CN109054200B - 车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶及其制备方法、汽车排气管吊耳制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶及其制备方法、汽车排气管吊耳制备方法。按照质量份数将60～70份三元乙丙橡胶和30～40份硅胶送入密炼机搅拌混合；然后加入5～20份氧化锌、1～3份硬脂酸、0.1～0.5份香精、3～8份耐磨剂、1～4份微晶蜡、0.2～1份防老剂、2～4份通用流量分散剂和1～5份古马隆树脂，塑练50～70s；再加入30～50份碳黑N550、20～60份碳黑N330和2～5份石蜡油，密炼升温排胶开炼冷却后再投入密炼机，混合升温并加入1～3份不溶性硫磺、1～5份硫化剂和1～3份促进剂升温混炼后再次排胶开炼。利用所得减震橡胶和金属骨架在模具中硫化成型得汽车排气管吊耳。

Description

车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶及其制备方法、汽车排气 管吊耳制备方法

技术领域

本发明属于汽车减震技术领域，特别是涉及一种车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶及其制备方法、汽车排气管吊耳制备方法。

背景技术

排气管吊耳是汽车排气系统的减震部件，能有效减少排气系统激励引起的车内振动与噪音。但汽车排气系统一直处于高温环境中，且减震过程中，橡胶体始终处于摩擦状态，随着使用时间增加，橡胶体会发生硬度增加、拉伸断裂、安装点磨损破损等问题，使得排气管吊耳的整体使用性能大降低，进而影响用户对汽车产品的满意度—驾驶舒适性甚至导致排气管脱落，发生安全事故。因此，在汽车开发阶段，选择耐高温、耐磨损且避震性能良好的高性能排气管吊耳，对车辆的驾驶舒适性(减震效果、颠簸排气管噪声等)及安全性都极其重要，进而开发应用于排气管吊耳的高性能的橡胶材料，对整个排气系统具有重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶，以提高现有减震橡胶的耐高温性能、耐磨损性能、拉伸强度和抗撕裂性能，增强其实用性。

本发明的另一目的是提供一种车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种汽车排气管吊耳制备方法，以提高排气管吊耳的耐高温性能、耐磨损性能、拉伸性能和抗撕裂性能。

本发明所采用的技术方案是，车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶，由按以下重量份数的组分原料组成：60～70份三元乙丙橡胶，30～40份硅胶，5～20份氧化锌，1～3份硬脂酸，0.1～0.5份香精，3～8份耐磨剂，1～4份微晶蜡，0.2～1份防老剂，2～4份通用流量分散剂，1～5份古马隆树脂，30～50份碳黑N550，20～60份碳黑N330，2～5份石蜡油，1～3份不溶性硫磺，1～5份硫化剂，1～3份促进剂。

进一步的，所述耐磨剂为NM001耐磨剂。

进一步的，所述微晶蜡为微晶蜡654。

进一步的，所述防老剂为防老剂MB或防老剂Naugard445。

进一步的，所述石蜡油为2280石蜡油。

进一步的，所述硫化剂为双二四硫化剂；所述促进剂为TAIC促进剂。

三元乙丙橡胶是配方中的主要基材，硅胶和三元乙丙橡胶进行同步交联，提高橡胶产品的耐高温性能，三元乙丙橡胶和硅胶加起来是100份，本发明通过大量的实验得出60～70份三元乙丙橡胶和30～40份硅胶的比例，制备所得橡胶耐高温效果最佳且成本最低。

选择不同型号的碳黑，是因为不同型号的碳黑粒径不一样，不同粒径的碳黑所产生的回弹性不一样，直接影响制品在震动过程中的吸振效果，最终影响排气管吊耳的使用寿命和驾驶舒适度；因碳黑N550分子粒径大于碳黑N330，本发明在三元乙丙橡胶和生胶中加入碳黑N550，增强橡胶产品的形变，实现减震功能，有效吸震；因碳黑N330分子粒径小，在三元乙丙橡胶和生胶中加入碳黑N330，增大交联密度，提升橡胶产品的拉伸强度。碳黑N550，属于快压出碳黑，在软质碳黑中，补强性是最好的，同时也属于填料，和配方中的硬度有关系，一般添加2.5-3份，橡胶硬度增加一度；碳黑N330，高耐磨炭黑，其拉伸强度、耐磨性和抗撕裂强度高，同时也属于填料，和配方中的硬度有关系，一般添加2份，橡胶硬度增加一度。

