CN110117396A - 一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方及其制备工艺，属于橡胶带生产技术领域。包括以下重量份原料：二元乙丙和三元乙丙的并用橡胶100份、胶乳混合法石墨烯复合橡胶5‑15份、纳米氧化锌5‑10份、硬脂酸1‑4份、石蜡油15‑30份、补强剂20‑30份、过氧化二异丙苯3‑8份、硫磺0.5‑2份、三烯丙基异氰脲酸酯3‑4份、N，N'‑间苯撑双马来酰亚胺2‑3份。采用本发明的配方所制得的橡胶带耐高温、耐酸碱性能优异。

Description

一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方及其制备工艺，属于橡胶带生产技术领域。
背景技术
橡胶过滤带、橡胶输送带属于运输带领域常用产品，现有的橡胶过滤带及橡胶输送带分别存在以下不足之处：
1、橡胶过滤带：目前一些磷酸、氟硅酸、化工催化剂等行业对橡胶过滤带高温下耐酸碱的要求较高，温度一般要高于90℃，常规的耐酸碱橡胶过滤带在使用一段时间后，出现表面胶层变硬、掉渣，以及中间打孔位置开裂等情况，严重影响着过滤带的使用寿命。
2、橡胶输送带：目前的耐热橡胶输送带温度超过150℃时普遍存在耐热性差，使用寿命短的问题。
目前，加工橡胶过滤带及橡胶输送带时主要采用二元乙丙和三元乙丙橡胶并用方式，试图满足耐高温性能以及高温下耐酸碱腐蚀的性能要求，但二元乙丙和三元乙丙橡胶并用后配方物理机械性能不高，并且高温下以及高温下强酸碱后机械性能的保持率较低，只靠单纯的增加炭黑、二氧化硅等材料的用量无法实现强度要求。
因此，亟待发明一种能解决上述技术问题的含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方及其制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种耐高温、耐酸碱、使用寿命长的橡胶带配方及其制备工艺。
一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特殊之处在于包括以下重量份原料：
二元乙丙和三元乙丙的并用橡胶 100份、胶乳混合法石墨烯复合橡胶5-15份、纳米氧化锌 5-10份、硬脂酸1-4份、石蜡油 15-30份、补强剂 20-30份、过氧化二异丙苯（DCP）3-8份、硫磺（S）0.5-2份、三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）3-4份、 N，N'-间苯撑双马来酰亚胺（PDM）2-3份；
优选的，所述原料中还包括防老剂 2-4份，防老剂为防老剂MB、2-巯基苯并咪唑、防老剂NBC、N，N-二正丁基二硫代氨基甲酸镍中任意两种混合；
优选的，所述二元乙丙和三元乙丙的并用橡胶包括二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶，两种橡胶重量为20：80-80：20；
优选的，所述三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物，三元乙丙橡胶采用德国阿朗新科公司生产的牌号为EPDM6470C的三元乙丙橡胶，所述二元乙丙橡胶其分子链是一种完全饱和的直链型结构的乙烯和丙烯的共聚物，二元乙丙橡胶采用韩国锦湖公司生产的牌号为KEP110的二元乙丙橡胶；
优选的，所述胶乳混合法石墨烯复合橡胶为先将氧化石墨烯(GO)分散在水中，再混入橡胶内，经过混合、破乳、干燥和交联而制得的复合橡胶，该法制得的石墨烯复合橡胶石墨烯在基质中分散性较好，能够有效增强橡胶的耐热性和物理机械性能；
优选的，所述胶乳混合法石墨烯复合橡胶采用青岛德通纳米技术有限公司生产的牌号为NR-ZM15的复合橡胶；
优选的，所述补强剂为高耐磨炭黑。
一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特殊之处在于制备过程包括以下步骤：
1）、混合薄通
将100份二元乙丙和三元乙丙并用胶、5-15份胶乳混合法石墨烯复合橡胶混合后在开炼机内进行薄通，得到含石墨烯的橡胶混合物；
所述薄通时间为5-10min，温度为50-60℃
所述开炼机中的辊距为1-2mm；
2）、加料密炼
①将含石墨烯的橡胶混合物、纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂一并加入密炼机中，混炼2-3min；
②开启密炼机进料口，加入补强剂，混炼1-2min；
③加入石蜡油，混炼2-3min；
④加入过氧化二异丙苯DCP、硫磺S、N，N'-间苯撑双马来酰亚胺PDM、三烯丙基异氰脲酸酯TAIC，混炼2-3min，待电流稳定，密炼机上顶栓浮动正常后排料；
3）、翻炼
将混炼好的胶料放入开炼机中翻炼，将胶料翻炼均匀、表面没有胶缝，胶料连续、质地均匀后下卷；
