CN111320821A - 一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料及其制备方法，本发明的海绵材料采用如下重量配比的组分制成：生胶基体100份，炭黑20‑50份，增塑剂50‑100份，无机填料100‑200份，硫化剂1‑3份，发泡剂15‑30份，硫化促进剂5‑10份，活化剂5‑10份，氧化钙5‑10份，所述生胶基体为三元乙丙橡胶，其乙烯含量为40‑55%，门尼粘度（ML(1+4)125℃）为40‑80，第三单体ENB含量为7‑10%。本发明的低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料具有密度轻、表面光滑，具有优异的耐候性、耐臭氧性和耐寒性，其制备方法操作简便，成本低廉，可应用于管道或建筑保温、健身产品等领域。
Description
技术领域
本发明属于海绵密封保温材料技术领域，具体涉及一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料及其制备方法。
背景技术
海绵密封保温材料由于其密度小、质量轻、保温性好等特点广泛用于汽车密封材料和金属管道保温材料。常用的橡塑海绵保温材料多为丁腈橡胶（NBR）和聚氯乙烯（PVC）橡塑共混物，该橡塑海绵材料具有柔软、耐屈挠阻燃性能好等特点。但NBR脆性温度为-10~-20℃，而三元乙丙橡胶（EPDM）脆性温度为-40~-60℃，耐寒性远好于NBR，同时EPDM的耐臭氧老化、耐候性和耐酸碱性都好于NBR，且EPDM耐热性较好。采用EPDM制备低密度（≤0.1g/cm-3）海绵保温材料具有良好的耐高低温、耐臭氧性、耐候性和耐酸碱等优点。
但目前常用三元乙丙橡胶海绵材料的表面密度一般在0.5-0.7g/cm-3，一般用在汽车密封等领域，但是此表面密度0.5-0.7g/cm-3的EPDM海绵由于比重较高，不适合用在管道或者建筑保温，健身产品等。
中国专利CN 109651642A公开了一种止水海绵胶料及其制备方法和密封条与其制备方法及汽车，其止水海绵胶料采用过三元乙丙橡胶V8600及萜烯树脂、溴化丁基橡胶和AC发泡剂的并用，可获得低密度、低阻尼、高粘性特性的胶料，可使其具有良好的止水性能，而能够很好的应用于密封条产品中，以提升密封条的使用品质；但制备的止水海绵胶料的密度为0.3-0.6 g/cm-3，比重较高，不适合用于管道或建筑保温、健身产品等领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料及其制备方法，海绵材料密度轻、表面光滑，具有优异的耐候性、耐臭氧性和耐寒性，其制备方法操作简便，成本低廉，应用于管道或建筑保温、健身产品等领域。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，由如下重量份的原料制备而成：
生胶基体 100份
炭黑 20-50份
增塑剂 50-100份
无机填料 100-200份
硫化剂 1-3份
发泡剂 15-30份
硫化促进剂 5-10份
活化剂 5-10份
氧化钙 5-10份。
其中，所述生胶基体为三元乙丙橡胶，其乙烯含量为40-55%，门尼粘度（ML(1+4)125℃）为40-80，第三单体ENB含量为7-10%；所述硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫代二苯并噻唑、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二甲基二硫代氨基甲酸锌、四硫化双五亚甲基秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸碲、二苯胍、2-硫醇基咪唑啉的混合物。
优选的，所述增塑剂为石蜡油。
优选的，所述无机填料为滑石粉、碳酸钙和高岭土的混合物。
更优选的，所述滑石粉、碳酸钙和高岭土的质量比为8-25:3-4:3-4。
优选的，所述硫化剂为硫磺。
优选的，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
优选的，所述活化剂为活性氧化锌与硬脂酸的混合物。
更优选的，所述活性氧化锌与硬脂酸的重量比为5:2-4:1。
本发明的另一个目的是提供一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、密炼机通水冷却，模腔清洗干净，温度降到60-70℃时加入三元乙丙橡胶混炼30-60s，后加入橡胶活化剂、发泡剂、炭黑、增塑剂和无机填料，混炼2-4min，后温度升到100-120℃时，加入氧化钙，混炼30s，待温度达到130-150℃排料。
步骤二、将步骤一制备的胶料冷却至80℃以下，使用开炼机混炼，加入硫化剂和促进剂，薄通下片冷却至室温。
步骤三、将步骤二制备的混炼胶用挤出机进行连续挤出胶片，其挤出机的挤出压力为190-230kg，挤出温度为40-65℃，挤出转速为2-3.5rpm。
步骤四、步骤三挤出的半成品进入微波硫化装置和热空气硫化槽，在微波功率为2-5kw和微波温度180-220℃，热空气180-220℃条件下复合硫化成型。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明的生胶基体为三元乙丙橡胶，其乙烯含量为40-55%，弹性高，杂质少；门尼粘度为60-73，挺性好，有利于海绵混炼胶的定型；第三单体乙叉降冰片烯（ENB）含量为7-10%，高乙叉降冰片烯含量使胶料硫化速度快，有利于挤出表面迅速结皮，提高表面光滑度。
