CN109438891A - 一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料，其各成分及重量配比如下：丙烯酸酯橡胶100份，聚酯类增塑剂1.5‑3份，防老剂2—3份，着色剂3份，内脱模剂1‑2份，分散剂1‑2份，白炭黑20‑30份，碱性白炭黑30‑40份，硅烷偶联剂2‑8份，防焦剂0.5‑1.5份，硬脂酸钠2‑3份，促进剂1‑2份，硫化剂1.5‑2份。进一步的，本发明还公开了高强度耐撕裂彩色橡胶材料的制备方法，上述橡胶材料在保持原有优异性能的基础上，在拉伸强度、撕裂强度等综合性能上有明显提高。

Description

一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶材料技术领域，尤其是一种高强度耐撕裂轴承密封件用橡胶材料及其制备方法。
背景技术
橡胶具有优越的弹性，能在很小的力的作用下产生较大的形变，从而补偿空隙，达到密封的目的，所以常应用到轴承防尘槽上起到密封的作用。由于轴承在运转过程中，防尘槽和橡胶密封唇反复摩擦，同时伴随有热效应，使得密封件唇口的橡胶很容易发生老化龟裂甚至撕裂的现象，造成密封失效。对于高温和高转速的恶劣工况，橡胶密封件的耐高温、抗撕裂性能的好坏就显得尤为重要。
丙烯酸酯橡胶（以下简称ACM）是以丙烯酸酯为主单体经共聚而得的弹性体，其主链为饱和碳链，侧基为极性酯基。由于特殊结构赋予其许多优异的特点，如耐热、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外线等，力学性能和加工性能优于氟橡胶和硅橡胶，其耐热、耐老化性和耐油性优于丁腈橡胶。所以丙烯酸酯（ACM）橡胶材料密封件常应用到恶劣工况。橡胶材料的配方很大程度决定了成品的性能，由于彩色橡胶一般采用无机填料补强，强度远不如炭黑补强的黑色橡胶制品，因此本方法主要针对丙烯酸酯（ACM）彩色橡胶密封件的强度和撕裂性能较低的问题，在原有配方的基础上做了较多改进。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料，该橡胶材料在保持原有优异性能的基础上，在拉伸强度、撕裂强度等综合性能上有明显提高，并经过轴承恶劣工况测试，该橡胶材料的密封件具有耐磨损、耐撕裂及密封性能好等优势。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料，其特征在于，各成分及重量配比如下：丙烯酸酯橡胶 100份，聚酯类增塑剂1.5-3份，防老剂2—3份，着色剂3份，内脱模剂1-2份，分散剂1-2份，白炭黑20-30份，碱性白炭黑30-40份，硅烷偶联剂2-8份，防焦剂0.5-1.5份，硬脂酸钠2-3份，促进剂1-2份，硫化剂1.5-2份。
上述配方中，补强剂采用白炭黑和碱性白炭黑，白炭黑为沉淀法制得的白炭黑，由于普通沉淀法制得的白炭黑表面呈酸性，酸性表面会释放氢离子进而中和一些碱性促进剂影响硫化速度。所以引入碱性白炭黑，它的加入不仅具有一定的补强效果而且还保证了硫化橡胶高回弹、高抗动态疲劳和低压变、低生热等性能。而且，现有技术中的白炭黑粒径为400nm左右，新配方加入的碱性白炭黑粒径为20-40nm，其粒径在原来基础上约缩小10倍。填料粒径小与橡胶结合程度好，补强效果更好，即能够赋予橡胶较好的弹性和耐撕裂性能。
进一步的，所述丙烯酸酯橡胶采用羧基-氯型丙烯酸酯双活性点弹性体。
上述ACM生胶类型为羧基-氯型丙烯酸酯双活性点弹性体，其具有较低的压变和快速硫化的特点，而且易加工，便于和填料更好的结合。其采用乳液聚合的方法合成。聚合结束后取出胶乳，用10%NaCl水溶液破乳、凝聚、洗涤，并在60-70℃的烘箱中烘干至恒重。制得生胶。
