CN109575380A - 一种高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶及其制备方法和应用。本发明通过在混炼过程中添加间苯二酚与六亚甲基四胺络合复配以及甲醛苯胺提高异戊橡胶的拉伸强度，同时提高异戊橡胶对金属的粘接力，还添加聚丙烯酸酯作为增塑剂作为胶料的加工性能和耐疲劳性能。本发明制备的复合橡胶弹簧实现了弹性模量小，可得到较大的弹性变形。复合异戊橡胶弹簧具有较高的内阻静向刚度对瞬间冲击力和高频振动有很好的吸收，能够承受多向载荷，蠕变性好，具有高抗疲劳性能，是一款很好的复合型橡胶减振元件。

Description

一种高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及橡胶技术领域，更具体地，涉及一种高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶及其制备方法和应用。

背景技术

复合橡胶弹簧是由金属螺旋弹簧及其外边包裹的优质硫化橡胶共同构成。集金属弹簧和橡胶弹簧的优点于一体，克服了金属弹簧刚性大、工作噪音高及橡胶弹簧承重量小、形状及机械性能稳定性差等缺点。因此，复合橡胶弹簧具有更高的载荷量和大变形量、减震降噪效果更好、工作平稳、共振区间短等优点。复合橡胶弹簧常用于大型机械设备、车辆行走机构中其减震抗噪的作用。锥形复合橡胶一般用于轨道交通的转向架，其承受着纵向、横向载荷的扭矩力。这就要求橡胶具有压缩变形小，耐疲劳，高阻尼，高耐磨，低蠕变的性能要求。

异戊橡胶是一种高性能橡胶，以其稳定的化学性质被广泛应用，异戊橡胶具有很好的弹性、耐寒性及拉伸强度，一般用于轮胎。但是异戊橡胶作为弹簧橡胶还需要进一步提高其拉伸强度、阻尼性、及耐磨性，改善异戊橡胶在加工时的自粘性大、成型操作等加工性能差的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中异戊橡胶在橡胶弹簧中的应用的不足，提供一种高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶及其制备方法和应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种高阻尼、高耐磨的异戊橡胶，成分包括：

异戊橡胶80~140份、间苯二酚1~6份、六亚甲基四胺1-6~份、甲醛苯胺1~6份、亚硝基化合物1~5份、增塑剂1~5份、防老剂1~10份、活性剂1~10份、促进剂1~10份、硫化剂0.5~5份、增强剂20~50份。

优选地，所述成分高阻尼、高耐磨的异戊橡胶包括：

异戊橡胶120份、间苯二酚2份、六亚甲基四胺2份、甲醛苯胺2份、亚硝基化合物2份、增塑剂4份、防老剂4份、活性剂5份、促进剂6份、硫化剂2份、增强剂38份。

异戊橡胶具有与天然橡胶接近的弹性、密封性、耐磨性、耐热性和抗撕裂强度，但是作为橡胶弹簧的原料，其在拉伸性能，抗疲劳性等方面还需进一步提高。在橡胶弹簧中，异戊橡胶必须与金属件紧密结合，防止橡胶脱落。同时，异戊橡胶的的自粘性大，成型操作困难，因此，需要进一步改善异戊橡胶的加工性能及机械性能。

间苯二酚可与六亚甲基四胺给予体可形成络合物，形成间-甲粘合体系，实现异戊橡胶与金属见得良好粘合，保证无论在高温或低温下都具有较高的粘合强度，且保持橡胶老化后仍具有良好的保持性。甲醛苯胺体系用在橡胶体系中，可以提高异戊橡胶硫化胶的粘合，提高异戊橡胶的拉伸强度等物理机械性能。亚硝基化合物可以防止异戊橡胶在硫化过程中的过度交联及焦烧。

