CN108948508B - 一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料，采用了反式异戊二烯、乙烯辛烯弹性体、混炼型聚氨酯橡胶、硅橡胶、爽滑剂、白炭黑、碳纳米管、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、过氧化物引发剂，分别在橡塑密炼机中按照加料顺序共混改性，通过高温动态硫化生成预交联的共混型弹性体；将该材料与天然橡胶按照比例共混，同时加入活性剂、促进剂、炭黑、软化剂、防老剂和硫化剂后制成混炼胶，该混炼胶在保持天然橡胶力学性能的同时，提高耐磨性，降低橡胶材料的表面张力，降低橡胶材料与地面的摩擦系数，减少花纹面胶与泥土的粘附性，减轻履带转弯时对橡胶花纹面胶的磨损和剪切破坏，从而达到延长橡胶履带的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种添加在橡胶中改善橡胶性能的材料。
背景技术
近些年，由于橡胶履带具有接地比压小、牵引力大、振动小、机械质量轻，转向灵活和在复杂地形上通过能力强等优点,替代钢质履带和轮胎已是趋势。橡胶履带广泛应用于行走式农业机械和石油勘探、森林防火车辆和工程机械等许多领域，橡胶履带能改善机械的行驶性能,扩大机械作业范围,对实现市政基础建设机械化,农田、沙漠、沼泽地等松软地面的作业和运输具有重要意义。
现阶段国内履带生产厂家已达到二十多家，年产履带数量已超过200万条，但国产橡胶履带的使用寿命不如国外的一些品牌履带，主要表现在以下一些问题：轮侧铁齿面上橡胶破损、履带表面橡胶断裂、铁齿脱落、钢丝断裂、履带花纹面胶磨损严重等。
履带花纹面胶直接与地面接触，其性能好坏直接影响履带的使用寿命，其主要受到以下几个机械载荷力：弯曲曲挠力；与泥地、沙地、水泥地、石子路面等各种地面接触，受地面对其的摩擦力、切割力以及剪切力等。履带机械正常行驶时，动力平均输出到两个驱动轮上，此时履带受到的阻力是滚动摩擦阻力，因此机械输出的动力也不大，对铁齿、钢丝、履带表面来说，它们所受的机械力也不大。因履带机械的特殊性，当履带机械转向时，此时不再以滚动的方式运动，而是以该履带接地中心为圆心做滑动运动，有动力输出的一边履带此时也以同样的圆心做半滑动半滚动的运动，因滑动摩擦系数远大于滚动摩擦系数。履带机械在转弯时，机械动力输出大，此时履带各部位所受力最大，这种情况容易造成履带掉齿、断钢丝、脱带、履带花纹磨损过快的问题，这些问题也造成国内履带寿命普遍短的一个重要原因。
为了减小履带机械转弯时履带各部位的受力，必须减小橡胶履带表面橡胶的滑动摩擦系数，特别是现在国内农机要求履带的宽度越来越宽，相应的转向时阻力越来越大，更要求必须减小滑动摩擦系数，减轻履带行进或转弯时对橡胶花纹面胶的磨损和剪切破坏，从而达到延长使用寿命。
提高橡胶履带的耐久性是一项非常艰巨的任务，耐久性表现为橡胶履带耐磨损切割、穿刺、龟裂和碎裂的能力。目前为止，橡胶履带仍属易损件，国外先进产品的寿命也仅约1万公里。除传动件和牵引件的品质外，强力保护层与橡胶弹性体的性能也是影响橡胶履带耐久性的重要因素。橡胶胶料不仅要有良好的物理性能、动态疲劳性能、抗应力集中和耐天候老化性能，还需要具有与传动件和保护层间优异的粘合强度。对于某些特殊产品，还要求有耐盐碱、耐油、耐寒和防火阻燃等特殊功能。
发明内容
橡胶履带都是在动态条件下使用的，国内橡胶履带使用寿命比较短，主要原因与橡胶材料的耐疲劳破坏性能及橡胶履带花纹面胶磨损严重有关。为了解决该问题仍，本发明提供了一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料，该材料替代天然橡胶，能提高耐磨性，降低橡胶材料的表面张力，减少花纹面胶与泥土的粘附性，降低橡胶材料与地面的摩擦力，减轻履带转弯时对橡胶花纹面胶的剪切破坏，从而达到延长橡胶履带使用寿命的目的。
本发明采用了下述技术方案：一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料，包含以下组分：反式异戊二烯20-30质量份、乙烯辛烯弹性体30-40质量份、混炼型聚氨酯橡胶15-20质量份、硅橡胶15-20质量份、爽滑剂2-3质量份、白炭黑3-8质量份、碳纳米管3-5质量份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：0.2-0.3质量份、过氧化物引发剂：0.1-0.2质量份，分别在橡塑密炼机中共混均匀，通过高温下动态硫化生成预交联的共混型弹性体。
进一步优选，反式异戊二烯：乙烯辛烯弹性体：混炼型聚氨酯橡胶：硅橡胶：爽滑剂：白炭黑：碳纳米管：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：过氧化物引发剂＝22：36：16：16：2.5：3.9：3.3：0.2：0.1。
进一步优选，所述爽滑剂是油酸酰胺或四氟乙烯微粉。