进一步的， 硅烷偶联剂采用Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂，Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂的重量百分比为2:1。
另一发明目的，本发明还提供了一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，①将100份丙烯酸酯橡胶塑炼；②加入聚酯类增塑剂1.5-3份、防老剂2-3份、着色剂3份、内脱模剂1-2份、白炭黑20-30份、碱性白炭黑30-40份、硅烷偶联剂2-8份、分散剂1-2份、防焦剂0.5-1.5份、硬脂酸钠2-3份，在密炼机中进行混炼，混炼时，密炼机转速为15-25转/分钟，初始投料密炼机的温度为30-40℃，以2-4℃/min的速度进行升温60-70℃时，继续搅拌2-5min，抽真空，维持负压为0.5-1MPa然后出片，升温至100-110℃排胶；③然后，将排出的胶料置于胶片冷却机中冷却，胶片冷却后温度低于45℃得到母炼胶；④将母炼胶投入到硫化机中，硫化体系采用季铵盐硫化体系，然后加入硫化剂1.5-2份、促进剂1-2份混合均匀，硫化时间为15min，硫化温度为160℃，出片，冷却，静置24h左右，得到高强度、耐撕裂彩色橡胶材料。
进一步的，所述碱性白炭黑粒径为20-40nm。
进一步的，所述硅烷偶联剂采用Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂两种并用，Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂的重量百分比为2:1。
采用Si-69和A-189两种偶联剂并用起到协同作用，硅烷偶联剂在橡胶中主要起到“架桥”的作用，偶联剂分子活泼有机基团一端可与有机橡胶结合，另一端可水解基团水解成羟基与白炭黑材料表面羟基缩合脱水结合起来。进而将橡胶和填料融合。A189能赋予橡胶较高强度、低压变和抗老化等优异性能，同时由于Si-89可分解出四硫键与橡胶结合赋予其较高的弹性、撕裂强度和抵抗拉伸疲劳等性能，二者的互补作用使得硫化橡胶整体性能得到提高。
进一步的，所述步骤④中，季铵盐硫化体系包括硫化剂KD-1、硬质酸钠、促进剂NPC-50和防焦剂SR-50。
上述硫化体系采用季铵盐硫化体系，其硫化的作用机理在于，可以提前分解促进剂，加剧硫化络合物的不稳定性，提高硫化效率，缩短焦烧时间和正硫化时间，并提高交联密度。而且季铵盐硫化体系可以替代氧化锌在橡胶中的应用，避免由于可溶性锌化物对水生物带来的害处，其应用绿色环保。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
具体实施方式
本发明的具体实施例是高强度耐撕裂彩色橡胶制备方法。
实施例1
各原料按重量份包括：
丙烯酸酯橡胶4051EP为100份，硬脂酸为1.5份，防老剂445为2份，着色剂钛青绿为3份、内脱模剂石蜡为1份，三乙醇胺为1份，白炭黑20份，碱性白炭黑35份，硅烷偶联剂3份，其中，硅烷偶联剂Si-69为2份、硅烷偶联剂A189为1份，防焦剂SR-50为1份，硬脂酸钠为3份，促进剂NPC-50为0.5份，硫化剂KD-1为1.5份。
