CN110845775A - 一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法，其中包括天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌等组分，由于顺丁橡胶具体弹性高、耐磨性强、生热低、动态力学性能好等优异性能，本发明以顺丁橡胶为主料，同时添加天然橡胶，两种橡胶相互掺杂使用，以提高顺丁橡胶的加工性能和拉伸强度；本发明中还设计了一种添加助剂，包括炭黑、碳纳米管和白炭黑和改性蒙脱土，炭黑和白炭黑作为补强填料添加至橡胶主料中，能够有效对天然橡胶、顺丁橡胶进行补强提高橡胶材料的拉伸强度；本发明工艺简单，不仅有效实现了耐磨橡胶的制备，同时由于交联网络的存在，橡胶的力学性能和导热性能得到进一步提升，老化性能优异。

Description

一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶加工技术领域，具体是一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法。
背景技术
橡胶（Rubber）是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（Tg）低，分子量往往很大，大于几十万。
早期的橡胶是取自橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。是高弹性的高分子化合物。橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。
现如今，橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面，尤其应用于汽车轮胎胎面方面，在车辆行驶时，汽车轮胎胎面长期与地面摩擦，且摩擦时会产生大量热量，易损伤轮胎胎面，这意味着制备轮胎胎面的橡胶需要具有较优异的耐磨性能。
针对上述问题，本发明公开了一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法，这是我们亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐磨抗压的高性能橡胶，所述橡胶各原料组分如下：以重量计，天然橡胶70-85份、顺丁橡胶15-35份、硅烷偶联剂1-1.5份、氧化锌3-6份、促进剂1-2份、防老化剂1-3份、硬脂酸1-3份、硫磺1-1.5份和添加助剂5-18份。
较优化地，所述添加助剂各原料组分如下：以重量计，炭黑15-40份、碳纳米管5-15份、白炭黑15-25份和改性蒙脱土10-25份。
本申请公开了一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法，其中包括天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌等组分，由于顺丁橡胶具体弹性高、耐磨性强、生热低、动态力学性能好等优异性能，本发明以顺丁橡胶为主料，同时添加天然橡胶，两种橡胶相互掺杂使用，以提高顺丁橡胶的加工性能和拉伸强度；本发明中还设计了一种添加助剂，包括炭黑、碳纳米管和白炭黑和改性蒙脱土，炭黑和白炭黑作为补强填料添加至橡胶主料中，能够有效对天然橡胶、顺丁橡胶进行补强提高橡胶材料的拉伸强度；本申请中碳纳米管不仅能够对橡胶进行补强，提高橡胶的耐磨性能，而且还能够提高橡胶的导热性能，使得制备得到的橡胶具有较好的散热性能，能够保证通过该橡胶所制得的胎面在车辆行驶时有效避免摩擦产生的热量带来的损伤；同时，由于碳纳米管为纤维状结构，而炭黑、白炭黑均为聚集状态，二者能够起到协同补强作用，碳纳米管通过炭黑、白炭黑作为连接桥梁与橡胶结合，形成丰富的三维结构，进一步提高橡胶的耐磨性和力学性能。
较优化地，所述改性蒙脱土各原料组分如下：以重量计，超支化聚氨酯20-45份、改性芳纶纤维5-15份、蒙脱土27-60份、2,4-甲苯二异氰酸酯9-30份。
较优化地，所述改性芳纶纤维通过芳纶纤维、硫酸溶液、碳酸氢钠溶液改性制备。
本发明中还设计了改性蒙脱土，可利用蒙脱土的插层效应来进行作用，在橡胶混炼过程中将聚合物插入蒙脱土的纳米片层之间，形成稳定的立体交联网络结构，以此来提高橡胶的耐磨性能；同时由于改性蒙脱土的特殊片层结构，能够阻碍橡胶老化过程中热量的传递和降解，提高橡胶的耐老化性能。