本发明还提供了一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料的制备方法，
b)先把硅橡胶、白炭黑和过氧化物引发剂在开炼机上混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；
b)在密炼机中加入反式异戊二烯和乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入混炼型聚氨酯橡胶，然后加入爽滑剂、碳纳米管和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，在开炼机温度为60-80℃下薄通3遍下片冷却。
或者是，一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料的制备方法，
a)先把硅橡胶、白炭黑和氧化物引发剂在开炼机上混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；
b)在密炼机中加入反式异戊二烯和乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入混炼型聚氨酯橡胶，然后加入爽滑剂油酸酰胺、碳纳米管和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，通过橡胶挤出机造粒冷却，挤出机设定温度为80-100℃，转速为80rpm，即得。
本发明解决其技术问题的技术机理为：
a)采用反式异戊二烯，其具有与天然橡胶较好的相容性，同时在常温下具有结晶性，有良好的耐磨性和疲劳性能。
b)采用多种材料共混改性，实现性能互补。乙烯辛烯弹性体、混炼型聚氨酯橡胶和硅橡胶，在过氧化物引发剂作用下均能参与交联反应，形成多项体系互穿网络。乙烯辛烯弹性体具有良好的加工性和力学性能；混炼型聚氨酯橡胶具有优良的耐磨性和力学性能；硅橡胶具有疏水性，能降低橡胶材料的表面张力，减小橡胶与地面的摩擦系数。
c)加入爽滑剂和碳纳米管。爽滑剂选用油酸酰胺、芥酸酰胺或四氟乙烯微粉单独使用或并用，爽滑剂加入橡胶中，其迁移到橡胶表面，使橡胶表面光洁，减小橡胶与接触物体的摩擦系数，减小因剪切造成橡胶破坏；加入碳纳米管增强橡胶，可以解决多项体系因界面分离造成破坏，能提高橡胶材料的撕裂强度和耐切割破坏，同时具有优良的导热性，可以提高橡胶履带的散热速度。
d)加入三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和过氧化物引发剂，在高温下释放出自由基，引发橡胶交联，在动态硫化过程中形成预交联体系均匀分散在乙烯辛烯弹性体中。该共混物与天然橡胶的相容性得到了显著改善，解决了混炼型聚氨酯橡胶和硅橡胶难以与天然橡胶类材料共混并用的问题。
本发明具有如下技术效果：将该材料部分替代天然橡胶后制成的胶料，该胶料在保持天然橡胶力学性能的同时，提高耐磨性，降低橡胶材料的表面张力，降低橡胶材料与地面的摩擦系数，减少花纹面胶与泥土的粘附性，减轻履带转弯时对橡胶花纹面胶的磨损和剪切破坏，从而达到延长使用寿命。本发明材料创造性的解决了混炼型聚氨酯及硅橡胶与天然橡胶并用难以共硫化及力学性能差的关键技术问题。
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。
反式异戊二烯20-30质量份、乙烯辛烯弹性体30-40质量份、混炼型聚氨酯橡胶15-20质量份、硅橡胶15-20质量份、爽滑剂2-3质量份、白炭黑3-8质量份、碳纳米管3-5质量份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：0.2-0.3质量份、过氧化物引发剂：0.1-0.2质量份，
实施例一：
c)先把16质量份硅橡胶、3.9质量份白炭黑和0.1质量份过氧化物BIBP在开炼机上混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；其用量配比为:16:3.9:0.1
d)在密炼机中加入22质量份反式异戊二烯和36质量份乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入16质量份混炼型聚氨酯橡胶，然后加入2.5质量份爽滑剂油酸酰胺、3.3质量份碳纳米管和0.2质量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入20质量份硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，在开炼机温度为60-80℃下薄通3遍下片冷却，即制的本发明的材料；所用材料用量配比为:22:36:16:2.5:3.3:0.2:20。
实施例二：
a)先把16质量份硅橡胶、3.9质量份白炭黑和0.1质量份过氧化物BIBP在开炼机上混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；其用量配比为:16:3.9:0.1
