CN108690232A - 一种耐磨耐高温的橡胶气囊及其制作方法 - Google Patents

一种耐磨耐高温的橡胶气囊及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于橡胶制品领域，具体涉及一种耐磨耐高温的橡胶气囊及其制作方法。耐磨耐高温的橡胶气囊是由38‑48重量份的丁腈橡胶、30‑40重量份的补强填充剂、15‑20重量份的增塑剂、0.5‑1重量份的活性剂、0.5‑1重量份的硫化促进剂和0.9‑2.3重量份的2‑脱氧‑2,2二氟‑戊呋喃糖‑1‑酮‑3,5‑二苯甲酸酯所制成。本发明耐磨耐高温的橡胶气囊成分设计合理，制备的耐磨耐高温的橡胶气囊表面光滑，摩擦系数较小，提高了其耐磨性能，另外橡胶气囊的耐高温性能亦较好。

Description

一种耐磨耐高温的橡胶气囊及其制作方法
技术领域
本发明属于橡胶制品领域，具体涉及一种耐磨耐高温的橡胶气囊及其制作方法。
背景技术
橡胶气囊，又叫混凝土预制空心板橡胶充气芯模，桥梁充气芯膜，橡胶内模，是利用橡胶的高分子特性与高强度纤维布硫化而成的一种可膨胀、收缩的不同形状的内模。主要用于公路桥梁混凝土前张法后张法梁的浇筑成型工程，同时也被涵洞排污工程所采用。橡胶气囊充入压缩空气后，气囊即伸展膨胀达到其截面设计要求，充气压力根据厂家标识而定，不可超压充气。它使用简便，经济耐用，可反复使用近百次，不充气时柔软收缩，任意折叠、卷曲，充气膨胀后具有足够的强度来承受混凝土的压力，能代替原有的木模、竹模、钢模，可以多次重复使用，是一种降低成本和加快施工进度的砼制品配套产品。橡胶气囊应用十分广泛，但是胶料的耐磨性显得尤为重要，耐磨性较好能够延长橡胶气囊的使用年限，提高整个产品的使用性能。另外，长时间频繁的摩擦或者外界条件会使橡胶气囊的温度急剧升高。探索耐磨性能和耐高温性能比较好的橡胶气囊对于其应用和发展起着至关重要的作用。
发明内容
本发明为解决橡胶气囊耐磨性能和耐高温性能较差的问题，提供了一种耐磨耐高温的橡胶气囊及其制作方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种耐磨耐高温的橡胶气囊，它是由如下原料制成：38-48重量份的丁腈橡胶、30-40重量份的补强填充剂、15-20重量份的增塑剂、0.5-1重量份的活性剂、0.5-1重量份的硫化促进剂和0.9-2.3重量份的2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊，它是由如下原料制成：46重量份的丁腈橡胶、33.8重量份的补强填充剂、17.85重量份的增塑剂、0.6重量份的活性剂、0.55重量份的硫化促进剂S和1.2重量份的2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的补强填充剂为炭黑N550。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的增塑剂为二辛脂。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的活性剂为硬脂镁和氧化锌的混合物，硬脂镁和氧化锌的重量份数比为1∶（2～6）。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的硫化促进剂为促进剂BZ、促进剂TRA、促进剂TDTM和促进剂S组成的混合物，促进剂BZ、促进剂TRA、促进剂TDTM和促进剂S的重量份数比为1∶（0.3～0.5）∶（0.3～0.6）∶（0.2～0.8）。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法包括以下步骤：
（1）将上述重量份数的丁腈橡胶加入密炼机中，在温度为35－50℃的条件下塑炼20－200S，接着加入上述重量份的活性剂、1/2重量份数的补强填充剂和1/2重量份数的增塑剂混炼1-10min，后加入剩余重量份的补强填充剂、增塑剂、2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯和油料继续混炼1-5min，混炼后在温度为90-150℃的条件下进行排胶，排胶完成后得到胶料并在室温下自然冷却，冷却完成后向胶料加入上述重量份的硫化促进剂得到混炼胶，其中油料的添加量为丁腈橡胶重量份数的0.05～0.25；