优选的，所述翻炼温度为50-70℃；
4）、压延
将热炼好并下成卷的混炼胶放入压延机，压延出片；
5）、硫化
根据硫化仪测定的T90时间进行硫化，硫化成厚度2mm±0.5mm的试片；
优选的，所述硫化时间为30-60min；
6）、检测
进行物理机械性能检测、耐高温耐酸碱性能的检测，耐高温情况下检测温度150℃，检测时间168h，耐高温检测后性能变化率要小于±25%、耐酸碱老化后胶料的物理机械性能变化率小于±10%为合格。
本发明的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方具有以下有益效果：
1、采用胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料解决了直接用单层或多层石墨烯存在的与橡胶之间相容性差、分散性差的问题，更好的提高了石墨烯在橡胶中的分散，有效的发挥了石墨烯的耐高温和提高物理机械性能的特点；
2、将石墨烯橡胶复合材料与二元乙丙和三元乙丙橡胶提前在开炼机中薄通混合，进一步增强了石墨烯与橡胶之间的混合程度和相容性，极大程度的提高了配方的物理机械性能；
3、胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料是先将氧化石墨烯(GO)分散在水中，再混入橡胶内，经过混合、破乳、干燥和交联等工艺制得，石墨烯在基质中分散性较好，能够同时增强聚合物基质的导电性和机械性能。所以将胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料应用于二元乙丙和三元乙丙并用橡胶配方中，不仅提高了耐热性能，还保证了在高温强酸碱腐蚀下的机械性能保持性；
4、配方中采用DCP、S、TAIC、PDM并用硫化体系，能够更好的增强三元乙丙、二元乙丙和胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料的共交联程度，通过有机过氧化物、马来酰亚胺等作用使饱和的三元乙丙橡胶支化，通过硫磺等硫化剂将其形成交联键链，达到共硫化的目的。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式，用来对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方包括以下重量份的原料：二元乙丙橡胶30份、三元乙丙橡胶70份、胶乳混合法石墨烯复合橡胶10份，纳米氧化锌 6.5份，硬脂酸2份，防老剂 3.5份，石蜡油 25份，N330 30份，过氧化二异丙苯（DCP）4份，硫磺（S）1份，三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）3份， N，N'-间苯撑双马来酰亚胺（PDM）2.5份。
防老剂为防老剂MB、2-巯基苯并咪唑、防老剂NBC、N，N-二正丁基二硫代氨基甲酸镍中任意两种混合；
三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物，三元乙丙橡胶采用德国阿朗新科公司生产的牌号为EPDM6470C的三元乙丙橡胶，二元乙丙橡胶其分子链是一种完全饱和的直链型结构的乙烯和丙烯的共聚物，二元乙丙橡胶采用韩国锦湖公司生产的牌号为KEP110的二元乙丙橡胶；
胶乳混合法石墨烯复合橡胶采用青岛德通纳米技术有限公司生产的牌号为NR-ZM15的复合橡胶；
本实施例的含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方的制备工艺如下：
步骤一：混合，胶乳混合法石墨烯复合橡胶与二元乙丙和三元乙丙橡胶混合，在开炼机中将辊距调整到1-2mm，分别加入以上石墨烯复合橡胶和二元乙丙和三元乙丙并用胶进行薄通，薄通10min，温度50-60℃，得到均匀的含石墨烯的橡胶混合物；
步骤二：加料密炼，将含石墨烯的橡胶混合物、纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂一并加入密炼机中，混炼3min，开启密炼机进料口，加入补强剂N330，混炼2min，之后加入石蜡油，混炼3min，最后加入DCP、S、PDM、TAIC，混炼2min后排料；
步骤三：热炼，将混炼好的胶料放入开炼机中翻炼即胶料的热炼过程，热炼温度50-70℃，将胶料翻炼均匀，表面没有胶缝，胶料连续、质地均匀后可将胶料打成卷状割下。
步骤四：压延，将热炼好并下成卷的混炼胶放入四辊压延机，压延出片，标记压延方向、规格尺寸；
步骤五：硫化：硫化40min，硫化成厚度2mm±0.5mm的试片；
步骤六：检测：进行物理机械性能检测、耐高温耐酸碱性能的检测，耐高温情况下检测温度150摄氏度，检测时间168h。耐高温检测后性能变化率需要小于±25%，耐酸碱老化后胶料的物理机械性能变化率小于±10%为合格。
实施例2