进一步地，所述增塑剂为聚丙烯酸酯。低聚丙烯酸酯作为胶料的增塑剂调整了胶料的加工性能和疲劳性能。

进一步地，所述防老剂为烷基化二苯胺衍生物和/或N-异丙基-N’-苯基对苯二胺，延缓或抑制橡胶老化过程，从而延长橡胶弹簧的贮存期和使用寿命。

进一步地，所述活性剂为氧化锌，所述硫化剂为硫，进一步地，还添加有硬脂酸。氧化锌、硬脂酸、硫磺、和促进剂一起组成硫化体系，硬脂酸和氧化锌会形成硬脂酸，能与促进剂加速硫磺硫化。

进一步地，所述促进剂为磺酰胺类硫化促进剂，是一种迟效高速硫化促进剂。

进一步地，所述增强剂为白炭黑、炭黑。进一步优选地，所述增强剂为白炭黑，白炭黑能够与间苯二酚-六亚甲基四胺体系复配，进一步提高异戊橡胶的强度及与金属件的粘合性。

根据上述所述异戊橡胶的原料及配比，提供其制备步骤，包括：

S1.塑炼：将异戊橡胶块投入密炼机，在80~110℃下密炼2~5min；

S2.混炼：将炭黑加入密炼机中，在100~130℃下密炼5~8min；再加入防老剂、活性剂、硬脂酸、氧化锌、偶联剂、亚硝酸钠，在70~90℃下密炼4~6min。

异戊橡胶的的质量均一，凝胶少，塑炼时间过长，异戊橡胶的生胶的可塑性过大，会使硫化胶的的物理性能降低，阻尼系数降低，减震效果低。塑炼时间短或不塑炼，则异戊橡胶生胶的可塑性过低，则会造成加工困难，使胶料不宜混合均匀。

根据上述制备的所述的异戊橡胶用于复合橡胶弹簧，复合橡胶弹簧的制备步骤包括：

S3.铁件预处理：将铁件脱脂，清洗，喷砂，除灰，清洗，涂底胶，干燥，涂面胶，干燥；

S4.硫化：开启硫化机，预热模具到100~120℃，将金属件装入模具内腔合模上高压，将异戊橡胶混炼胶加入硫化剂和促进剂后注射入模具内腔，硫化，即可出模。

S5.后处理：将复合橡胶弹簧进行修边，打磨即得复合橡胶弹簧。

进一步地，所述铁件喷砂先采用高硬度碳锰棱角钢砂抛丸，然后用白刚玉喷砂。金属件表面粗糙，有利于增加异戊橡胶和金属的粘接表面积和强度。

进一步地，所述铁件粘合使用底胶P-11和面胶Megum538型胶粘剂。

进一步地，所述硫化温度为140~155℃，硫化时间为29~41min。硫化温度过高，时间过长，则易导致橡胶焦烧。硫化温度过短，时间过短，则会导致橡胶硫化不完全，其纵向和横向的载荷达不到要求。

与现有技术相比，有益效果是：

本发明通过异戊橡胶的配方优化，在异戊橡胶混炼过程中添加间苯二酚与六亚甲基四胺络合物改善橡胶与金属件的粘合强度，添加甲醛苯胺为主的改性剂可使异戊橡胶有很好的拉伸强度，掺用低聚丙烯酸酯作为胶料的增塑剂调整了胶料的加工性能和疲劳性能。有效的提高了异戊橡胶的阻尼性、耐磨性、拉伸强度等。本发明还进一步优化异戊橡胶混炼的温度、时间及加料顺序，是的异戊橡胶的各项性能稳定。

本发明通过对金属件进行去脂，喷砂，通过胶粘剂使异戊橡胶与金属件的紧密粘合在一起，使橡胶不脱落。本发明制备的复合橡胶弹簧在经过横向和垂向保持5HZ的频率100万次运转疲劳试验后，产品无破坏情况，可以在正常使用六年的蠕变值不超过6mm。本发明制备的弹簧实现了弹性模量小，可得到较大的弹性变形。复合异戊橡胶弹簧具有较高的内阻静向刚度对瞬间冲击力和高频振动有很好的吸收，能够承受多向载荷，蠕变性好具有高抗疲劳性能，是一款很好的复合型橡胶减振元件。

