CN110885423B - 一种齿销橡胶垫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及橡胶制造领域，更具体地，本发明涉及一种齿销橡胶垫及其制备方法。本发明第一个方面提供了一种齿销橡胶垫，按重量份计，其制备原料包括45～55份聚醚二元醇、30～40份二异氰酸酯、8～12份扩链剂、7～8份填料；所述聚醚二元醇包括聚醚二元醇A和聚醚二元醇B；所述聚醚二元醇A的数均分子量为650～1000；所述聚醚二元醇B的数均分子量为1000～2000。本发明提供的齿销橡胶垫机械性能和耐海水性能优异，延长了其使用寿命，可广泛应用于绞刀齿上。

Description

一种齿销橡胶垫及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶制造领域，更具体地，本发明涉及一种齿销橡胶垫及其制备方法。
背景技术
绞刀齿主要用于航道、岛礁、港口等进行疏浚施工的挖泥船上，安装在绞刀臂绞刀座上，均为水下作业，主要承担海底沙、岩石和硬质土的开挖任务，它是疏浚工程施工中广泛使用的量大、面广的配件。由于绞刀齿的特殊使用场合，需要用于绞刀齿的齿销橡胶垫具有一定的耐海水性以及机械强度，然而目前的齿销橡胶垫不能承受高承载、耐泥沙等的工况，在挖泥船领域，橡胶垫使用寿命短、不能够承受一定的磨损。
发明内容
针对现有技术中存在的一些问题，本发明第一个方面提供了一种齿销橡胶垫，按重量份计，其制备原料包括45～55份聚醚二元醇、30～40份二异氰酸酯、8～12份扩链剂、7～8份填料；所述聚醚二元醇包括聚醚二元醇A和聚醚二元醇B；所述聚醚二元醇A的数均分子量为650～1000；所述聚醚二元醇B的数均分子量为1000～2000。
作为本发明的一种优选技术方案，所述聚醚二元醇A和聚醚二元醇B的重量比为(0.8～1.2)：1。
作为本发明的一种优选技术方案，所述填料包括铝粉、二氧化硅、白炭黑、碳酸钙、二氧化钛、氧化锌中至少一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述填料为异氰酸酯基硅烷偶联剂改性的填料。
作为本发明的一种优选技术方案，所述异氰酸酯基硅烷偶联剂改性的填料中异氰酸酯基硅烷偶联剂和填料的重量比为(0.8～1.3)：1。
作为本发明的一种优选技术方案，所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯。
作为本发明的一种优选技术方案，所述芳香族二异氰酸酯包括对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中至少一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述扩链剂包括1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷中至少一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述聚醚二元醇包括聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化乙烯醚二醇、聚氧化丙烯醚二醇中至少一种。
本发明第二个方面提供了一种齿销橡胶垫的制备方法，其包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在100～120℃、真空环境下脱水1～3h；降温至70～90℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1～2h；通入氮气，降温至50～80℃，加入二异氰酸酯反应1～3h；加入填料，继续搅拌反应40～60min，降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过不同数均分子量的聚醚二元醇复配，使得齿销橡胶垫的机械性能和耐海水性能提高，同时对填料进行特定的改性和控制填料的加入顺序，一方面使得填料与橡胶之间更易结合，另一方面增大了橡胶的机械性能和耐海水性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式说明本发明，但不局限于以下给出的具体实施例。
本发明第一个方面提供了一种齿销橡胶垫，按重量份计，其制备原料包括45～55份聚醚二元醇、30～40份二异氰酸酯、8～12份扩链剂、7～8份填料。
在一种实施方式中，按重量份计，所述齿销橡胶垫的制备原料包括50份聚醚二元醇、35份二异氰酸酯、10份扩链剂、7.5份填料。
聚醚二元醇
聚醚二元醇也称为二羟基聚醚，俗称丙二醇聚醚，平均分子量为1000～4000。无色或淡黄色透明油状液体，稍有苦味。难溶于水，溶于乙二醇、甲苯等有机溶剂，可燃，无毒。
在一种实施方式中，所述聚醚二元醇包括聚醚二元醇A和聚醚二元醇B；所述聚醚二元醇A的数均分子量为650～1000；所述聚醚二元醇B的数均分子量为1000～2000。
优选地，所述聚醚二元醇B的数均分子量为1800。
在一种实施方式中，所述聚醚二元醇A和聚醚二元醇B的重量比为(0.8～1.2)：1。
优选地，所述聚醚二元醇A和聚醚二元醇B的重量比为1：1。
在一种实施方式中，所述聚醚二元醇包括聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化乙烯醚二醇、聚氧化丙烯醚二醇中至少一种。
优选地，所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇。
二异氰酸酯
脂肪族和脂环族二异氰酸酯(ADI)是一类具有-N＝C＝O官能团的特殊化学品，主要用作制造聚氨酯材料的原料。聚氨酯材料由二异氰酸酯与聚醚多元醇或聚酯多元醇经聚合而制得，具有不黄变和良好的应用性能，被广泛用作工业和汽车的聚氨酯涂料。
在一种实施方式中，所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯。