一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方包括以下重量份的原料：二元乙丙橡胶20份、三元乙丙橡胶80份、胶乳混合法石墨烯复合橡胶15份，纳米氧化锌 10份，硬脂酸4份，防老剂 4份，石蜡油 30份，N330 30份，过氧化二异丙苯（DCP）8份，硫磺（S）2份，三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）3份， N，N'-间苯撑双马来酰亚胺（PDM）2份。
本实施例的含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方的制备工艺如下：
步骤一：混合，胶乳混合法石墨烯复合橡胶与二元乙丙和三元乙丙橡胶混合，在开炼机中将辊距调整到1-2mm，分别加入以上石墨烯复合橡胶和二元乙丙和三元乙丙并用胶进行薄通，薄通10min，温度50-60℃，得到均匀的含石墨烯的橡胶混合物；
步骤二：加料密炼，将含石墨烯的橡胶混合物、纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂一并加入密炼机中，混炼3min，开启密炼机进料口，加入补强剂N330，混炼2min，之后加入石蜡油，混炼3min，最后加入DCP、S、PDM、TAIC，混炼2min后排料；
步骤三：热炼，将混炼好的胶料放入开炼机中翻炼即胶料的热炼过程，热炼温度50-70℃，将胶料翻炼均匀，表面没有胶缝，胶料连续、质地均匀后可将胶料打成卷状割下。
步骤四：压延，将热炼好并下成卷的混炼胶放入四辊压延机，压延出片，标记压延方向、规格尺寸；
步骤五：硫化：硫化40min，硫化成厚度2mm±0.5mm的试片；
步骤六：检测：进行物理机械性能检测、耐高温耐酸碱性能的检测，耐高温情况下检测温度150摄氏度，检测时间168h。耐高温检测后性能变化率需要小于±25%，耐酸碱老化后胶料的物理机械性能变化率小于±10%为合格。
实施例3
本实施例的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方包括以下重量份的原料：二元乙丙橡胶50份、三元乙丙橡胶50份、、胶乳混合法石墨烯复合橡胶5份，纳米氧化锌5份，硬脂酸1份，防老剂 2份，石蜡油 15份，N330 20份，过氧化二异丙苯（DCP）3份，硫磺（S）0.5份，三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）4份， N，N'-间苯撑双马来酰亚胺（PDM）3份。
本实施例的含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方的制备工艺如下：
步骤一：混合，胶乳混合法石墨烯复合橡胶与二元乙丙和三元乙丙橡胶混合，在开炼机中将辊距调整到1-2mm，分别加入以上石墨烯复合橡胶和二元乙丙和三元乙丙并用胶进行薄通，薄通10min，温度50-60℃，得到均匀的含石墨烯的橡胶混合物；
步骤二：加料密炼，将含石墨烯的橡胶混合物、纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂一并加入密炼机中，混炼3min，开启密炼机进料口，加入补强剂N330，混炼2min，之后加入石蜡油，混炼3min，最后加入DCP、S、PDM、TAIC，混炼2min后排料；
步骤三：热炼，将混炼好的胶料放入开炼机中翻炼即胶料的热炼过程，热炼温度50-70℃，将胶料翻炼均匀，表面没有胶缝，胶料连续、质地均匀后可将胶料打成卷状割下。
步骤四：压延，将热炼好并下成卷的混炼胶放入四辊压延机，压延出片，标记压延方向、规格尺寸；
步骤五：硫化：硫化40min，硫化成厚度2mm±0.5mm的试片；
步骤六：检测：进行物理机械性能检测、耐高温耐酸碱性能的检测，耐高温情况下检测温度150摄氏度，检测时间168h。耐高温检测后性能变化率需要小于±25%，耐酸碱老化后胶料的物理机械性能变化率小于±10%为合格。
本发明的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方具有以下有益效果：
1、采用胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料解决了直接用单层或多层石墨烯存在的与橡胶之间相容性差、分散性差的问题，更好的提高了石墨烯在橡胶中的分散，有效的发挥了石墨烯的耐高温和提高物理机械性能的特点；
2、将石墨烯橡胶复合材料与二元乙丙和三元乙丙橡胶提前在开炼机中薄通混合，进一步增强了石墨烯与橡胶之间的混合程度和相容性，极大程度的提高了配方的物理机械性能；
