CN108822356B - 一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及床垫充气层材料，特别是涉及一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料及其制备方法。所述橡胶材料包括：天然橡胶、丁苯橡胶、硫化剂、硫化促进剂、二硫代二丙酸二甲酯、白炭黑、抗老化剂、软化剂。本发明提供的橡胶材料以特定的组分配方和制备工艺制备得到，所述橡胶材料在具有良好力学强度的同时还兼具优越的回弹性能和耐磨性能，能有效满足充气床垫中对充气层材料的要求，可适用于软硬可调床垫充气层。

Description

一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及床垫充气层材料，特别是涉及一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步和人民生活水平的提高，人们对生活质量的要求也越来越高，衣食住行等方面都有了前所未有的改善。睡眠占据着人类生命1/3以上的时间，睡眠质量好坏直接影响到人的健康，而床垫的品质与睡眠密切的相关。床垫的用材、软硬度、受压变形量、温湿度等都影响着人们的睡眠质量。
床垫主要有棕榈床垫、乳胶床垫、弹簧床垫、水床、气床等几种类型，其中气床又名充气床褥或充气床垫，床垫内含具有充气层的充气系统，分别有充气及排气装置。充气床垫通过自动或者定时充气和放气，方便调节，收藏携带都很方便。气床可以通过控制充气量来适当调节床垫的软硬度，并且气床利用空气无孔不入的特点，对人体有一定的承托力，睡觉时使人体与睡床百分百吻合，人身体各部分均匀受力，从而克服了传统睡床因受力不均带来的血液循环障碍，在国外充气床垫又名健康床。
充气床垫中的充气层材料大多数由橡胶布或者塑料薄膜制成，例如采用PVC、聚氨酯或者橡胶材料。橡胶作为高弹性的高分子化合物具有良好的扯断强力、耐疲劳强力、不透水性、不透气性、电绝缘性等，可适用于轮胎、胶管、胶带以及其它各种橡胶制品。但是，充气床垫中的充气层对材料的性能有着特殊的要求，要求材料具有优良的机械力学性能以及良好的回弹性能和耐磨损性能。目前市场上普通的床垫充气层的橡胶材料无法同时兼顾材料的力学强度、回弹性、耐磨性。因此，寻找更为合理的充气床垫充气层的橡胶材料是需要进一步研究的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料及其制备方法。本发明提供的橡胶材料以特定的组分配方和制备工艺制备得到，所述橡胶材料在具有良好力学强度的同时还兼具优越的回弹性能和耐磨性能，能有效满足充气床垫中对充气层材料的要求，可适用于软硬可调床垫充气层。
为实现本发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料，按重量份计包括：天然橡胶70～80份、丁苯橡胶20～30份、硫化剂1.2～2.0份、硫化促进剂1.2～2.0份、二硫代二丙酸二甲酯1.0～2.0份、白炭黑10～15份、抗老化剂2～3份、软化剂5～10份。
优选地，所述的硫化剂选自二硫代二吗啡啉、四硫化二吗啡啉中的至少一种。
优选地，所述的硫化促进剂选自二硫化二苯并噻唑、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的至少一种。
优选地，所述的软化剂选自机油、环烷油、芳烃油中的至少一种。
优选地，所述的抗老化剂选自2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、N-苯基-N’-环己基对苯二胺中的至少一种。
本发明还提供一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)先将天然橡胶、丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入二硫代二丙酸二甲酯、白炭黑、抗老化剂、软化剂继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与硫化剂和硫化促进剂在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，制得所述橡胶材料。
优选地，步骤(3)中所述硫化的条件包括：硫化温度为135～140℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为15～17min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明提供的橡胶材料以特定的组分配方和制备工艺制备得到，所述橡胶材料在具有良好力学强度的同时还兼具优越的回弹性能和耐磨性能，能有效满足充气床垫中对充气层材料的要求，可适用于软硬可调床垫充气层。
2.具体的，本发明提供的橡胶材料以天然橡胶和丁苯橡胶为橡胶主材，以白炭黑、硫化剂、硫化促进剂、二硫代二丙酸二甲酯、软化剂和抗老化剂作为助剂加以改性硫化，特别是二硫代二丙酸二甲酯的加入，加强橡胶材料中各组分的相互分散作用，促进硫化，提高硫化后橡胶材料的回弹性能和耐磨性能。
3.研究发现，延长硫化时间、提升硫化温度，会提高胶料的硫化程度，增强橡胶制品的力学机械性能，但容易导致胶料焦烧，同时不利于橡胶制品的回弹性能和耐磨损性能；而如果硫化时间过短或者硫化温度过低，则会造成胶料硫化不完全，降低橡胶制品的拉伸强度等力学性能。本发明提供的橡胶材料以特定的制备工艺制备得到，特别是经由特定的硫化工艺条件制备而成，所述硫化的条件包括：硫化温度为135～140℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为15～17min。制得的橡胶材料同时兼顾优良的力学强度、回弹性、耐磨性。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施实例对本发明做进一步阐述，但实施例不构成对本发明保护范围的限制。
以下实施例和对比例中：
天然橡胶为3#烟片胶，购自于沈阳三橡股份有限公司。
丁苯橡胶为丁苯橡胶1500，门尼粘度为52，购自于中国石油吉林石化公司。
硫化剂(二硫代二吗啡啉、四硫化二吗啡啉)、硫化促进剂(二硫化二苯并噻唑、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)、软化剂(机油、环烷油、芳烃油)、抗老化剂(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、N-苯基-N’-环己基对苯二胺)和二硫代二丙酸二甲酯，购自于国药集团化学试剂有限公司。
白炭黑为白炭黑165GR，氮吸附比表面积为170m2/g，购自于法国罗迪亚公司。
以下实施例和对比例中涉及的测试方法如下：