b)在密炼机中加入22质量份反式异戊二烯和36质量份乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入16质量份混炼型聚氨酯橡胶，然后加入2.5质量份爽滑剂油酸酰胺、3.3质量份碳纳米管和0.2质量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入20质量份硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，通过橡胶挤出机造粒冷却，挤出机设定温度为80-100℃，转速为80rpm，即制的本发明的材料；所用材料用量配比为:22:36:16:2.5:3.3:0.2:20。
实施例三：
a)先把16质量份硅橡胶、3.9质量份白炭黑和0.1质量份过氧化物BIBP在开炼机上
混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；其用量配比为:16:3.9:0.1
b)在密炼机中加入25质量份反式异戊二烯和33质量份乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入16质量份混炼型聚氨酯橡胶，然后加入2.5质量份爽滑剂四氟乙烯微粉、3.3质量份碳纳米管和0.2质量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入20质量份硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，通过橡胶挤出机造粒冷却，挤出机设定温度为80-100℃，转速为80rpm，即制的本发明的材料；所用材料用量配比为:25:33:16:2.5:3.3:0.2:20。
实施例四：
a)先把15质量份硅橡胶、7.8质量份白炭黑和0.2质量份过氧化物BIBP在开炼机上
混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；其用量配比为:15:7.8:0.2
b)在密炼机中加入20质量份反式异戊二烯和40质量份乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入15质量份混炼型聚氨酯橡胶，然后加入2质量份爽滑剂四氟乙烯微粉、5质量份碳纳米管和0.3质量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入23质量份硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，通过橡胶挤出机造粒冷却，挤出机设定温度为80-100℃，转速为80rpm，即制的本发明的材料；所用材料用量配比为:20:40:15:2:5:0.3:23。
实施例五：
a)先把16.8质量份硅橡胶、8质量份白炭黑和0.2质量份过氧化物BIBP在开炼机上
混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；其用量配比为:16.8:8:0.2
b)在密炼机中加入30质量份反式异戊二烯和30质量份乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入20质量份混炼型聚氨酯橡胶，然后加入3质量份爽滑剂四氟乙烯微粉、3质量份碳纳米管和0.3质量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入25质量份硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，通过橡胶挤出机造粒冷却，挤出机设定温度为80-100℃，转速为80rpm，即制的本发明的材料；所用材料用量配比为:30:30:20:3:3:0.3:25。
实施例六：
a)先把20质量份硅橡胶、3质量份白炭黑和0.2质量份过氧化物BIBP在开炼机上混
炼均匀，制成硅橡胶母胶备用；其用量配比为:20:3:0.2
b)在密炼机中加入20质量份反式异戊二烯和33质量份乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入16质量份混炼型聚氨酯橡胶，然后加入2.5质量份爽滑剂四氟乙烯微粉、3.3质量份碳纳米管和0.2质量份三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入23.2质量份硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，通过橡胶挤出机造粒冷却，挤出机设定温度为80-100℃，转速为80rpm，即制的本发明的材料；所用材料用量配比为:20:33:16:2.5:3.3:0.2:23.2。
本发明材料的特性
在橡胶履带花纹面胶配方中加入30份本发明材料替代30份天然橡胶，具体配方见表1。