先将丙烯酸酯橡胶塑炼，然后加入聚酯类增塑剂、防老剂、着色剂、内脱模剂、白炭黑、碱性白炭黑、偶联剂、分散剂、防焦剂、硬脂酸钠、进行混炼，密炼机转速为15-25转/分钟，初始投料密炼机的温度为30-40℃，以2-4℃/min的速度进行升温60-70℃时，继续搅拌2-5min，抽真空，维持负压为0.5-1MPa然后出片，升温至100-110℃排胶。然后置于胶片冷却机中冷却，胶片冷却后温度低于45℃得到母炼胶；将母炼胶投入到硫化机中，然后加入硫化剂、促进剂混合均匀，硫化时间为15min，硫化温度为160℃，出片，冷却，静置24h左右，得到高强度、耐撕裂彩色橡胶材料。
实施例2
各原料按重量份包括：
丙烯酸酯橡胶4051EP为100份，硬脂酸为2份，防老剂445为2.5份，着色剂钛青绿为3份、内脱模剂石蜡为1.5份，三乙醇胺为1.5份，白炭黑为25份，碱性白炭黑为30份，硅烷偶联剂为2份，其中硅烷偶联剂Si-69为1份、硅烷偶联剂A189为1份，防焦剂SR-50为 0.5份，硬脂酸钠为2.5份，促进剂NPC-50为1份，硫化剂KD-1为2份。
先将丙烯酸酯橡胶塑炼，然后加入增塑剂、防老剂、着色剂、内脱模剂、白炭黑、碱性白炭黑、偶联剂、分散剂、防焦剂、硬脂酸钠、进行混炼，密炼机转速为15-25转/分钟，初始投料密炼机的温度为30-40℃，以2-4℃/min的速度进行升温60-70℃时，继续搅拌2-5min，抽真空，维持负压为0.5-1MPa然后出片，升温至100-110℃排胶。然后置于胶片冷却机中冷却，胶片冷却后温度低于45℃得到母炼胶；将母炼胶投入到硫化机中，然后加入硫化剂、促进剂混合均匀，硫化时间为15min，硫化温度为160℃，出片，冷却，静置24h左右，得到高强度、耐撕裂彩色橡胶材料。
实施例3
各原料按重量份包括：
丙烯酸酯橡胶4051EP为100份，硬脂酸为3份，防老剂445为3份，着色剂钛青绿为3份、内脱模剂石蜡为1份，三乙醇胺为1份，白炭黑为30份，碱性白炭黑为35份，硅烷偶联剂为2份，其中硅烷偶联剂Si-69 1份、硅烷偶联剂A189 1份，防焦剂SR-50为0.5份，硬脂酸钠为2份，促进剂NPC-50为1份，硫化剂KD-1为2份。
先将丙烯酸酯橡胶塑炼，然后加入增塑剂、防老剂、着色剂、内脱模剂、白炭黑、碱性白炭黑、偶联剂、分散剂、防焦剂、硬脂酸钠、进行混炼，密炼机转速为15-25转/分钟，初始投料密炼机的温度为30-40℃，以2-4℃/min的速度进行升温60-70℃时，继续搅拌2-5min，抽真空，维持负压为0.5-1MPa然后出片，升温至100-110℃排胶。然后置于胶片冷却机中冷却，胶片冷却后温度低于45℃得到母炼胶；将母炼胶投入到硫化机中，然后加入硫化剂、促进剂混合均匀，硫化时间为15min，硫化温度为160℃，出片，冷却，静置24h左右，得到高强度、耐撕裂彩色橡胶材料。
橡胶配方改进前后材料的物理机械性能如下表。
由上表可以看出，改进配方后ACM彩色橡胶材料的拉伸强度和撕裂强度有了显著提高，且该材料橡胶密封件安装在轴承上后通过了高温（环境温度150℃）、急变速（9000rpm～18000rpm）试验测试，满足恶劣工况下轴承产品使用需求。
上述方法的反应机理：
生胶类型为羧基-氯型丙烯酸酯双活性点弹性体。由于其具有双活性点能够和橡胶及硫化剂等更好的结合，易加工。而且本实施例中采用Si-69和A-189两种偶联剂并用起到协同作用，A189能赋予橡胶较高强度、低压变和抗老化等优异性能，同时由于Si-69可分解出四硫键与橡胶结合赋予其较高的弹性、撕裂强度和抵抗拉伸疲劳等性能，二者的互补作用使得硫化橡胶整体性能得到提高。
同时，由于加入比原来粒径约小10倍的碱性白炭黑，使得橡胶与填料结合更牢固，分散更均匀。即最终赋予橡胶较好的弹性和耐撕裂性能。
上述硫化体系采用季铵盐硫化体系，其硫化的作用机理在于，可以提前分解促进剂，加剧硫化络合物的不稳定性，提高硫化效率，缩短焦烧时间和正硫化时间，并提高交联密度。而且季铵盐硫化体系可以替代氧化锌在橡胶中的应用，避免由于可溶性锌化物对水生物带来的害处，其应用绿色环保。