本发明中改性蒙脱土通过超支化聚氨酯、改性芳纶纤维、蒙脱土和2,4-甲苯二异氰酸酯制备得到，其中超支化聚氨酯的分子结构与传统意义上的线形聚合物的无规线团结构不同，其分子结构较紧密，在空间具有三维立体结构，且粘度低，容易成膜，且超支化聚氨酯末端具有大量的端羟基，能够与2,4-甲苯二异氰酸酯中的异氰酸酯基结合；同时，本发明又利用2,4-甲苯二异氰酸酯中的异氰酸酯基对蒙脱土进行有机改性，甲苯二异氰酸酯与蒙脱土片层表面的羟基发生反应，并引入异氰酸酯基，使得改性后的蒙脱土的层间距增大，且由于异氰酸酯基层存在，改性后的蒙脱土能够与超支化聚氨酯结合形成交联网络。
本发明中还添加了改性芳纶纤维，通过硫酸溶液处理芳纶纤维，芳纶纤维发生水解反应，使芳纶纤维大分子中的酰胺键断裂，芳纶纤维表面生成羧基，羧基能够与超支化聚氨酯末端羟基结合，进一步提高交联网络的密度，以提高制备得到的橡胶的拉伸强度和耐磨性能。
较优化地，所述促进剂选用促进剂NS，所述防老化剂选用防老化剂4020。
较优化地，一种耐磨抗压的高性能橡胶的制备方法，包括以下步骤：
1)准备原料；
2)改性蒙脱土的制备：
a)超支化聚氨酯的制备；
b)改性芳纶纤维的制备；
c)反应得到改性蒙脱土；
3)取步骤1）准备的物料、改性蒙脱土进行混炼，得到所述橡胶成品。
较优化地，包括以下步骤：
1)准备原料：
a)按比例称取天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，备用；
b)按比例称取炭黑、碳纳米管、白炭黑、蒙脱土、2,4-甲苯二异氰酸酯、芳纶纤维、硫酸溶液和碳酸氢钠溶液，备用；
c)按比例称取二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚碳酸酯二醇、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、二乙醇胺和丙酮，备用；
2)超支化聚氨酯的制备：
3)改性芳纶纤维的制备：取步骤1）准备的芳纶纤维，置于无水乙醇中清洗，去离子水清洗，真空干燥；再将干燥后的芳纶纤维投入硫酸溶液中浸泡6-12h，去离子水清洗，再放入碳酸氢钠溶液中浸泡5-10min，去离子水清洗，真空干燥，得到改性芳纶纤维；
4)取步骤1）准备的蒙脱土，投入三口烧瓶中，在氮气保护下加热活化，得到活化蒙脱土；
5)取三口烧瓶，氮气保护下投入无水甲苯，再加入步骤1）准备的2,4-甲苯二异氰酸酯、步骤4）制备的活化蒙脱土，搅拌混合，再加入改性芳纶纤维和超支化聚氨酯，继续搅拌，再加热至75-85℃，反应70-85min，自然冷却，抽滤，洗涤，真空干燥，得到改性蒙脱土；
6)取步骤1）准备的天然橡胶、顺丁橡胶，分别放入开炼机中塑炼成片状，再依次投入混炼机中混炼3-5min，再加入制备的改性蒙脱土，薄通3-5次，再加入炭黑、白炭黑，继续混炼，再加入碳纳米管，混炼时间为15-25min，薄通9-11次；再加入步骤1）准备的硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，100-120℃下混炼3-5min，硫化，得到所述橡胶成品。
较优化地，包括以下步骤：
1)准备原料：
a)按比例称取天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，备用；
b)按比例称取炭黑、碳纳米管、白炭黑、蒙脱土、2,4-甲苯二异氰酸酯、芳纶纤维、硫酸溶液和碳酸氢钠溶液，备用；
c)按比例称取二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚碳酸酯二醇、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、二乙醇胺和丙酮，备用；步骤1）准备各个物料，便于后续进行反应及制备操作；
2)超支化聚氨酯的制备：
A.取二羟甲基丙酸，配制得到二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液；取二乙醇胺，配制得到二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液；