（2）将步骤（1）制得的混炼胶在室温下放置5-25小时后，放入开炼机中温度为40-80℃反炼3-9min，反炼完成后将其放入硫化机中进行硫化，硫化完成后在室温下自然冷却得到耐磨耐高温的橡胶；
（3）向步骤（2）的耐磨耐高温的橡胶中加入二丁酯溶剂，耐磨耐高温的橡胶和二丁酯溶剂的重量份数比为1∶（2～5），搅拌直至耐磨耐高温的橡胶全部溶解，得到耐磨耐高温的橡胶胶液；
（4）将两层芳纶布浸入5%的硅烷偶联剂乙醇溶液中，取出并烘干，后将步骤（3）制备的耐磨耐高温的橡胶胶液刷抹至芳纶布的单面，制备成囊胚加强层；
（5）再取一层芳纶布作为芯层，将步骤（4）制备的囊胚加强层沿着气囊宽度方向与芯层交替进行缝合，囊胚加强层刷抹胶液的一面向外且沿其外边缘使用缝合线进行缝合，制备成囊胚；
（6）将耐磨耐高温的橡胶进行压制成胶片，并放置10-90h；
（7）将步骤（6）压制成的胶片黏贴在囊胚上，设置气嘴，放置15-20min，得到成型气囊；
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法，步骤（2）中硫化的温度为150-200℃，硫化的时间为5-20min。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法，步骤（4）中的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
上述耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法，步骤（4）和（5）中刷抹为刷抹三遍，每遍刷抹之间停放5-35min。
相对于现有技术，本发明耐磨耐高温的橡胶气囊成分设计合理，炭黑N550分散性较高，一系列硫化促进剂能够适当提高耐磨耐高温的橡胶气囊的交联程度，制备的耐磨耐高温的橡胶气囊表面光滑，摩擦系数较小，提高了其耐磨性能，另外通过在橡胶气囊配方中加入 2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯，使橡胶气囊的耐热温度得到提高，提高了其耐高温性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1：
一种耐磨耐高温的橡胶气囊，它是由46重量份的丁腈橡胶、33.8重量份的炭黑N550、17.85重量份的二辛脂、0.5重量份的氧化锌、0.1重量份的硬脂镁、0.2重量份的促进剂BZ、0.1重量份的促进剂TRA、0.1重量份的促进剂TDTM、0.15重量份的硫化促进剂S和1.2重量份的2- 脱氧 -2,2 二氟 - 戊呋喃糖 -1- 酮 -3,5- 二苯甲酸酯所制成。
将上述重量分数的丁腈胶加入密炼机中，在温度为30℃的条件下塑炼80S，加入上述重量份的活性剂、1/2重量份数的补强填充剂和1/2重量份数的增塑剂混炼5min，加入剩余重量份的补强填充剂、增塑剂、2- 脱氧 -2,2 二氟 - 戊呋喃糖 -1- 酮 -3,5- 二苯甲酸酯和油料继续混炼2min，后在温度为110℃的条件下进行排胶，排胶完成后得到胶料并在室温下自然冷却，冷却完成后向胶料加入上述重量份的硫化促进剂得到混炼胶，其中油料的添加量为丁腈橡胶重量份数的0.1；
将上述混炼胶在室温下放置15小时后，放入开炼机中温度为60℃反炼5min，反炼完成后将其放入硫化机中进行硫化，硫化的温度为160℃，硫化的时间为10min，硫化完成后在室温下自然冷却得到耐磨耐高温的橡胶；
向耐磨耐高温的橡胶中加入二丁酯溶剂，耐磨耐高温的橡胶和二丁酯溶剂的重量份数比例为1∶3。耐磨耐高温的橡胶加入溶剂二丁酯后不停地搅拌，直至耐磨耐高温的橡胶全部溶解，得到耐磨耐高温的橡胶胶液；
将两层芳纶布浸入5%的乙烯基三甲氧基硅烷和乙醇溶液中，取出并烘干，后将制备的耐磨耐高温的橡胶胶液刷抹至芳纶布的单面，制备成囊胚加强层。刷抹为刷抹三遍，每遍刷抹之间停放30min；
再取一层芳纶布作为芯层，将制备的囊胚加强层沿着气囊宽度方向与芯层交替进行缝合，囊胚加强层刷抹胶液的一面向外且沿其外边缘使用缝合线进行缝合，制备成囊胚。刷抹为刷抹三遍，每遍刷抹之间停放20min；
将耐磨耐高温的橡胶进行压制成胶片，并放置48h；
将压制成的胶片黏贴在囊胚上，设置气嘴，放置15min，得到成型气囊。