具体实施方式

下面结合实施例进一步解释和阐明，但具体实施例并不对本发明有任何形式的限定。若未特别指明，实施例中所用的方法和设备为本领常规方法和设备，所用原料均为常规市售原料。

实施例1

本实施例提供一种复合橡胶弹簧的步骤。

S1.塑炼：将120份异戊橡胶块投入密炼机，在100℃下密炼3min；

S2.混炼：将38份白炭黑加入密炼机中，在110℃下密炼6min；再加入4份防老剂WH-02和4010Na、5份氧化锌、2份硬脂酸、0.5份偶联剂、2份亚硝酸钠，4份聚丙烯酸酯，在80℃下密炼5min。

S5.金属件预处理：将铁件脱脂，先采用高硬度碳锰棱角钢砂抛丸，然后用白刚玉喷砂，清洗，涂底胶P-11，干燥，涂面胶Megum538，置入硫化机模具中；

S6.硫化：开启硫化机，预热模具到110℃，将金属件装入模具内腔合模上高压，将步骤S2混炼的异戊橡胶置入145℃的注射硫化机，加入2份硫磺和6份N-氧二亚乙基苯异噻唑-2-亚磺酰胺，硫化机以14MPa的压力注入模具内，35min出模。

S7.检测：将复合橡胶弹簧进行修边，打磨，检测性能，包装即得复合橡胶弹簧。

实施例2

本实施例提供一种复合橡胶弹簧的步骤。

S1.塑炼：将80份异戊橡胶块投入密炼机，在80℃下密炼5min；

S2.混炼：将20份炭黑加入密炼机中，在100℃下密炼5min；再加入1份防老剂WH-02、1份氧化锌、2份硬脂酸、0.5份偶联剂、1份亚硝酸钠，1份聚丙烯酸酯，在70℃下密炼4min。

S5.金属件预处理：将铁件脱脂，先采用高硬度碳锰棱角钢砂抛丸，然后用白刚玉喷砂，清洗，涂底胶P-11，干燥，涂面胶Megum 538，，置入硫化机模具中；

S6.硫化：开启硫化机，预热模具到100℃，将金属件装入模具内腔合模上高压，将步骤S2混炼的异戊橡胶置入140℃的注射硫化机，加入0.5份硫磺和1份N-氧二亚乙基苯异噻唑-2-亚磺酰胺，硫化机以14MPa的压力注入模具内，41min出模。

S7.检测：将复合橡胶弹簧进行修边，打磨，检测性能，包装即得复合橡胶弹簧。

实施例3

本实施例提供一种复合橡胶弹簧的步骤。

S1.塑炼：将140份异戊橡胶块投入密炼机，在110℃下密炼5min；

S2.混炼：将50份白炭黑加入密炼机中，在130℃下密炼8min；再加入10份4010Na、10份氧化锌、2份硬脂酸、0.5份偶联剂、5份亚硝酸钠，5份聚丙烯酸酯，在90℃下密炼6min。

S5.金属件预处理：将铁件脱脂，先采用高硬度碳锰棱角钢砂抛丸，然后用白刚玉喷砂，清洗，涂底胶P-11，干燥，涂面胶Megum 538，干燥，置入硫化机模具中；

S6.硫化：开启硫化机，预热模具到120℃，将金属件装入模具内腔合模上高压，将步骤S2混炼的异戊橡胶置入155℃的注射硫化机，加入5份硫磺和10份N-氧二亚乙基苯异噻唑-2-亚磺酰胺，硫化机以16MPa的压力注入模具内，29min出模。