B.将聚碳酸酯二醇投入烧瓶中，真空脱水，再投入步骤a）制备的二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液、2,4-甲苯二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，氮气条件下进行搅拌，升温至75-80℃反应，直至体系内异氰酸酯基含量达到预定值后，室温下添加三乙胺中和，再加入丙酮降低粘度，接着缓慢滴加步骤a）制备的二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液，搅拌反应10-20min，再升温至45-55℃反应，加水分散，将丙酮旋蒸除去，得到超支化聚氨酯；步骤2）中通过聚碳酸酯二醇、二羟甲基丙酸等物料进行超支化聚氨酯的制备；
3)改性芳纶纤维的制备：取步骤1）准备的芳纶纤维，置于无水乙醇中，超声清洗1-3h，然后再置于去离子水中超声清洗1-2h，80-100℃真空干燥；再将干燥后的芳纶纤维投入硫酸溶液中，浸泡6-12h，去离子水清洗，再放入碳酸氢钠溶液中浸泡5-10min，去离子水清洗，真空干燥，得到改性芳纶纤维；步骤3）中先将芳纶纤维分别用无水乙醇和去离子水超声清洗，去除芳纶纤维表面的油渍和杂质；再利用硫酸溶液对芳烃纤维表面进行改性，芳纶纤维发生水解反应，使芳纶纤维大分子中的酰胺键断裂，芳纶纤维表面生成羧基，能够与超支化聚氨酯末端羟基结合形成交联网络；
4)取步骤1）准备的蒙脱土，投入三口烧瓶中，在氮气保护下加热至245-255℃，活化2-3h，得到活化蒙脱土；
5)取三口烧瓶，氮气保护下投入无水甲苯，再加入步骤1）准备的2,4-甲苯二异氰酸酯、步骤4）制备的活化蒙脱土，搅拌混合30-40min，再加入改性芳纶纤维和超支化聚氨酯，继续搅拌20-30min，再加热至75-85℃，反应70-85min，自然冷却，抽滤，洗涤，真空干燥，得到改性蒙脱土；步骤4）中对蒙脱土进行活化，再通过2,4-甲苯二异氰酸酯对蒙脱土进行改性，引入异氰酸酯基，再利用异氰酸酯基与超支化聚氨酯结合，且超支化聚氨酯能够与改性纤维表面的羧基反应，蒙脱土、超支化聚氨酯、改性芳纶纤维等组分之间相互结合形成致密的交联网络，同时蒙脱土特殊的片层结构也能在后续操作中够使天然橡胶、顺丁橡胶等组分进入交联网络中，进一步提高致密度，以提高橡胶的耐磨性能；
6)取步骤1）准备的天然橡胶、顺丁橡胶，分别放入开炼机中塑炼成片状，再依次投入混炼机中混炼3-5min，再加入制备的改性蒙脱土，薄通3-5次，再加入炭黑、白炭黑，混炼10-14min，再加入碳纳米管，混炼时间为15-25min，薄通9-11次；再加入步骤1）准备的硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，100-120℃下混炼3-5min，硫化，得到所述橡胶成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明首先进行超支化聚氨酯的制备，由于超支化聚氨酯末端具有大量的端羟基，能够与改性芳纶纤维表面的羟基进行结合；同时本发明通过2,4-甲苯二异氰酸酯对蒙脱土进行改性，引入异氰酸酯基，利用异氰酸酯基与端羟基结合，进一步形成交联网络；在后续混炼过程中，天然橡胶、顺丁橡胶进入蒙脱土的片层之间，且分散在交联网络中，进一步提高橡胶结构的致密性，有效提高了橡胶的力学性能和耐磨性能。
本发明公开了一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法，工艺简单，不仅有效实现了耐磨橡胶的制备，同时由于交联网络的存在，橡胶的力学性能和导热性能得到进一步提升，老化性能优异，具有较高的实用性。
具体实施方式
下面将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：
S1：准备原料，按比例称取天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺；按比例称取炭黑、碳纳米管、白炭黑、蒙脱土、2,4-甲苯二异氰酸酯、芳纶纤维、硫酸溶液和碳酸氢钠溶液；按比例称取二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚碳酸酯二醇、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、二乙醇胺和丙酮，备用；