本发明加入少量的石蜡油的作用主要是为了改善原料混合的均匀性，且石蜡油分子量为150-300左右，所以其还有降低橡胶硬度的作用；我们选择的是高闪点的型号2280，其闪点和耐高温性能优异，稳定性好；石蜡油用量选取不当，材料混合不均匀，影响橡胶产品性能；且石蜡油会在高温工况中挥发，挥发后橡胶硬度增高，产品刚度随之变化，减震效果变差，在排气管吊耳实际使用过程中，造成排气管抖动，噪音大，甚至失效等问题。

本发明加入氧化锌主要是进行橡胶制品的导热、散热和架桥活化，提高三元乙丙橡胶和硅胶的交联密度，确保橡胶制品各项物理机械性能；加强硫化过程，提高硫化效率，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性，是橡胶中必不可少的硫化活性剂。橡胶制品本身的优势是抗拉伸变形，但是其传递和散热性能不好，常规配方中，氧化锌的用量一般是1～5份，本发明通过大量实验，设置氧化锌使用量为5～20份，打破了本领域技术人员的通用量，有效导热和散热，改善橡胶制品的稳定性；并且本发明使用的是锌含量达到99.7％的间接法活性氧化锌。我们做了梯度实验，从5份起每增加5份作为一个梯度，一直做到35份，最终结果得使用份数在15～20份时，在硫化过程中热量传递效果最佳，耐高温老化性能也是最佳。氧化锌加入量过低，硫化传递热量效率低，因为其没有补强的作用，加入量过高，剩余氧化锌相当于杂质，会伤害橡胶的机械性能。

硬脂酸的用量和氧化锌的用量有关，因为在硫化过程中，和氧化锌反应生成硬脂酸锌参与硫化反应，并和硫化剂一同起到架桥活化的作用。

因过氧化物在硫化过程中气味很大，假如配方比例设计不好的话工人在操作过程中会感受到刺鼻，头晕，刺激眼睛的症状，本发明使用香精中和部分过氧化物的气味，改善橡胶制品的气味；并将每0.1份作为一个梯度进行实验，得出使用香精为0.1～0.5份，有效保证生产过程中操作员的舒适性。

耐磨剂选用NM001耐磨剂，主用于降低橡胶制品的摩擦系数，减小防震、摩擦产生的噪音，增强橡胶制品的耐磨性能，在三元乙丙橡胶中，每增加1份的NM001耐磨剂，可以降低12％～15％的摩擦系数。NM001耐磨剂进口于日本，由70％的有机硅分子和30％的丙烯酸树脂混合共聚产生，在显微镜下呈现出一颗一颗的圆形球状物体，上半部分为有机硅下半部为丙烯酸树脂，利用了树脂和橡胶等材的相容性和与硅的不溶性达到了减低摩擦系数、提高产品亮度等功能。

不溶性硫磺可使得橡胶制品具备良好的粘性，并保证浅色橡胶制品的外观质量；不溶性硫磺在胶料中均匀分散，有效抵制硫磺的聚集，减少胶料存放过程的焦烧倾向；且其在存放期内不喷霜，保持胶料组份和性能均一，克服因喷霜造成胶料粘合力差的缺点，防止对制品和模具的污染，使得制备橡胶制品去掉了为克服喷霜而增添的涂浆工艺，为生产联动化提供条件；普通硫磺迁移速度很高，不溶性硫磺使橡胶在相邻胶层中无迁移现象；不溶性硫磺缩短了硫化时间，当达到硫化温度后，它具有一个“活化阶段”，即链式解聚作用，使硫化速度加快，减少硫磺用量，有利于制品老化性能的改善。本发明择不溶性硫磺，提升排气管吊耳的弹性、吸振能力，使得汽车的驾驶舒适性能评价结果优秀，现有的国内的竞争对手基本只能做到中等或良好的评价效果。

硫化剂选用双二四硫化剂，其分散性好、挥发性很小、硫化速度快，无味不喷霜。

促进剂选用三丙烯基异氰脲酸酯TAIC，显著地缩短硫化时间、提高橡胶制品强度、耐磨性、耐溶性、耐腐蚀性。

防老剂选用防老剂MB或Naugard445防老剂，主要起到防止和减缓橡胶老化、性能下降的作用，对氧老化、天候老化及静态老化等具有防护效能，也能较有效地防护铜害和克服制品硫化时过硫引起的不良作用。