3、胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料是先将氧化石墨烯(GO)分散在水中，再混入橡胶内，经过混合、破乳、干燥和交联等工艺制得，石墨烯在基质中分散性较好，能够同时增强聚合物基质的导电性和机械性能。所以将胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料应用于二元乙丙和三元乙丙并用橡胶配方中，不仅提高了耐热性能，还保证了在高温强酸碱腐蚀下的机械性能保持性；
4、配方中采用DCP、S、TAIC、PDM并用硫化体系，能够更好的增强三元乙丙、二元乙丙和胶乳混合法石墨烯橡胶复合材料的共交联程度，通过有机过氧化物、马来酰亚胺等作用使饱和的三元乙丙橡胶支化，通过硫磺等硫化剂将其形成交联键链，达到共硫化的目的。
表1：本发明实施例1-3与现有技术的性能对照表
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于包括以下重量份原料：
二元乙丙和三元乙丙的并用橡胶 100份、胶乳混合法石墨烯复合橡胶5-15份、纳米氧化锌 5-10份、硬脂酸1-4份、石蜡油 15-30份、补强剂 20-30份、过氧化二异丙苯3-8份、硫磺0.5-2份、三烯丙基异氰脲酸酯3-4份、 N，N'-间苯撑双马来酰亚胺2-3份。
2.按照权利要求1所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于所述原料中还包括防老剂 2-4份，防老剂为防老剂MB、2-巯基苯并咪唑、防老剂NBC、N，N-二正丁基二硫代氨基甲酸镍中任意两种混合。
3.按照权利要求1所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于所述二元乙丙和三元乙丙的并用橡胶包括二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶，两种橡胶重量为20：80-80：20。
4.按照权利要求1所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于所述三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物，三元乙丙橡胶采用德国阿朗新科公司生产的牌号为EPDM6470C的三元乙丙橡胶，所述二元乙丙橡胶其分子链是一种完全饱和的直链型结构的乙烯和丙烯的共聚物，二元乙丙橡胶采用韩国锦湖公司生产的牌号为KEP110的二元乙丙橡胶。
5.按照权利要求1所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于所述胶乳混合法石墨烯复合橡胶为先将氧化石墨烯分散在水中，再混入橡胶内，经过混合、破乳、干燥和交联而制得的复合橡胶。
6.按照权利要求1所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于所述胶乳混合法石墨烯复合橡胶采用青岛德通纳米技术有限公司生产的牌号为NR-ZM15的复合橡胶。
7.按照权利要求1所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于所述补强剂为高耐磨炭黑。
8.一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于制备过程包括以下步骤：
1）、混合薄通
将100份二元乙丙和三元乙丙并用胶、5-15份胶乳混合法石墨烯复合橡胶混合后在开炼机内进行薄通，得到含石墨烯的橡胶混合物；
2）、加料密炼
①将含石墨烯的橡胶混合物、纳米氧化锌、硬脂酸、防老剂一并加入密炼机中，混炼2-3min；
②开启密炼机进料口，加入补强剂，混炼1-2min；
③加入石蜡油，混炼2-3min；
④加入过氧化二异丙苯DCP、硫磺S、N，N'-间苯撑双马来酰亚胺PDM、三烯丙基异氰脲酸酯TAIC，混炼2-3min，待电流稳定，密炼机上顶栓浮动正常后排料；
3）、翻炼
将混炼好的胶料放入开炼机中翻炼，将胶料翻炼均匀、表面没有胶缝，胶料连续、质地均匀后下卷；
4）、压延
将热炼好并下成卷的混炼胶放入压延机，压延出片；
5）、硫化
根据硫化仪测定的T90时间进行硫化，硫化成厚度2mm±0.5mm的试片。
9.按照权利要求8所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于
步骤1）、混合薄通中所述薄通时间为5-10min，温度为50-60℃；
步骤3）、翻炼中所述翻炼温度为50-70℃，步骤5）、硫化中所述硫化时间为30-60min。
10.按照权利要求8所述的一种含石墨烯的耐高温耐酸碱橡胶带配方，其特征在于
步骤5）、硫化步骤之后还要进行步骤6）、检测，具体为：进行物理机械性能检测、耐高温耐酸碱性能的检测，耐高温情况下检测温度150℃，检测时间168h，耐高温检测后性能变化率要小于±25%、耐酸碱老化后胶料的物理机械性能变化率小于±10%为合格。
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