芳香族二异氰酸酯：芳香族二异氰酸酯是分子结构中含有苯环的二异氰酸醋，例如甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯等。
优选地，所述芳香族二异氰酸酯包括对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中至少一种；更优选地，所述芳香族二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
扩链剂
扩链剂又称链增长剂，是能与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质。常用于提高聚氨酯、聚酯等产品的力学性能和工艺性能。
在一种实施方式中，所述扩链剂包括1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷中至少一种。
优选地，所述扩链剂包括1,4-丁二醇和/或三羟甲基丙烷；进一步优选地，所述扩链剂包括1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷；进一步优选地，所述1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷的重量比为(8～14)：1；更优选地，所述1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷的重量比为10：1。
填料
在一种实施方式中，填料包括铝粉、二氧化硅、白炭黑、碳酸钙、二氧化钛、氧化锌中至少一种。
优选地，所述填料为白炭黑。
在一种实施方式中，所述白炭黑的粒径为4000～5000目；优选地，所述白炭黑的粒径为4500目。
优选地，所述白炭黑为异氰酸酯基硅烷偶联剂改性的白炭黑；进一步优选地，所述异氰酸酯基硅烷偶联剂改性的白炭黑中异氰酸酯基硅烷偶联剂和白炭黑的重量比为(0.8～1.3)：1；更优选地，所述异氰酸酯基硅烷偶联剂改性的白炭黑中异氰酸酯基硅烷偶联剂和白炭黑的重量比为1：1。
在一种实施方式中，所述异氰酸酯基硅烷偶联剂为3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷和/或异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷；优选地，所述异氰酸酯基硅烷偶联剂为3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷。
在一种实施方式中，所述异氰酸酯基改性的白炭黑的制备方法包括：将白炭黑和除水的四氢呋喃混合加入多级研磨胶体磨的模腔中，加入异氰酸酯基硅烷偶联剂，在频率70Hz下循环研磨10min，之后置于通风橱中使四氢呋喃挥发，即得。
本发明所述除水的四氢呋喃由四氢呋喃经钠丝蒸馏回流除水，使四氢呋喃的含水量降到1.17μg/10μL。
本发明中所述钠丝蒸馏回流除水过程本领域技术人员可作常规选择。
优选地，所述除水的四氢呋喃和异氰酸酯基硅烷偶联剂的重量比为(1.5～2.5)：1；更优选地，所述除水的四氢呋喃和异氰酸酯基硅烷偶联剂的重量比为1.8：1。
填料能够明显提高橡胶垫的物理机械性能，但是填料与橡胶间以强物理作用为主，填料与橡胶分子之间具有摩擦，同时填料与填料之间也存在摩擦，会造成一定的损耗，同时填料与橡胶之间的相容性差。本申请人发现使用特定的偶联剂对填料进行改性，特别是异氰酸酯基硅烷偶联剂对其改性，能够显著提高橡胶的机械性能和耐海水性。本申请人认为可能的原因是改性后的填料与橡胶之间相互作用，增大了其交联密度，同时异氰酸酯基硅烷偶联剂可以定向地对橡胶进行封端和交联，提高其耐海水性。
本发明第二个方面提供了一种齿销橡胶垫的制备方法，其包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在100～120℃、真空环境下脱水1～3h；降温至70～90℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1～2h；通入氮气，降温至50～80℃，加入二异氰酸酯反应1～3h；加入填料，继续搅拌反应40～60min，降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
在一种实施方式中，所述一种齿销橡胶垫的制备方法，其包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在110℃、真空环境下脱水2h；降温至80℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1.5h；通入氮气，降温至70℃，加入二异氰酸酯反应2h；加入填料，继续搅拌反应50min，降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
本发明中固化成型条件本领域技术人员可进行常规选择。
实施例
在下文中，通过实施例对本发明进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是示例的而非限制性的。如果没有其它说明，下面实施例所用原料都是市售的。
实施例1
本发明的实施例1提供了一种齿销橡胶垫，按重量份计，其制备原料包括45份聚醚二元醇、30份二异氰酸酯、8份扩链剂、7份填料。
所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇；所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量包括650和1000，购自华凯树脂源头厂家，其重量比为0.8：1；所述二异氰酸酯为为二苯基甲烷二异氰酸酯；所述扩链剂为1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷，其重量比为8：1；所述填料为3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷改性的白炭黑。