表1不同实施例制备材料在橡胶履带花纹面胶中用量配比
表2不同实施例制备材料替代天然橡胶在橡胶履带花纹面胶中的性能对比
所得胶料的性能如表2所示，可以看出加入30份三个实施例的材料替代天然橡胶后，胶料的硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和定伸应力性能变化不大，说明本发明材料替代天然橡胶对胶料的性能没有太大的影响，但加入实施例一的材料的胶料耐磨性有所提高，说明本发明材料中的反式异戊二烯和混炼型聚氨酯参与了硫黄硫化，发挥了其优良的耐磨性能；采用实施例一的材料的静摩擦力、动摩擦力和表面张力都显著下降，比天然橡胶明显要低15％以上，接触角都大于90度，说明胶料粘附性低，便于清洁，这是因为实施例的材料中部分爽滑剂和有机硅迁移到材料表面，而爽滑剂和有机硅是低表面能物质，具有润滑和表面隔离的作用。
将实施例一的材料应用于橡胶履带花纹面胶，生产十几条农机履带投入到市场，对产品进行跟踪了解，其中大部分履带寿命达到1年以上，行驶里程超过1万公里。
本发明的材料分别在橡塑密炼机中按照加料顺序共混改性，通过高温动态硫化生成预交联的共混型弹性体；将该材料与天然橡胶按照比例共混，同时加入活性剂、促进剂、炭黑、软化剂、防老剂和硫化剂后制成混炼胶，该混炼胶在保持天然橡胶力学性能的同时，提高耐磨性，降低橡胶材料的表面张力，降低橡胶材料与地面的摩擦系数，减少花纹面胶与泥土的粘附性，减轻履带转弯时对橡胶花纹面胶的磨损和剪切破坏，从而达到延长橡胶履带的使用寿命。
Claims (5)
1.一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料，其特征是：包含以下组分：反式异戊二烯橡胶20-30质量份、乙烯辛烯弹性体30-40质量份、混炼型聚氨酯橡胶15-20质量份、硅橡胶15-20质量份、爽滑剂2-3质量份、白炭黑3-8质量份、碳纳米管3-5质量份、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：0.2-0.3质量份、过氧化物引发剂：0.1-0.2质量份。
2.根据权利要求1所述的一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料，其特征是：反式异戊二烯橡胶：乙烯辛烯弹性体：混炼型聚氨酯橡胶：硅橡胶：爽滑剂：白炭黑：碳纳米管：三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯：过氧化物引发剂＝22：36：16：16：2.5：3.9：3.3：0.2：0.1。
3.根据权利要求1所述的一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料，其特征是：所述爽滑剂是油酸酰胺或聚四氟乙烯微粉。
4.一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料的制备方法，其特征是：采用如权利要求1-3任意一项所述的原料组分，制备工艺如下： a)先把硅橡胶、白炭黑和过氧化物引发剂在开炼机上混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用； b)在密炼机中加入反式异戊二烯橡胶和乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入混炼型聚氨酯橡胶，然后加入爽滑剂、碳纳米管和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，在开炼机温度为60-80℃下薄通3遍下片冷却。
5.一种提高橡胶履带花纹面胶使用寿命的材料的制备方法，其特征是：采用如权利要求1-3任意一项所述的原料组分，制备工艺如下： a)先把硅橡胶、白炭黑和过氧化物引发剂在开炼机上混炼均匀，制成硅橡胶母胶备用； b)在密炼机中加入反式异戊二烯橡胶和乙烯辛烯弹性体热炼，60-80℃下共混均匀后加入混炼型聚氨酯橡胶，然后加入爽滑剂油酸酰胺、碳纳米管和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，混合均匀；再加入硅橡胶母胶，在密炼机温度为150-160℃，转速为50rpm下，混合10分钟排料，通过橡胶挤出机造粒冷却，挤出机设定温度为80-100℃，转速为80rpm，即得。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| Publication number | Publication date |
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| CN108948508A (zh) | 2018-12-07 |
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