CN111087663A - 一种耐磨丁腈橡胶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨丁腈橡胶组合物及其应用，该组合物包括按重量份计的以下组分：羧基丁腈橡胶100份，硫化剂0.5‑5份，氧化锌5‑10份，有机改性纳米二氧化硅3‑8份，硬脂酸1‑3份，促进剂1‑6份，防老剂0.5‑2份，炭黑30‑80份，固体古马隆树脂5‑15份。各组分搭配，能兼顾耐磨性、强度和延展性，用于泵车分体活塞制备，平均方量明显提高，大大提高了活塞的使用寿命，具有显著的应用价值。

Description

一种耐磨丁腈橡胶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，具体涉及一种耐磨丁腈橡胶组合物及其应用。
背景技术
混凝土泵工作过程中，利用活塞在缸体内的往复运动，使混凝土通过管路连续压送到浇筑工作面，由于活塞是与混凝土接触且直接推动混凝土做功受力的部件，要承受混凝土的压力和撞击，极易造成磨损。
丁腈橡胶(NBR)由丁二烯和丙烯腈聚合得到，具有较好的耐油、耐热性和耐磨性，是制作泵送活塞的典型材料。丁腈橡胶根据其丙烯腈含量的不同，分为超高、高、中高、中和低丙稀腈5类，随着丙烯腈含量的增加，耐油性和强度增加，但是延展性和耐寒性下降，而活塞材料的耐磨性与上述两方面的性能均有关联。基于上述矛盾，现有丁腈橡胶的耐磨性有限，使用寿命偏短，一般在一万方以下。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，第一方面，提出一种耐磨丁腈橡胶组合物，提高强度和耐磨性，保证胶料延展性。
根据本发明实施例的耐磨丁腈橡胶组合物，包括按重量份计的以下组分：
羧基丁腈橡胶100份，硫化剂0.5-5份，氧化锌5-10份，有机改性纳米二氧化硅3-8份，硬脂酸1-3份，促进剂1-6份，防老剂0.5-2份，炭黑30-80份，固体古马隆树脂5-15份。
根据本发明实施例的耐磨丁腈橡胶组合物，至少具有如下有益效果：
利用羧基丁腈优良的耐磨耗性和高强度性能，提升胶料的强度和磨耗性能，有机改性纳米二氧化硅分散性好，优选采用含氨基、不饱和键等能与羧基丁腈橡胶反应的有机改性剂，提高界面结合力和分散稳定性，在起到增强作用的同时，能很好地保证橡胶的延展性。固体古马隆树脂起增粘、补强和软化作用，与炭黑、有机改性纳米二氧化硅具有协同增强作用。由于具有上述特性，将该组合物用于泵车分体活塞制备，平均方量明显提高，大大提高了活塞的使用寿命，具有显著的应用价值。
优选的，所述羧基丁腈橡胶中，丙烯腈含量为25-35％。
优选的，所述硫化剂为过氧化二异丙苯(DCP)。
优选的，所述有机改性纳米二氧化硅采用粒径为50-150nm的纳米二氧化硅经有机改性制成。
优选的，所述有机改性纳米二氧化硅为KH570改性的纳米二氧化硅，优选的改性方法如下：
将纳米二氧化硅分散在乙醇溶液中，超声分散，制成分散液，将KH570溶解于乙醇中，调节pH为3-4，加入所述分散液混合，在60-70℃回流反应10h以上，抽滤，洗涤，干燥，研磨，得到有机改性纳米二氧化硅。
优选的，还包括偶联剂KH550和/或KH570,含量优选为3-5份。
优选的，所述促进剂采用促进剂DM和促进剂CZ按重量比为0.5-2：0.5-2复配。
优选的，所述防老剂为防老剂RD。
第二方面，提供上述耐磨丁腈橡胶组合物在橡胶活塞中的应用。
第三方面，提供一种橡胶活塞，包括芯层和表层，所述表层采用上述耐磨丁腈橡胶组合物制成。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例作进一步地详细描述。此处所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，不能理解为对本申请保护范围的限制。
本发明实施例的耐磨丁腈橡胶组合物，包括以下组分，按重量份计：
羧基丁腈橡胶100份，硫化剂0.5-5份，氧化锌5-10份，有机改性纳米二氧化硅3-8份，硬脂酸1-3份，促进剂1-6份，防老剂0.5-2份，炭黑30-80份，固体古马隆树脂5-15份。
其中，羧基丁腈优良的耐磨耗性和高强度性能，可提升胶料的强度和磨耗性能。本配方体系中，羧基丁腈橡胶的丙烯腈含量优选为25-35％，保证较好的韧性，在此基础上，用有机改性纳米二氧化硅、固体古马隆树脂和炭黑进行补强，在保证延展性的基础上，提高强度。有机改性纳米二氧化硅优选采用含氨基(例如KH550)、不饱和键(例如KH570)等能与羧基丁腈橡胶反应的有机改性剂，提高界面结合力和分散稳定性，在起到增强作用的同时，能很好地保证橡胶的延展性。在有机改性的基础上，也可额外在体系中添加上述反应型偶联剂。例如，具体实施例中，先用少量KH570对纳米二氧化硅进行改性，同时组合物中另外添加了KH550，将KH570预先包覆在纳米二氧化硅表面，提高稳定性，避免在加工过程中受热损失，在后续密炼和硫化过程中，KH570的双键可参与硫化反应，KH550一端的氨基与羧基丁腈橡胶的羧基反应，另一端可与填料表面结合或相互缩合在交联体系中形成互传网络结构，二者作用相互促进，提高橡胶的分子量和交联度，并使纳米二氧化硅稳定分散在交联网络中，显著提高耐磨性和强度。
优选的，用KH570对二氧化硅的改性方法如下：