S2：超支化聚氨酯的制备：
取二羟甲基丙酸，配制得到二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液；取二乙醇胺，配制得到二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液；
将聚碳酸酯二醇投入烧瓶中，真空脱水，再投入制备的二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液、2,4-甲苯二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，氮气条件下进行搅拌，升温至75℃反应，直至体系内异氰酸酯基含量达到预定值后，室温下添加三乙胺中和，再加入丙酮降低粘度，接着缓慢滴加制备的二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液，搅拌反应10min，再升温至45℃反应，加水分散，将丙酮旋蒸除去，得到超支化聚氨酯；
S3：改性芳纶纤维的制备，取芳纶纤维，置于无水乙醇中，超声清洗1h，然后再置于去离子水中超声清洗1h，80-℃真空干燥；再将干燥后的芳纶纤维投入硫酸溶液中，浸泡6h，去离子水清洗，再放入碳酸氢钠溶液中浸泡5min，去离子水清洗，真空干燥，得到改性芳纶纤维；
S4：取蒙脱土，投入三口烧瓶中，在氮气保护下加热至245℃，活化2h，得到活化蒙脱土；再取三口烧瓶，氮气保护下投入无水甲苯，再加入准备的2,4-甲苯二异氰酸酯、活化蒙脱土，搅拌混合30min，再加入改性芳纶纤维和超支化聚氨酯，继续搅拌20min，再加热至75℃，反应70min，自然冷却，抽滤，洗涤，真空干燥，得到改性蒙脱土；
S5：取天然橡胶、顺丁橡胶，分别放入开炼机中塑炼成片状，再依次投入混炼机中混炼3min，再加入制备的改性蒙脱土，薄通3次，再加入炭黑、白炭黑，混炼10min，再加入碳纳米管，混炼时间为15min，薄通9次；再加入硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，100℃下混炼3min，硫化，得到所述橡胶成品。
本实施例中，所述橡胶各原料组分如下：以重量计，天然橡胶70份、顺丁橡胶15份、硅烷偶联剂1份、氧化锌3份、促进剂1份、防老化剂1份、硬脂酸1份、硫磺1份和添加助剂5份。
其中添加助剂各原料组分如下：以重量计，炭黑15份、碳纳米管5份、白炭黑15份和改性蒙脱土10份；改性蒙脱土各原料组分如下：以重量计，超支化聚氨酯20份、改性芳纶纤维5份、蒙脱土27份、2,4-甲苯二异氰酸酯9份。
所述改性芳纶纤维通过芳纶纤维、硫酸溶液、碳酸氢钠溶液改性制备；所述促进剂选用促进剂NS，所述防老化剂选用防老化剂4020。
实施例2：
S1：准备原料，按比例称取天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺；按比例称取炭黑、碳纳米管、白炭黑、蒙脱土、2,4-甲苯二异氰酸酯、芳纶纤维、硫酸溶液和碳酸氢钠溶液；按比例称取二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚碳酸酯二醇、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、二乙醇胺和丙酮，备用；
S2：超支化聚氨酯的制备：
取二羟甲基丙酸，配制得到二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液；取二乙醇胺，配制得到二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液；将聚碳酸酯二醇投入烧瓶中，真空脱水，再投入制备的二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液、2,4-甲苯二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，氮气条件下进行搅拌，升温至78℃反应，直至体系内异氰酸酯基含量达到预定值后，室温下添加三乙胺中和，再加入丙酮降低粘度，接着缓慢滴加制备的二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液，搅拌反应15min，再升温至50℃反应，加水分散，将丙酮旋蒸除去，得到超支化聚氨酯；