S7.检测：将复合橡胶弹簧进行修边，打磨，检测性能，包装即得复合橡胶弹簧。

对比例1

本对比例与实施例1的工艺步骤相同，其区别在于，本对比例未添加间苯二酚及六亚甲基四胺。

对比例2

本对比例与实施例1的工艺步骤相同，其区别在于，本对比例未添加甲醛苯胺。

对比例3

本对比例与实施例1的工艺步骤相同，其区别在于，本对比例未对异戊橡胶进行塑炼。

对比例4

本对比例与实施例1的工艺步骤相同，其区别在于，本对比例未对金属件喷砂。

对比例5

本对比例与实施例1的工艺步骤相同，其区别在于，本对比例未对金属件进行涂胶。

对比例6

本对比例与实施例1的工艺步骤相同，其区别在于，本对比例添加间苯二酚10份，六亚甲基四胺10份。

对比例7

本对比例与实施例1的工艺步骤相同，其区别在于，本对比例添加甲醛苯胺10份。

对实施例1~3和对比例1~7制备的复合弹簧橡胶进行静态刚度测试，动态刚度测试，粘合性实验，压缩实验及疲劳试验。

本发明实施例1~3制备的复合橡胶弹簧的静刚度和动刚度都达到技术要求范围，产品经过横向和垂向保持5HZ的频率100万次运转疲劳试验后，产品无破坏情况，刚度变化率在10%以下，复合弹簧实现了弹性模量小，可得到较大的弹性变形。具有较高的内阻静向刚度对瞬间冲击力和高频振动有很好的吸收，能够承受多向载荷，蠕变性好具有高抗疲劳性能，是一款很好的复合型橡胶减振元件。而对比例1~7中复合橡胶弹簧的静刚度和动刚度低于实施例，未达到橡胶弹簧技术要求范围，在运转疲劳试验后出现裂缝，耐冲击力性能差。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶，其特征在于，其成分及重量份包括：

异戊橡胶80~140份、间苯二酚1~6份、六亚甲基四胺1-6~份、甲醛苯胺1~6份、亚硝基化合物1~5份、增塑剂1~5份、防老剂1~10份、活性剂1~10份、促进剂1~10份、硫化剂0.5~5份、增强剂20~50份。

2.根据权利要求1所述高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶，其特征在于，成分包括：

异戊橡胶120份、间苯二酚2份、六亚甲基四胺2份、甲醛苯胺2份、亚硝基化合物2份、增塑剂4份、防老剂4份、活性剂5份、促进剂6份、硫化剂2份、增强剂38份。

3.根据权利要求1或2所述高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶，其特征在于，所述增塑剂为聚丙烯酸酯；所述防老剂为烷基化二苯胺衍生物和/或N-异丙基-N’-苯基对苯二胺；所述活性剂为氧化锌；所述促进剂为磺酰胺类硫化促进剂；所述硫化剂为硫；所述增强剂为白炭黑和/或炭黑。

4.根据权利要求1或2所述高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶，其特征在于，其成分包括硬脂酸2份、氧化锌10份、偶联剂0.5份。

5.根据权利要求1~4所述高阻尼、高耐磨、低蠕变的异戊橡胶，其特征在于，其制备步骤包括：

S1.塑炼：将异戊橡胶块投入密炼机，在80~110℃下密炼2~5min；

S2.混炼：将增强剂加入密炼机中，在100~130℃下密炼5~8min；再加入防老剂、活性剂、硬脂酸、活化剂、偶联剂、亚硝基化合物及增塑剂，在70~90℃下密炼4~6min；

根据权利要求1~5所述的异戊橡胶用于复合橡胶弹簧。

6.根据权利要求6提供一种制备复合橡胶弹簧的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：

S3.金属件预处理：将铁件脱脂，喷砂，清洗，涂胶，置入硫化机模具中；

S4.硫化：将步骤S2混炼的异戊橡胶置入注射硫化机，加入硫化剂和促进剂，注射硫化机以10~16MPa的压力注入模具内。

7.S5.检测：将复合橡胶弹簧进行修边，打磨，检测性能，包装即得复合橡胶弹簧。

8.根据权利要求7所述制备复合橡胶弹簧的制备方法，其特征在于，所述铁件喷砂先采用高硬度碳锰棱角钢砂抛丸，然后用白刚玉喷砂；所述喷砂压力为0.6~0.8MPa。

9.根据权利要求7所述制备复合橡胶弹簧的制备方法，其特征在于，所述铁件粘合使用底胶P-11和面胶Megum538型胶粘剂。

10.根据权利要求7所述制备复合橡胶弹簧的制备方法，其特征在于，所述硫化温度为140~155℃，硫化时间为29~41min。