将纳米二氧化硅分散在乙醇溶液中，超声分散，制成0.5-2％的分散液，将KH570溶解于乙醇中，调节pH为3-4，加入所述分散液混合，在60-70℃回流反应10h以上，抽滤，洗涤，干燥，研磨，得到有机改性纳米二氧化硅。KH570的用量优选不超过纳米二氧化硅重量的1％，利于后续加工过程中，KH550与纳米二氧化硅表面结合。
纳米二氧化硅粒径为50-150nm，过细容易团聚，难以在其表面充分接枝改性剂，过粗则表面效应不明显，影响胶料延展性。
固体古马隆树脂起增粘、补强和软化作用，与炭黑、有机改性纳米二氧化硅具有协同增强作用。
硫化剂优选为DCP，与硫磺相比，采用过氧化物交联可获得更高的拉伸强度和韧性。
氧化锌和硬脂酸为活化剂，促进剂优选采用促进剂DM和促进剂CZ按重量比为0.5-2：0.5-2复配，可大大缩短硫化时间。
所述防老剂为防老剂RD，在本体系中，防老剂RD较之防老剂MB等其他防老剂而言，能更好地防止胶料老化。
以下通过示例性实施例对本发明进行详细的说明，其中，羧基丁腈橡胶1072，丙烯腈含量27％，购自南帝化工；DCP购自阿克苏，含量96％；氧化锌购自湘吉化工；硬脂酸购自长沙鹏飞化工；促进剂DM、促进剂CZ、防老剂RD购自浙东橡胶；炭黑购自上海禹鹤贸易；固体古马隆树脂购自武汉中南物资公司。
实施例1-3
有机改性纳米二氧化硅的制备方法如下：将纳米二氧化硅(平均粒径100nm)分散在乙醇溶液中，超声分散，制成0.5％的分散液，将KH570溶解于乙醇中，调节pH为3-4，加入所述分散液混合，使KH570用量为纳米二氧化硅重量的0.5％，在65℃回流反应15h，抽滤，干燥，研磨，得到有机改性纳米二氧化硅。
按表1的配方分别称取各组分，密炼混合，制成胶料。
表1(重量份)
实施例1 实施例2 实施例3
羧基丁腈橡胶 100 100 100
有机改性纳米二氧化硅 5 8 3
DCP 1 1 1
氧化锌 5.5 7 4
硬脂酸 2.1 2.5 1.5
促进剂DM 0.7 1 1.2
促进剂CZ 1.3 1 0.9
防老剂RD 0.5 1.2 1
KH550 3 5 3
炭黑 70 80 60
固体古马隆 10 12 8
对比例1
与实施例1相比，区别在于，将羧基丁腈橡胶1072替换为进口丁腈橡胶JSR240，丙烯腈含量26％。
对比例2
与实施例1相比，区别在于，纳米二氧化硅未改进。
按表2的测试项目将各实施例和对比例的胶料压制成测试样条(方量除外)，硫化条件为140-160℃/30-60min，每组样品的每个测试项目至少平行测试5根样条。方量测试条件为：将每组样品制成活塞，安装在车载泵上现场试用，每个样品试用活塞数为10个以上，取平均值。测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002346753350000061
由以上结果可知，本实施例的橡胶组合物可以兼顾耐磨性、强度和延展性，其中方量测试在作业条件较为苛刻的车载泵上进行，泵送距离高达上百米，对活塞性能要求很高，市面上的活塞很难超过1万方，本实施例平均方量明显提高，所测试活塞的最高方量可达3万方以上，大大提高了活塞的使用寿命。与丙烯腈含量接近的进口丁腈橡胶相比，羧基丁腈橡胶各方面性能均有显著改善，且二氧化硅的表面改性对性能有显著影响。
在实际使用中，可以采用现有材料为芯层，将本实施例的组合物包覆在该芯层的外表面，制成橡胶活塞，在保证使用性能的基础上有效降低成本。

Claims (10)

1.一种耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，包括按重量份计的以下组分：
羧基丁腈橡胶100份，硫化剂0.5-5份，氧化锌5-10份，有机改性纳米二氧化硅3-8份，硬脂酸1-3份，促进剂1-6份，防老剂0.5-2份，炭黑30-80份，固体古马隆树脂5-15份。
2.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，所述羧基丁腈橡胶中，丙烯腈含量为25-35％。
3.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，所述硫化剂为DCP。
4.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，所述有机改性纳米二氧化硅采用粒径为50-150nm的纳米二氧化硅经有机改性制成。
5.根据权利要求1或4所述的耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，所述有机改性纳米二氧化硅为KH570改性的纳米二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，还包括偶联剂KH550和/或KH570。
7.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，所述促进剂采用促进剂DM和促进剂CZ按重量比为0.5-2：0.5-2复配。
8.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD。
9.权利要求1至8任一项所述的耐磨丁腈橡胶组合物在橡胶活塞中的应用。
10.一种橡胶活塞，其特征在于，包括芯层和表层，所述表层采用权利要求1至8任一项所述的耐磨丁腈橡胶组合物制成。
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