S3：改性芳纶纤维的制备，取芳纶纤维，置于无水乙醇中，超声清洗2h，然后再置于去离子水中超声清洗1.5h，90℃真空干燥；再将干燥后的芳纶纤维投入硫酸溶液中，浸泡8h，去离子水清洗，再放入碳酸氢钠溶液中浸泡8min，去离子水清洗，真空干燥，得到改性芳纶纤维；
S4：取蒙脱土，投入三口烧瓶中，在氮气保护下加热至250℃，活化2-3h，得到活化蒙脱土；再取三口烧瓶，氮气保护下投入无水甲苯，再加入准备的2,4-甲苯二异氰酸酯、活化蒙脱土，搅拌混合35min，再加入改性芳纶纤维和超支化聚氨酯，继续搅拌25min，再加热至80℃，反应77min，自然冷却，抽滤，洗涤，真空干燥，得到改性蒙脱土；
S5：取天然橡胶、顺丁橡胶，分别放入开炼机中塑炼成片状，再依次投入混炼机中混炼4min，再加入制备的改性蒙脱土，薄通4次，再加入炭黑、白炭黑，混炼12min，再加入碳纳米管，混炼时间为20min，薄通10次；再加入硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，110℃下混炼4min，硫化，得到所述橡胶成品。
本实施例中，所述橡胶各原料组分如下：以重量计，天然橡胶80份、顺丁橡胶25份、硅烷偶联剂1.2份、氧化锌5份、促进剂1.5份、防老化剂2份、硬脂酸2份、硫磺1.2份和添加助剂12份。
其中添加助剂各原料组分如下：以重量计，炭黑25份、碳纳米管10份、白炭黑20份和改性蒙脱土15份；改性蒙脱土各原料组分如下：以重量计，超支化聚氨酯28份、改性芳纶纤维10份、蒙脱土40份、2,4-甲苯二异氰酸酯18份。
所述改性芳纶纤维通过芳纶纤维、硫酸溶液、碳酸氢钠溶液改性制备；所述促进剂选用促进剂NS，所述防老化剂选用防老化剂4020。
实施例3：
S1：准备原料，按比例称取天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺；按比例称取炭黑、碳纳米管、白炭黑、蒙脱土、2,4-甲苯二异氰酸酯、芳纶纤维、硫酸溶液和碳酸氢钠溶液；按比例称取二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚碳酸酯二醇、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、二乙醇胺和丙酮，备用；
S2：超支化聚氨酯的制备：
取二羟甲基丙酸，配制得到二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液；取二乙醇胺，配制得到二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液；
将聚碳酸酯二醇投入烧瓶中，真空脱水，再投入制备的二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液、2,4-甲苯二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，氮气条件下进行搅拌，升温至80℃反应，直至体系内异氰酸酯基含量达到预定值后，室温下添加三乙胺中和，再加入丙酮降低粘度，接着缓慢滴加制备的二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液，搅拌反应20min，再升温至55℃反应，加水分散，将丙酮旋蒸除去，得到超支化聚氨酯；
S3：改性芳纶纤维的制备，取芳纶纤维，置于无水乙醇中，超声清洗3h，然后再置于去离子水中超声清洗2h，100℃真空干燥；再将干燥后的芳纶纤维投入硫酸溶液中，浸泡12h，去离子水清洗，再放入碳酸氢钠溶液中浸泡10min，去离子水清洗，真空干燥，得到改性芳纶纤维；
S4：取蒙脱土，投入三口烧瓶中，在氮气保护下加热至255℃，活化3h，得到活化蒙脱土；再取三口烧瓶，氮气保护下投入无水甲苯，再加入准备的2,4-甲苯二异氰酸酯、活化蒙脱土，搅拌混合40min，再加入改性芳纶纤维和超支化聚氨酯，继续搅拌30min，再加热至85℃，反应85min，自然冷却，抽滤，洗涤，真空干燥，得到改性蒙脱土；