（2）偶氮二甲酰胺发泡剂（ADC）发气量较高，为易分散且不易逸出，但其分解温度范围小，一般EPDM海绵挤出硫化温度为220-250℃，本发明控制硫化温度在180-220℃，可防止气体逸出，得到泡孔均匀的海绵材料。
（3）本发明采用滑石粉、碳酸钙和高岭土的混合物为无机填料，滑石粉和高岭土不仅可作为化学发泡成型中成核剂，在溶体中可充当低势能点的作用，而且此材料价格低廉，成本较低。
（4）通过本发明的硫化剂和发泡剂的配比，高温时首先硫化剂S在活化剂和促进剂作用下使橡胶基体快速交联硫化，形成三维网状结构，使材料表面快速结皮，防止发泡剂分解出的气体逸出和突发性分解，随着硫化时间增加，硫化形成稳定的网络结构，随之海绵气孔稳定、表面光滑，结皮厚。
（5）本发明以三元乙丙橡胶为生胶基体加入无机填料（滑石粉、碳酸钙与高岭土），硫化促进剂为 2-硫醇基苯并噻唑、二硫代二苯并噻唑、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二甲基二硫代氨基甲酸锌、四硫化双五亚甲基秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸碲、二苯胍、2-硫醇基咪唑啉的混合物，配以本发明硫化剂和发泡剂的比例，在180-220℃挤出自由发泡，获得的低密度海绵材料密度≤0.1g/cm-3，表面光滑，海绵泡孔均匀，同时具有优异的耐臭氧老化、耐寒性和耐候性，良好的耐热性能，本发明的制备方法工艺简单，生产效率高，可以替代NBR/PVC橡塑海绵应用于管道保温材料和密封材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，由如下重量份的原料制备而成：三元乙丙橡胶100份，炭黑30份，石蜡油30份，无机填料150份，硫磺1.5份，偶氮二甲酰胺30份，硫化促进剂5份，活性氧化锌5份，硬脂酸2份，氧化钙5份。
其中，三元乙丙橡胶的乙烯含量为40-55%，门尼粘度为60-73，第三单体ENB含量为7-10%。
无机填料为滑石粉、碳酸钙和高岭土的混合物，其三者的质量比为4:1:1。
硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑1.2份、二硫代二苯并噻唑1份、二丁基二硫代氨基甲酸锌0.5份、二甲基二硫代氨基甲酸锌0.5份、四硫化双五亚甲基秋兰姆0.3份、二乙基二硫代氨基甲酸碲0.2份、二苯胍0.3份、2-硫醇基咪唑啉1份。
一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、密炼机通水冷却，模腔清洗干净，温度降到60℃加入EPDM生胶，混炼30s，后加入橡胶活化剂、发泡剂ADC、炭黑、石蜡油和无机填料，混炼2min，后温度升到100℃时，加入氧化钙混炼30s，待温度达到130℃排料。
步骤二、将步骤一制备的胶料冷却至80℃，使用开炼机混炼，加入硫化剂和硫化促进剂，薄通下片冷却至室温。
步骤三、将步骤二制备的混炼胶用挤出机进行连续挤出胶片，其挤出机的挤出压力为190kg，挤出温度为45℃，挤出转速为2rpm。
步骤四、步骤三挤出的半成品进入微波硫化装置和热空气硫化槽，在微波功率为3kw和微波温度180℃，热空气180℃条件下复合硫化成型。
实施例2
一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，由如下重量份的原料制备而成：三元乙丙橡胶100份，炭黑30份，石蜡油30份，无机填料100份，硫磺1.5份，偶氮二甲酰胺30份，硫化促进剂5份，活性氧化锌5份，硬脂酸2份，氧化钙5份。
三元乙丙橡胶的乙烯含量为40-55%，门尼粘度（ML(1+4)125℃）为60-73，第三单体ENB含量为7-10%。
无机填料为滑石粉、碳酸钙和高岭土的混合物，其三者的质量比为4:1:1。
硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑1.2份、二硫代二苯并噻唑1份、二丁基二硫代氨基甲酸锌0.5份、二甲基二硫代氨基甲酸锌0.5份、四硫化双五亚甲基秋兰姆0.3份、二乙基二硫代氨基甲酸碲0.2份、二苯胍0.3份、2-硫醇基咪唑啉1份。
一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，包括以下步骤：
步骤一、密炼机通水冷却，模腔清洗干净，温度降到60℃加入EPDM生胶，混炼30s，后加入橡胶活化剂、发泡剂ADC、炭黑、石蜡油和无机填料，混炼2min，后温度升到100℃时，加入氧化钙混炼30s；待温度达到130℃排料。
步骤二、将步骤一制备的胶料冷却至80℃，使用开炼机混炼，加入硫化剂和促进剂，薄通下片冷却至室温。
步骤三、将步骤二制备的混炼胶用挤出机进行连续挤出胶片，其挤出机的挤出压力为190kg，挤出温度为45℃，挤出转速为2rpm。
步骤四、步骤三挤出的半成品进入微波硫化装置和热空气硫化槽，在微波功率为3kw和微波温度200℃，热空气200℃条件下复合硫化成型。
实施例3
一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，由如下重量份的原料制备而成：三元乙丙橡胶100份，炭黑30份，石蜡油30份，无机填料170份，硫磺1.5份，偶氮二甲酰胺30份，硫化促进剂7份，活性氧化锌7份，硬脂酸2份，氧化钙5份。