所述异氰酸酯基改性的白炭黑的制备方法包括：将白炭黑和除水的四氢呋喃混合加入多级研磨胶体磨的模腔中，加入3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在频率70Hz下循环研磨10min，之后置于通风橱中使四氢呋喃挥发，即得。
所述除水的四氢呋喃和异氰酸酯基硅烷偶联剂的重量比为1.8：1。
所述白炭黑粒径为4000目，购自灵寿县嘉源矿产品加工厂；所述3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷和白炭黑的重量比为0.8：1。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法，其包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在110℃、真空环境下脱水2h；降温至80℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1.5h；通入氮气，降温至70℃，加入二异氰酸酯反应2h；加入填料，继续搅拌反应50min，降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
实施例2
本发明的实施例2提供了一种齿销橡胶垫，按重量份计，其制备原料包括55份聚醚二元醇、40份二异氰酸酯、12份扩链剂、8份填料。
所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇；所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量包括650和2000，购自华凯树脂源头厂家，其重量比为1.2：1；所述二异氰酸酯为为二苯基甲烷二异氰酸酯；所述扩链剂为1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷，其重量比为14：1；所述填料为3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷改性的白炭黑。
所述异氰酸酯基改性的白炭黑的制备方法包括：将白炭黑和除水的四氢呋喃混合加入多级研磨胶体磨的模腔中，加入3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在频率70Hz下循环研磨10min，之后置于通风橱中使四氢呋喃挥发，即得。
所述除水的四氢呋喃和异氰酸酯基硅烷偶联剂的重量比为1.8：1。
所述白炭黑粒径为5000目，购自灵寿县嘉源矿产品加工厂；所述3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷和白炭黑的重量比为1.3：1。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法，其包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在110℃、真空环境下脱水2h；降温至80℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1.5h；通入氮气，降温至70℃，加入二异氰酸酯反应2h；加入填料，继续搅拌反应50min，降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
实施例3
本发明的实施例3提供了一种齿销橡胶垫，按重量份计，其制备原料包括50份聚醚二元醇、35份二异氰酸酯、10份扩链剂、7.5份填料。
所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇；所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量包括650和1800，购自华凯树脂源头厂家，其重量比为1：1；所述二异氰酸酯为为二苯基甲烷二异氰酸酯；所述扩链剂为1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷，其重量比为10：1；所述填料为3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷改性的白炭黑。
所述异氰酸酯基改性的白炭黑的制备方法包括：将白炭黑和除水的四氢呋喃混合加入多级研磨胶体磨的模腔中，加入3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在频率70Hz下循环研磨10min，之后置于通风橱中使四氢呋喃挥发，即得。
所述除水的四氢呋喃和异氰酸酯基硅烷偶联剂的重量比为1.8：1。
所述白炭黑粒径为4500目，购自灵寿县嘉源矿产品加工厂；所述3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷和白炭黑的重量比为1：1。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法，其包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在110℃、真空环境下脱水2h；降温至80℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1.5h；通入氮气，降温至70℃，加入二异氰酸酯反应2h；加入填料，继续搅拌反应50min，降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
实施例4
本发明的实施例4提供了一种齿销橡胶垫，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为650。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法其具体实施方式同实施例3。