制备20个橡胶气囊测试试样，其中橡胶气囊的耐磨性能是通过阿克隆磨耗试验机测定的。试验时让试样与砂轮在一定的倾斜角度和一定的负荷作用下进行摩擦，测定试样在一定里程内的磨耗体积。测试的性能结果经过计算如表1：
表1 实施例1中耐磨耐高温的橡胶气囊性能测试的结果
序号 橡胶特性 测量单位 测定值
1 硬度 Shore A 76
2 伸长率 %，min 520
3 拉伸强度 Mpa 18.06
4 阿克隆磨耗量 Cm3/1.6Km 0.18
由表1可见，实施例1中耐磨耐高温的橡胶气囊的阿克隆磨耗量仅为0.18Cm3/1.6Km。
本橡胶气囊试样还进行了O形圈耐久实验，实验规格为Φ24*2.65，活塞杆的往复行程5mm，频率为30HZ，实验时间为27天。
试验完成后，发现O形试样圈表面接近完好，没有出现明显的磨损痕迹。该橡胶气囊的耐磨性能非常好。
将上述橡胶气囊试样置于150℃下放置10h进行热处理实验，然后通过观察橡胶气囊试样的形貌和测试橡胶气囊试样的拉伸强度来评定橡胶气囊的耐高温性能。具体结果如表2所示。
表2 实施例1中耐磨耐高温的橡胶气囊耐高温性能测试的结果
序号 橡胶特性 测量单位 测定结果
1 橡胶形貌 橡胶形貌未发生变化
2 拉伸强度 Mpa 18.08
3 覆盖胶和骨架材料的粘合强度 N/mm2 5.1
由表2中橡胶气囊试样的热处理实验结果可知，橡胶气囊在高温时形貌未发生变化，拉伸强度也基本不变，覆盖胶和骨架材料的粘合强度较高，橡胶的耐高温性能较好。
实施例1中通过在橡胶气囊配方中加入 2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯，使橡胶气囊的耐高温性能得到提高。
对比例
一种传统橡胶气囊，它的重量分数组成为：45份丁腈橡胶、35.85份N375炭黑、18份二辛脂、0.5份氧化锌、0.1份硬脂镁、0.25份促进剂CZ、0.2份促进剂ZDMC、0.1份促进剂TMTD。
将上述重量分数的丁腈胶加入密炼机中，在温度为30℃的条件下塑炼80S，加入上述重量份的活性剂、1/2重量份数的补强填充剂和1/2重量份数的增塑剂混炼5min，加入剩余重量份的补强填充剂、增塑剂和油料继续混炼2min，后在温度为110℃的条件下进行排胶，排胶完成后得到胶料并在室温下自然冷却，冷却完成后向胶料加入上述重量份的硫化促进剂得到混炼胶，其中油料的添加量为丁腈橡胶重量份数的0.1；
将上述混炼胶在室温下放置15小时后，放入开炼机中温度为60℃反炼5min，反炼完成后将其放入硫化机中进行硫化，硫化的温度为160℃，硫化的时间为10min，硫化完成后在室温下自然冷却得到该传统橡胶。
采用上述传统橡胶制备成传统橡胶气囊。
制备橡胶气囊测试试样，其中橡胶气囊的耐磨性能是通过阿克隆磨耗试验机测定的。试验时让试样与砂轮在一定的倾斜角度和一定的负荷作用下进行摩擦，测定试样在一定里程内的磨耗体积。测试的性能结果如表3：
表3 对比例中传统橡胶气囊性能测试的结果
序号 橡胶特性 测量单位 测定值
1 硬度 Shore A 78
2 伸长率 %，min 490
3 拉伸强度 Mpa 18.8
4 阿克隆磨耗量 Cm3/1.6Km 0.34
对比例和实施例1的主要差别是两者所用的补强填充剂和硫化促进剂不同，另外耐磨耐高温的橡胶气囊中加入了 2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯。
实施例1使用的补强填充剂炭黑N550分散性较高，一系列硫化促进剂能够提高适当提高橡胶气囊的交联程度，制备的耐磨耐高温的橡胶气囊表面光滑，摩擦系数较小，耐磨性能优异，同时其弹性亦较佳。从两者的阿克隆磨耗量可以看出，实施例1橡胶气囊的阿克隆磨耗量仅为0.18Cm3/1.6Km，其耐磨性非常好，而对比例中传统橡胶气囊测试试样的阿克隆磨耗量为0.34Cm3/1.6Km，磨损较为严重。
将上述传统橡胶气囊试样置于150℃下放置10h进行热处理实验，然后通过观察橡胶气囊试样的形貌和测试橡胶气囊试样的拉伸强度来评定橡胶气囊的耐高温性能。具体结果如表4所示。
表4 对比例中传统橡胶气囊耐高温性能测试的结果
序号 橡胶特性 测量单位 测定结果
1 橡胶形貌 橡胶形貌发生变化
2 拉伸强度 Mpa 12.03
3 覆盖胶和骨架材料的粘合强度 N/mm2 2.5