拉伸性能测试：按照国家标准GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行拉伸强度测试。
回弹性测试：根据国家标准GB/T1681-2009《硫化橡胶回弹性的测定》测定硫化橡胶的弹性。
磨耗性能测试：按照国家标准GB1689-1998《硫化橡胶耐磨耗性能测定(用阿克隆磨耗机)》进行磨耗试验。
实施例1-5用于说明本发明所述的橡胶材料及其制备方法。
实施例1
(1)按重量份计，先将80份的天然橡胶、20份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1份的二硫代二丙酸二甲酯、10份的白炭黑、2份的2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体和5份的环烷油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的四硫化二吗啡啉和1.5份的二硫化二苯并噻唑在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为138℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
实施例2
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为138℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
实施例3
(1)按重量份计，先将70份的天然橡胶、30份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入2份的二硫代二丙酸二甲酯、15份的白炭黑、3份的N-苯基-N’-环己基对苯二胺和8份的芳烃油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为138℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
实施例4
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为135℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
实施例5
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为140℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
对比例1
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为138℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
对比例2
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为132℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
对比例3
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为142℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
对比例4
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为138℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为14min，制得所述橡胶材料。
对比例5
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为138℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为18min，制得所述橡胶材料。
实施例1-5和对比例1-5制备得到橡胶制品的性能测试结果见表1。
表1
拉伸强度/MPa 回弹性/％ 磨耗/cm<sup>3</sup>
实施例1 17.4 38.7 0.302
实施例2 18.2 39.6 0.291
实施例3 17.8 39.1 0.297
实施例4 17.2 39.8 0.288
实施例5 18.5 39.2 0.295
对比例1 17.2 38.3 0.312
对比例2 16.4 39.4 0.332
对比例3 18.7 37.5 0.321
对比例4 14.5 40.4 0.335
对比例5 19.6 36.5 0.324
根据上述表1中的结果，实施例1-5中制得的橡胶材料制品具有优良的拉伸强度、回弹性能和耐磨性能。由实施例2和对比例1发现，二硫代二丙酸二甲酯的加入，加强橡胶材料中各组分的相互分散作用，促进硫化，提高硫化后橡胶材料拉伸强度、回弹性能和耐磨性能。由实施例2和对比例2、4发现，硫化时间过短或者硫化温度过低，会造成胶料硫化不完全，降低橡胶制品的拉伸强度等力学性能。由实施例2和对比例3、5发现，硫化时间过长或者硫化温度过高，会提高胶料的硫化程度，增强橡胶制品的力学机械性能，但不利于橡胶制品的回弹性能和耐磨损性能。
本发明提供的橡胶材料以特定的组分配方和制备工艺制备得到，所述橡胶材料在具有良好力学强度的同时还兼具优越的回弹性能和耐磨性能，能有效满足充气床垫中对充气层材料的要求，可适用于软硬可调床垫充气层。
需要指出的是，本研究领域的相关技术人员应当意识到在不脱离本发明给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种适用于软硬可调床垫充气层的橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按重量份计，先将75份的天然橡胶、25份的丁苯橡胶在密炼机中进行熔融混炼1.5min，密炼机内保持温度为100℃，转子转速为70r/min，然后加入1.5份的二硫代二丙酸二甲酯、12份的白炭黑、2.5份的6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和7份的机油继续进行熔融混炼2min，出料后得第一混炼料；
(2)将第一混炼料与1.5份的二硫代二吗啡啉和1.5份的N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺在开炼机上以15rpm的辊速混炼8min，出料后得第二混炼料；
(3)将第二混炼料放入平板硫化机上进行硫化，硫化温度为138℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为16min，制得所述橡胶材料。
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