三元乙丙橡胶的乙烯含量为40-55%，门尼粘度（ML(1+4)125℃）为60-73，第三单体ENB含量为7-10%。
无机填料为滑石粉、碳酸钙和高岭土的混合物，其三者的质量比为4:1:1。
硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑1.2份、二硫代二苯并噻唑1份、二丁基二硫代氨基甲酸锌1份、二甲基二硫代氨基甲酸锌1份、四硫化双五亚甲基秋兰姆0.5份、二乙基二硫代氨基甲酸碲0.5份、二苯胍0.3份、2-硫醇基咪唑啉1.5份。
一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、密炼机通水冷却，模腔清洗干净，温度降到60℃加入EPDM生胶，混炼30s；后加入橡胶活化剂、发泡剂ADC、炭黑、石蜡油和无机填料，混炼2min；后温度升到100℃时，加入氧化钙混炼30s，待温度达到130℃排料。
步骤二、将步骤一制备的胶料冷却至80℃，使用开炼机混炼，加入硫化剂和促进剂，薄通下片冷却至室温。
步骤三、将步骤二制备的混炼胶用挤出机进行连续挤出胶片，其挤出机的挤出压力为190kg，挤出温度为60℃，挤出转速为2rpm。
步骤四、步骤三挤出的半成品进入微波硫化装置和热空气硫化槽，在微波功率为5kw和微波温度180℃，热空气180℃条件下复合硫化成型。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：三元乙丙橡胶的第三单体ENB含量为4-6%。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：硫化促进剂仅为2-硫醇基苯并噻唑。
将实施例1-3和对比例1-2进行相关性能测试，密度根据GB/T533-2008进行测试，测试结果如表1所示：
表1 性能测试结果表
从上表的数据中可以看出，本发明的三元乙丙橡胶海绵密封材料具有表皮光滑，泡孔均匀，密度低等优点。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，其特征在于：由如下重量份的原料制备而成：
生胶基体 100份
炭黑 20-50份
增塑剂 50-100份
无机填料 100-200份
硫化剂 1-3份
发泡剂 15-30份
硫化促进剂 5-10份
活化剂 5-10份
氧化钙 5-10份；
其中，所述生胶基体为三元乙丙橡胶，其乙烯含量为40-55%，门尼粘度（ML(1+4)125℃）为40-80，第三单体ENB含量为7-10%；
所述硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫代二苯并噻唑、二丁基二硫代氨基甲酸锌、二甲基二硫代氨基甲酸锌、四硫化双五亚甲基秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸碲、二苯胍、2-硫醇基咪唑啉的混合物。
2.根据权利要求1所述的低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，其特征在于：所述增塑剂为石蜡油。
3.根据权利要求1所述的低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，其特征在于：所述无机填料为滑石粉、碳酸钙和高岭土的混合物。
4.根据权利要求3所述的低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，其特征在于：所述滑石粉、碳酸钙和高岭土的质量比为8-25:3-4:3-4。
5.根据权利要求1所述的低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，其特征在于：所述硫化剂为硫磺。
6.根据权利要求1所述的低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，其特征在于：所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
7.根据权利要求1所述的低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料，其特征在于：所述活化剂为活性氧化锌与硬脂酸的混合物。
8.根据权利要求7所述的低密度三元乙丙橡胶基础海绵材料，其特征在于：所述活性氧化锌与硬脂酸的重量比为5:2-4:1。
9.一种低密度三元乙丙橡胶挤出海绵材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、密炼机通水冷却，模腔清洗干净，温度降到60-70℃时加入三元乙丙橡胶混炼30-60s，后加入橡胶活化剂、发泡剂、炭黑、增塑剂和无机填料，混炼2-4min，后温度升到100-120℃时，加入氧化钙，混炼30s，待温度达到130-150℃排料；
步骤二、将步骤一制备的胶料冷却至80℃以下，使用开炼机混炼，加入硫化剂和促进剂，薄通下片冷却至室温；
步骤三、将步骤二制备的混炼胶用挤出机进行连续挤出胶片，其挤出机的挤出压力为190-230kg，挤出温度为40-65℃，挤出转速为2-3.5rpm；
步骤四、步骤三挤出的半成品进入微波硫化装置和热空气硫化槽，在微波功率为2-5kw和微波温度180-220℃，热空气180-220℃条件下复合硫化成型。
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