由表4中橡胶气囊试样的热处理实验结果可知，橡胶气囊试样在高温时形貌发生变化，拉伸强度也变小，覆盖胶和骨架材料的粘合强度较低，传统橡胶气囊的耐高温性能较差。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当 指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐磨耐高温的橡胶气囊，其特征在于，它是由如下原料制成：38-48重量份的丁腈橡胶、30-40重量份的补强填充剂、15-20重量份的增塑剂、0.5-1重量份的活性剂、0.5-1重量份的硫化促进剂和0.9-2.3重量份的2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯。
2.根据权利要求1所述的耐磨耐高温的橡胶气囊，其特征在于，它是由如下原料制成：46重量份的丁腈橡胶、33.8重量份的补强填充剂、17.85重量份的增塑剂、0.6重量份的活性剂、0.55重量份的硫化促进剂和1.2重量份的2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯。
3.根据权利要求1所述的耐磨耐高温的橡胶气囊，其特征在于，所述的补强填充剂为炭黑N550。
4.根据权利要求1所述的耐磨耐高温的橡胶气囊，其特征在于，所述的增塑剂为二辛脂。
5.根据权利要求1所述的耐磨耐高温的橡胶气囊，其特征在于，所述的活性剂为硬脂镁和氧化锌的混合物，硬脂镁和氧化锌的重量份数比为1∶（2～6）。
6.根据权利要求1所述的耐磨耐高温的橡胶气囊，其特征在于，所述的硫化促进剂为促进剂BZ、促进剂TRA、促进剂TDTM和促进剂S组成的混合物，促进剂BZ、促进剂TRA、促进剂TDTM和促进剂S的重量份数比为1∶（0.3～0.5）∶（0.3～0.6）∶（0.2～0.8）。
7.一种如权利要求1所述的耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法，其特征在于，它包括以下步骤：
（1）将上述重量份数的丁腈橡胶加入密炼机中，在温度为35-50℃的条件下塑炼20-200S，接着加入上述重量份的活性剂、1/2重量份数的补强填充剂和1/2重量份数的增塑剂混炼1-10min，后加入剩余重量份的补强填充剂、增塑剂、2-脱氧-2,2二氟-戊呋喃糖-1-酮-3,5-二苯甲酸酯和油料继续混炼1-5min，混炼后在温度为90-150℃的条件下进行排胶，排胶完成后得到胶料并在室温下自然冷却，冷却完成后向胶料加入上述重量份的硫化促进剂得到混炼胶，其中油料的添加量为丁腈橡胶重量份数的0.05～0.25；
（2）将步骤（1）制得的混炼胶在室温下放置5-25小时后，放入开炼机中温度为40-80℃反炼3-9min，反炼完成后将其放入硫化机中进行硫化，硫化完成后在室温下自然冷却得到耐磨耐高温的橡胶；
（3）向步骤（2）的耐磨耐高温的橡胶中加入二丁酯溶剂，耐磨耐高温的橡胶和二丁酯溶剂的重量份数比为1∶（2～5），搅拌直至耐磨耐高温的橡胶全部溶解，得到耐磨耐高温的橡胶胶液；
（4）将两层芳纶布浸入5%的硅烷偶联剂乙醇溶液中，取出并烘干，后将步骤（3）制备的耐磨耐高温的橡胶胶液刷抹至芳纶布的单面，制备成囊胚加强层；
（5）再取一层芳纶布作为芯层，将步骤（4）制备的囊胚加强层沿着气囊宽度方向与芯层交替进行缝合，囊胚加强层刷抹胶液的一面向外且沿其外边缘使用缝合线进行缝合，制备成囊胚；
（6）将耐磨耐高温的橡胶进行压制成胶片，并放置10-90h；
（7）将步骤（6）压制成的胶片黏贴在囊胚上，设置气嘴，放置15-20min，得到成型气囊。
8.根据权利要求7所述的耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法，其特征在于，在步骤（2）中硫化的温度为150-200℃，硫化的时间为5-20min。
9.根据权利要求7所述的耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法，其特征在于，在步骤（4）中所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
10.根据权利要求7所述的耐磨耐高温的橡胶气囊的制作方法，其特征在于，在步骤（4）和（5）中刷抹为刷抹三遍，每遍刷抹之间停放5-35min。
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