S5：取天然橡胶、顺丁橡胶，分别放入开炼机中塑炼成片状，再依次投入混炼机中混炼5min，再加入制备的改性蒙脱土，薄通5次，再加入炭黑、白炭黑，混炼14min，再加入碳纳米管，混炼时间为25min，薄通11次；再加入硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，120℃下混炼5min，硫化，得到所述橡胶成品。
本实施例中，所述橡胶各原料组分如下：以重量计，天然橡胶85份、顺丁橡胶35份、硅烷偶联剂1.5份、氧化锌6份、促进剂2份、防老化剂3份、硬脂酸3份、硫磺1.5份和添加助剂18份。
其中添加助剂各原料组分如下：以重量计，炭黑40份、碳纳米管15份、白炭黑25份和改性蒙脱土25份；改性蒙脱土各原料组分如下：以重量计，超支化聚氨酯45份、改性芳纶纤维15份、蒙脱土60份、2,4-甲苯二异氰酸酯30份。
所述改性芳纶纤维通过芳纶纤维、硫酸溶液、碳酸氢钠溶液改性制备；所述促进剂选用促进剂NS，所述防老化剂选用防老化剂4020。
实验：
实施例1-3为通过本发明公开的技术方案所制备的橡胶，分别取实施例1-3及市面上购买的普通胎面橡胶作为样品，检测其性能数据如下：
由上表可知，实施例1-3制备的橡胶的各项性能均有较大提高，其中拉伸强度最高可达14.1Mp，耐磨性能明显优于普通橡胶，而硬度和伸长率变化不大。
结论：本发明公开了一种耐磨抗压的高性能橡胶及其制备方法，工艺简单，不仅有效实现了耐磨橡胶的制备，同时由于交联网络的存在，橡胶的力学性能和导热性能得到进一步提升，老化性能优异，具有较高的实用性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种耐磨抗压的高性能橡胶，其特征在于：所述橡胶各原料组分如下：以重量计，天然橡胶70-85份、顺丁橡胶15-35份、硅烷偶联剂1-1.5份、氧化锌3-6份、促进剂1-2份、防老化剂1-3份、硬脂酸1-3份、硫磺1-1.5份和添加助剂5-18份。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨抗压的高性能橡胶，其特征在于：所述添加助剂各原料组分如下：以重量计，炭黑15-40份、碳纳米管5-15份、白炭黑15-25份和改性蒙脱土10-25份。
3.根据权利要求2所述的一种耐磨抗压的高性能橡胶，其特征在于：所述改性蒙脱土各原料组分如下：以重量计，超支化聚氨酯20-45份、改性芳纶纤维5-15份、蒙脱土27-60份、2,4-甲苯二异氰酸酯9-30份。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨抗压的高性能橡胶，其特征在于：所述改性芳纶纤维通过芳纶纤维、硫酸溶液、碳酸氢钠溶液改性制备。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨抗压的高性能橡胶，其特征在于：所述促进剂选用促进剂NS，所述防老化剂选用防老化剂4020。
6.一种耐磨抗压的高性能橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）准备原料；
2）改性蒙脱土的制备：
a）超支化聚氨酯的制备；
b）改性芳纶纤维的制备；
c）反应得到改性蒙脱土；
3）取步骤1）准备的物料、改性蒙脱土进行混炼，得到所述橡胶成品。
7.根据权利要求6所述的一种耐磨抗压的高性能橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）准备原料：
a）按比例称取天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，备用；
b）按比例称取炭黑、碳纳米管、白炭黑、蒙脱土、2,4-甲苯二异氰酸酯、芳纶纤维、硫酸溶液和碳酸氢钠溶液，备用；
c）按比例称取二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚碳酸酯二醇、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、二乙醇胺和丙酮，备用；
2）超支化聚氨酯的制备：