实施例5
本发明的实施例5提供了一种齿销橡胶垫，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述聚四氢呋喃醚二醇的数均分子量为1800。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法其具体实施方式同实施例3。
实施例6
本发明的实施例6提供了一种齿销橡胶垫，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述填料为白炭黑，粒径为4500目，购自灵寿县嘉源矿产品加工厂。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法其具体实施方式同实施例3。
实施例7
本发明的实施例7提供了一种齿销橡胶垫，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述填料为二甲基二甲氧基硅烷改性的白炭黑。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法其具体实施方式同实施例3。
实施例8
本发明的实施例8提供了一种齿销橡胶垫，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷和填料的重量比为0.3：1。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法其具体实施方式同实施例3。
实施例9
本发明的实施例9提供了一种齿销橡胶垫，其具体实施方式同实施例3。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在110℃、真空环境下脱水2h；降温至80℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1.5h；通入氮气，降温至70℃，加入二异氰酸酯和填料反应2h50min；降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
实施例10
本发明的实施例10提供了一种齿销橡胶垫，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述扩链剂为1,4-丁二醇。
所述一种齿销橡胶垫的制备方法其具体实施方式同实施例3。
性能评估
1.邵氏硬度：实施例3得到的齿销橡胶垫的邵氏硬度按照GB/T 531.1-2008标准进行测试。
2.压缩强度：实施例1～10得到的齿销橡胶垫的压缩强度按照GB/T7757-2009标准进行测试。
3.静刚度：实施例3得到的齿销橡胶垫的静刚度按照GB/T 9870.1-2006标准进行测试。
4.动刚度：实施例1～10得到的齿销橡胶垫的动刚度按照GB/T 9870.1-2006标准进行测试；测试条件为预压3000N，振幅0.05mm，频率10Hz。
5.耐海水测试：实施例1～10得到的齿销橡胶垫的体积变化率按照GB/T1690-2006标准进行测试；实施例3得到的齿销橡胶垫的邵氏硬度按照GB/T531.1-2008标准进行测试；实施例3得到的齿销橡胶垫的压缩强度按照GB/T7757-2009标准进行测试；实施例3得到的齿销橡胶垫的静刚度和动刚度按照GB/T 9870.1-2006标准进行测试；所述动刚度测试条件为预压3000N，振幅0.05mm，频率10Hz。
表1
Figure BDA0002288682800000081
Figure BDA0002288682800000091
表2
Figure BDA0002288682800000092
从表1和表2的测试结果中可知本发明提供的齿销橡胶垫有着优异的机械性能和长时间的耐海水性，提高了齿销橡胶垫的实用性。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (3)

1.一种齿销橡胶垫，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括45～55份聚醚二元醇、30～40份二异氰酸酯、8～12份扩链剂、7～8份填料；所述聚醚二元醇包括聚醚二元醇A和聚醚二元醇B；所述聚醚二元醇A的数均分子量为650～1000；所述聚醚二元醇B的数均分子量为1000～2000；所述聚醚二元醇A和聚醚二元醇B的重量比为(0.8～1 .2)：1；所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇；所述扩链剂包括1 ,4-丁二醇和三羟甲基丙烷，重量比为(8～14)：1；所述填料为白炭黑，所述白炭黑为异氰酸酯基硅烷偶联剂改性的白炭黑，所述异氰酸酯基硅烷偶联剂改性的白炭黑中异氰酸酯基硅烷偶联剂和白炭黑的重量比为(0 .8～1 .3)：1，所述异氰酸酯基硅烷偶联剂为3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷；
所述齿销橡胶垫的制备方法，其包括：在装有搅拌器的烧瓶中加入聚醚二元醇，在100～120℃、真空环境下脱水1～3h；降温至70～90℃，加入扩链剂，在真空环境下脱水1～2h；通入氮气，降温至50～80℃，加入二异氰酸酯反应1～3h；加入填料，继续搅拌反应40～60min，降温后得到聚氨酯橡胶，将其放入模具中固化成型，即得。
2.根据权利要求1所述齿销橡胶垫，其特征在于，所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯。
3.根据权利要求2所述齿销橡胶垫，其特征在于，所述芳香族二异氰酸酯包括对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1 ,5-萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中至少一种。
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