通用流量分散剂RL12，主要成分是硬脂酸镁、硬脂酸钙和硬脂酸锌，主要起到降低橡胶门尼粘度，改善混炼胶的分散均匀性的作用，可以提高后续注射硫化加工流动性及改善橡胶制品的外观。在加工成排气管吊耳过程中，取下制品时可提供较良好的脱模效果，防止胶料粘在模具上。

微晶蜡654和防老剂协同作用，析出到橡胶表面，起到防护臭氧氧化的物理屏障，保护橡胶不被氧化，提高橡胶材料的使用寿命。我们选择的蜡属于双峰蜡，在地域上南北方都可以使用，适用温度范围广。

古马隆树脂与橡胶的相容性能好，主要功能是提高橡胶材料的抗撕裂强度，增加加工排气管吊耳时，橡胶与金属骨架的粘接效果，粘接强度能提高50％～70％。能溶解硫磺，有助于硫磺和炭黑的分散，防止焦烧。古马隆树脂是溶剂型增粘剂、增塑剂和软化剂。液体产品是良好的增粘剂，增强性略低；固体产品，特别是高软化点产品是较好的补强剂，能提高胶料的机械物理性能和耐老化性能，但是增粘性不如液体古马隆树脂。

本发明所采用的另一技术方案是，车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶的制备方法，具体步骤如下：

步骤1、按照质量份数将60～70份三元乙丙橡胶和30～40份硅胶送入密炼机的混合槽，充分搅拌混合2～3min；

步骤2、加入5～20份氧化锌、1～3份硬脂酸、0.1～0.5份香精、3～8份耐磨剂、1～4份微晶蜡、0.2～1份防老剂、2～4份通用流量分散剂和1～5份古马隆树脂，搅拌混合1-3min，塑练50～70s；

步骤3、加入30～50份碳黑N550、20～60份碳黑N330和2～5份石蜡油2280，充分搅拌混合5～7min，同时密炼升温；

步骤4、密炼升温后排胶至开炼机上，进行开炼，最后下片冷却停放8～24h，降温至20-30℃；

步骤5、将冷却停放后的混炼胶投入密炼机中，混合3～4min并升温至70～80℃后，加入1～3份不溶性硫磺、1～5份硫化剂和1～3份促进剂，混炼1～2min并升温后，再次排胶至开炼机上，进行开炼，切条测试合格后即得。

进一步的，所述步骤1中密炼机转速为28～32rmp，密炼机的压锤压力为0.4～0.8MPa，压锤温度为75～85℃。

进一步的，所述步骤2塑练方式为物理塑练或化学塑练；所述步骤4排胶温度为115℃～125℃，冷却采用冷却带冷却或风冷却；所述步骤5加入1～3份不溶性硫磺、1～5份硫化剂和1～3份促进剂前升温至70～80℃、再次排胶前升温至80～90℃。

三元乙丙橡胶和硅胶因门尼粘度过高或质地不均而难于混炼，塑炼是提高生胶可塑性和均匀性的工序，塑炼是在力的作用下，使生胶分子链断裂，平均分子量降低，从而增大其可塑度、柔软性和勃附着性，此为机械塑炼；也可以在热、氧、塑解剂(易生成游离基的化合物)的作用下完成塑练，此为化学塑炼。

密炼温度过大橡胶容易降解、分子链断裂，机械性能急剧下降；密炼温度过小，橡胶中各助剂没有达到融化点，未充分分散，助剂未起作用，影响橡胶品质。

本发明分次投料、多次排胶进行加工，是因为密炼时温度太高，硫化剂一般都在100℃以下加工，前期加入硫化剂会提前硫化，所以先投入不进行化学反应的原料，物理搅拌混合，原料分散均匀；密炼排胶后温度太高，无法直接加入硫化剂，因此，先冷却停放降温，温度降低后，再次投入胶料，加入不溶性硫磺、硫化剂和促进剂，进行硫化，硫化完成后再次排胶。本发明先通过物理混合和搅拌，再化学反应硫化，制备的橡胶性能稳定。

第一次排胶后开炼是为了将密炼后的混炼胶团加工成片状，便于降温；第二次排胶后开炼是为了后续方便使用。

本发明制备橡胶时无需二次硫化，通过加入大量氧化锌参与硫化反应，消除剩余硫化剂和硫化反应中产生的副产物，使得硫化更加充分；且通过加入香精，有效改善了产品的气味性。

本发明所采用的另一技术方案是，汽车排气管吊耳制备方法，制备过程为：先在清洗后的金属骨架表面喷涂胶黏剂，再将其装配到模具，合模注射460～500ml车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶后硫化成型，模腔内温度为170～180℃，合模压力为170～190kg/cm²，硫化时间为450～510s，形成汽车排气管吊耳。