上述方法与原配方制备方法之间的主要区别在于：通过生胶和硫化体系的调整，新配方采用羧基氯性双活性点单体和季铵盐硫化体系，其硫化速度得到大大缩短。即缩短了原有配方的硫化时间。
上述主要区别带来的效果是：由于双交联型生胶和季铵盐硫化体系的结合，使得新配方橡胶在原来基础上更易于加工，而且不仅制得了压变较低的橡胶而且其硫化时间也在原来基础上大大缩短，提高现场生产效率。同时，通过采用粒径较小的碱性白炭黑及Si-69和A189两种偶联剂并用，使得新配方橡胶拉伸强度、伸长率及撕裂强度在原来基础上提高很多，并且解决了原有胶料不能满足现有工况的使用情况，提高产品合格率及客户认可率。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料，其特征在于，各成分及重量配比如下：丙烯酸酯橡胶 100份，聚酯类增塑剂1.5-3份，防老剂2—3份，着色剂3份，内脱模剂1-2份，分散剂1-2份，白炭黑20-30份，碱性白炭黑30-40份，硅烷偶联剂2-8份，防焦剂0.5-1.5份，硬脂酸钠2-3份，促进剂1-2份，硫化剂1.5-2份。
2.根据权利要求1所述的高强度耐撕裂彩色橡胶材料，其特征在于:所述丙烯酸酯橡胶采用羧基-氯型丙烯酸酯双活性点弹性体。
3.硅烷偶联剂采用Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂，Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂的重量百分比为2:1。
4.一种高强度耐撕裂彩色橡胶材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，①将100份丙烯酸酯橡胶塑炼；②加入聚酯类增塑剂1.5-3份、防老剂2-3份、着色剂3份、内脱模剂1-2份、白炭黑20-30份、碱性白炭黑30-40份、硅烷偶联剂2-8份、分散剂1-2份、防焦剂0.5-1.5份、硬脂酸钠2-3份，在密炼机中进行混炼，混炼时，密炼机转速为15-25转/分钟，初始投料密炼机的温度为30-40℃，以2-4℃/min的速度进行升温60-70℃时，继续搅拌2-5min，抽真空，维持负压为0.5-1MPa然后出片，升温至100-110℃排胶；③然后，将排出的胶料置于胶片冷却机中冷却，胶片冷却后温度低于45℃得到母炼胶；④将母炼胶投入到硫化机中，硫化体系采用季铵盐硫化体系，然后加入硫化剂1.5-2份、促进剂1-2份混合均匀，硫化时间为15min，硫化温度为160℃，出片，冷却，静置24h左右，得到高强度、耐撕裂彩色橡胶材料。
5.根据权利要求4所述的高强度耐撕裂彩色橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述碱性白炭黑粒径为20-40nm。
6.根据权利要求4所述的高强度耐撕裂彩色橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂采用Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂两种并用，Si-69硅烷偶联剂和A-189硅烷偶联剂的重量百分比为2:1。
7.根据权利要求4所述的高强度耐撕裂彩色橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述步骤④中，季铵盐硫化体系包括硫化剂KD-1、硬质酸钠、促进剂NPC-50和防焦剂SR-50。
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