剂1.5～2.5份、微晶蜡1.5～3.5份和硬脂酸0.5～1.5份。
5.根据权利要求4所述的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，其特征在于：所述增塑剂为石蜡油。
6.根据权利要求1所述的一种用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶，其特征在于：按照重量份数，该用于变速箱悬置的硅基耐热橡胶还包括：1～2份防老剂6PPD和0.5～1.5份防老剂RD。
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