本发明制备所得汽车排气管吊耳，橡胶与金属骨架粘接性能良好，相比一般排气管吊耳，耐高温及耐磨性能有效提升，使用寿命相应提高。

本发明的有益效果是，利用三元乙丙橡胶和硅胶制备所得车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶，耐高温温度达到185～190℃，耐高温性能提高10～15℃；通过加入耐磨剂，该减震橡胶的耐磨性能达到137/mm³，耐磨性能提高30％～40％；抗拉强度达到14.9Mpa，耐撕裂性能达到38.5N/mm；硬度达到56，且硬度变化小。利用该车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶制备所得汽车排气管吊耳，耐高温性能、耐磨损性能、拉伸性能和抗撕裂性能相应提升，有效改善排气管吊耳的使用性能和使用寿命，进而提升用户对汽车产品的满意度，防止安全事故的发生。另外，该减震橡胶制备成本低，相对于使用硅胶制备排气管吊耳的橡胶材料，材料成本降低50％～60％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是利用本发明所得橡胶制备的汽车排气管吊耳示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

步骤1、按照质量份数将70份三元乙丙橡胶和30份硅胶送入密炼设备的混合槽，密炼机转速28rmp，压锤压力0.7MPa，压锤温度75℃，充分搅拌混合1min；

步骤2、加入5份氧化锌、1份硬脂酸、0.1份香精、5份NM001耐磨剂、1份微晶蜡654、1份防老剂Naugard445、4份通用流量分散剂RL12和1份古马隆树脂，搅拌混合1-3min，塑练50s；

步骤3、加入30份碳黑N550、60份碳黑N330和2份石蜡油2280，充分搅拌混合5min，同时密炼升温；

步骤4、密炼升温到达115℃后排胶至开炼设备上，进行开炼，最后下片风扇吹风冷却停放24h，降温至20℃；

步骤5、将冷却停放后的混炼胶投入密炼机中，混合3min并升温至70℃后，加入0.5份不溶性硫磺、5份双二四硫化剂和2份TAIC促进剂，混炼2min并升温至80℃后，再次排胶至开炼机上，进行开炼，切条测试合格即得。

实施例2

步骤1、按照质量份数将70份三元乙丙橡胶和30份硅胶送入密炼设备的混合槽，密炼机转速30rmp，压锤压力0.6MPa，压锤温度80℃，充分搅拌混合2min；

步骤2、加入15份氧化锌、2份硬脂酸、0.3份香精、5份NM001耐磨剂、2份微晶蜡654、0.5份防老剂MB、2份通用流量分散剂RL12和3份古马隆树脂，搅拌混合1-3min，塑练60s；

步骤3、加入45份碳黑N550、25份碳黑N330和2份石蜡油2280，充分搅拌混合6min，同时密炼升温；

步骤4、密炼升温到达120℃后排胶至开炼设备上，进行开炼，最后下片用冷却带冷却停放16h，降温至24℃；

步骤5、将冷却停放后的混炼胶投入密炼机中，混合3min并升温至75℃后，加入1份不溶性硫磺、3份双二四硫化剂和1.5份TAIC促进剂，混炼2min并升温至85℃后，再次排胶至开炼机上，进行开炼，切条测试合格即得。

实施例3

步骤1、按照质量份数将60份三元乙丙橡胶和40份硅胶送入密炼设备的混合槽，密炼机转速30rmp，压锤压力0.7MPa，压锤温度80℃，充分搅拌混合3min；

步骤2、加入15份氧化锌、2份SA硬脂酸、0.3份香精、8份耐磨剂、0.6份防老剂MB、3份通用流量分散剂RL12、3份微晶蜡和5份古马隆树脂，搅拌混合3min；

步骤2、加入15份氧化锌、2份硬脂酸、0.3份香精、8份NM001耐磨剂、3份微晶蜡654、0.6份防老剂、3份通用流量分散剂RL12和5份古马隆树脂，搅拌混合1-3min，塑练65s；

步骤3、加入40份碳黑N550、40份碳黑N330和4份石蜡油，充分搅拌混合7min，同时密炼升温；

步骤4、密炼升温到达120℃后排胶至开炼设备上，进行开炼，最后下片冷却带冷却停放8h，降温至27℃；

步骤5、将冷却停放后的混炼胶投入密炼机中，混合4min并升温至80℃后，加入2份不溶性硫磺、3份双二四硫化剂和3份TAIC促进剂，混炼2min并升温至88℃后，再次排胶至开炼机上，进行开炼，切条测试合格即得。