3）改性芳纶纤维的制备：取步骤1）准备的芳纶纤维，置于无水乙醇中清洗，去离子水清洗，真空干燥；再将干燥后的芳纶纤维投入硫酸溶液中浸泡6-12h，去离子水清洗，再放入碳酸氢钠溶液中浸泡5-10min，去离子水清洗，真空干燥，得到改性芳纶纤维；
4）取步骤1）准备的蒙脱土，投入三口烧瓶中，在氮气保护下加热活化，得到活化蒙脱土；
5）取三口烧瓶，氮气保护下投入无水甲苯，再加入步骤1）准备的2,4-甲苯二异氰酸酯、步骤4）制备的活化蒙脱土，搅拌混合，再加入改性芳纶纤维和超支化聚氨酯，继续搅拌，再加热至75-85℃，反应70-85min，自然冷却，抽滤，洗涤，真空干燥，得到改性蒙脱土；
6）取步骤1）准备的天然橡胶、顺丁橡胶，分别放入开炼机中塑炼成片状，再依次投入混炼机中混炼3-5min，再加入制备的改性蒙脱土，薄通3-5次，再加入炭黑、白炭黑，继续混炼，再加入碳纳米管，混炼时间为15-25min，薄通9-11次；再加入步骤1）准备的硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，100-120℃下混炼3-5min，硫化，得到所述橡胶成品。
8.根据权利要求7所述的一种耐磨抗压的高性能橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）准备原料：
a）按比例称取天然橡胶、顺丁橡胶、硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，备用；
b）按比例称取炭黑、碳纳米管、白炭黑、蒙脱土、2,4-甲苯二异氰酸酯、芳纶纤维、硫酸溶液和碳酸氢钠溶液，备用；
c）按比例称取二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、聚碳酸酯二醇、二月桂酸二丁基锡、三乙胺、二乙醇胺和丙酮，备用；
2）超支化聚氨酯的制备：
A.取二羟甲基丙酸，配制得到二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液；取二乙醇胺，配制得到二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液；
B.将聚碳酸酯二醇投入烧瓶中，真空脱水，再投入步骤a）制备的二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液、2,4-甲苯二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，氮气条件下进行搅拌，升温至75-80℃反应，直至体系内异氰酸酯基含量达到预定值后，室温下添加三乙胺中和，再加入丙酮降低粘度，接着缓慢滴加步骤a）制备的二乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶液，搅拌反应10-20min，再升温至45-55℃反应，加水分散，将丙酮旋蒸除去，得到超支化聚氨酯；
3）改性芳纶纤维的制备：取步骤1）准备的芳纶纤维，置于无水乙醇中，超声清洗1-3h，然后再置于去离子水中超声清洗1-2h，80-100℃真空干燥；再将干燥后的芳纶纤维投入硫酸溶液中，浸泡6-12h，去离子水清洗，再放入碳酸氢钠溶液中浸泡5-10min，去离子水清洗，真空干燥，得到改性芳纶纤维；
4）取步骤1）准备的蒙脱土，投入三口烧瓶中，在氮气保护下加热至245-255℃，活化2-3h，得到活化蒙脱土；
5）取三口烧瓶，氮气保护下投入无水甲苯，再加入步骤1）准备的2,4-甲苯二异氰酸酯、步骤4）制备的活化蒙脱土，搅拌混合30-40min，再加入改性芳纶纤维和超支化聚氨酯，继续搅拌20-30min，再加热至75-85℃，反应70-85min，自然冷却，抽滤，洗涤，真空干燥，得到改性蒙脱土；
6）取步骤1）准备的天然橡胶、顺丁橡胶，分别放入开炼机中塑炼成片状，再依次投入混炼机中混炼3-5min，再加入制备的改性蒙脱土，薄通3-5次，再加入炭黑、白炭黑，混炼10-14min，再加入碳纳米管，混炼时间为15-25min，薄通9-11次；再加入步骤1）准备的硅烷偶联剂、氧化锌、促进剂、防老化剂、硬脂酸和硫磺，100-120℃下混炼3-5min，硫化，得到所述橡胶成品。
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