实施例4

步骤1、按照质量份数将65份三元乙丙橡胶和35份硅胶送入密炼设备的混合槽，密炼机转速32rmp，压锤压力0.8MPa，压锤温度85℃，充分搅拌混合2min；

步骤2、加入20份氧化锌、3份硬脂酸、0.5份香精、3份NM001耐磨剂、4份微晶蜡654、0.2份防老剂Naugard445、2份通用流量分散剂RL12和3份古马隆树脂，搅拌混合1-3min，塑练70s；

步骤3、加入50份碳黑N550、20份碳黑N330和2份石蜡油，充分搅拌混合6min，同时密炼升温；

步骤4、密炼升温到达125℃后排胶至开炼设备上，进行开炼，最后下片用冷却带冷却停放16h，降温至30℃；

步骤5、将冷却停放后的混炼胶投入密炼机中，混合3min并升温至80℃后，加入3份不溶性硫磺、1份双二四硫化剂和1份TAIC促进剂，混炼2min并升温至90℃后，再次排胶至开炼机上，进行开炼，切条测试合格即得。

本发明利用三元乙丙橡胶和硅胶制备减震橡胶，所得橡胶性能均有提升，对实施例1～4所得橡胶进行检测，各性能检测数据如表1所示。

表1实施例1～4所得减震橡胶性能检测数据

由表1检测性能数据可知，实施例2所得减震橡胶性能最佳，可耐190℃高温94h；耐磨性能达137/mm³；抗拉强度达到14.9Mpa；在120℃高温下减震24h，变形量为20.6％；耐撕裂性能达到38.5N/mm；冲击回弹性55％，且解决了减震橡胶气味对工作人员的额影响，性能优异。

本发明所得减震橡胶，耐高温温度达到190℃，耐高温性能提高10～15℃；耐磨性能达到137/mm³，耐磨性能提高30％～40％；同时橡胶的拉伸强度和抗撕裂强度也相应提高；且该减震橡胶制备成本低，相对于使用硅胶制备排气管吊耳的橡胶材料，材料成本降低50％～60％，实用性大大增强。

本发明利用车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶制备的汽车排气管吊耳如图1所示。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶，其特征在于，由按以下重量份数的组分原料组成：70份三元乙丙橡胶，30份硅胶，15份氧化锌，2份硬脂酸，0.3份香精，5份耐磨剂，2份微晶蜡，0.5份防老剂，2份通用流动分散剂，3份古马隆树脂，45份碳黑N550，25份碳黑N330，2份石蜡油，1份不溶性硫磺，3份硫化剂，1.5份促进剂；

所述耐磨剂为NM001耐磨剂；

所述微晶蜡为微晶蜡654；

所述防老剂为防老剂MB；

所述石蜡油为2280石蜡油；

所述硫化剂为双二四硫化剂；

所述促进剂为TAIC促进剂；

上述车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶的制备方法，具体步骤如下：

步骤1、按照质量份数将70份三元乙丙橡胶和30份硅胶送入密炼机的混合槽，密炼机转速为30rmp，密炼机的压锤压力为0.6MPa，压锤温度为80℃，充分搅拌混合2min；

步骤2、加入15份氧化锌、2份硬脂酸、0.3份香精、5份NM001耐磨剂、2份微晶蜡654、0.5份防老剂MB、2份通用流动分散剂RL12和3份古马隆树脂，搅拌混合1-3min，塑炼60s；

步骤3、加入45份碳黑N550、25份碳黑N330和2份石蜡油2280，充分搅拌混合6min，同时密炼升温；

步骤4、密炼升温到达120℃后排胶至开炼设备上，进行开炼，最后下片用冷却带冷却停放16h，降温至24℃；

步骤5、将冷却停放后的混炼胶投入密炼机中，混合3min并升温至75℃后，加入1份不溶性硫磺、35份双二四硫化剂和1.5份TAIC促进剂，混炼2min并升温后至85℃后，再次排胶至开炼机上，进行开炼，切条测试合格后即得。

2.一种汽车排气管吊耳的制备方法，其特征在于，制备过程为：先在清洗后的金属骨架表面喷涂胶黏剂，再将其装配到模具，合模注射460～500ml如权利要求1所述的车用耐高温、耐磨损高分子减震橡胶后硫化成型，模腔内温度为170～180℃，合模压力为170～190kg/cm²，硫化时间为450～510s，形成汽车排气管吊耳。

Images