CN111793286B - 三元乙丙橡胶改性材料及其制备方法 - Google Patents

三元乙丙橡胶改性材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三元乙丙橡胶改性材料及其制备方法，其组分包括母胶，且母胶包括以下组分，三元乙丙橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、双(邻苯基‑苯甲酰胺)二硫化物和乙烯基三甲氧基硅烷。本发明所述的三元乙丙橡胶改性材料，制备的母胶可实现三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶的融合，母胶应用于制备三元乙丙橡胶改性材料，可使制备的材料适用于制备排气管吊挂产品，且可满足耐温性能要求，并可大大降低成本，具有较好的实用性。

Description

三元乙丙橡胶改性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，特别涉及一种三元乙丙橡胶改性材料。同时，本发明还涉及一种该三元乙丙橡胶改性材料的制备方法。
背景技术
排气系统是现代汽车上的重要总成之一，对净化废气排放、吸收发动机排气激励噪声具有十分重要的作用。吊挂作为排气系统的承重与隔振部件，起到悬挂排气系统和把来自于排气系统的激励与车身隔离的作用。
随着车身轻母化设计、发动机前置、前轮驱动以及平衡性较差的四缸发动机的普遍采用，排气系统激励引起的车内振动与噪声问题在新开发车型中较为常见，并直接影响到用户对汽车产品的满意度。因此如何开发出高性能的吊挂对隔离排气系统激励、优化整车NVH性能具有重要的作用。
吊挂的基本使用性能要求是：具有合理的动、静刚度，能够支撑排气系统的同时隔离其振动激励；应具有足够高温环境下的强度和使用寿命，以保证其使用可靠性。
现有汽车排气管吊挂产品使用橡胶材质主要分为两类：第一类是EPDM材料，基于现有汽车大部分均为涡轮增压式及大排量发动机，尤其是在城市路况，使用EPDM材料，耐高温性无法满足要求。第二类是MVQ材料，但其相比EPDM材料，成本是EPDM材料的2.5倍左右，会大大增加成本。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种三元乙丙橡胶改性材料，以满足耐温性能要求且可降低成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种三元乙丙橡胶改性材料，包括以下组分：
母胶，所述母胶包括以下重量比的组分：
三元乙丙橡胶：40-60份；
甲基乙烯基硅橡胶：40-60份；
双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物：0.25-0.5份；
乙烯基三甲氧基硅烷：3-5份。
进一步的，包括以下重量比的组分：
母胶：30-50份；
三元乙丙橡胶：50-80份；
氧化锌：3-5份；
硬脂酸：0.5-2份；
补强剂：20-60份；
软化增塑剂：5-15份；
硫化剂：3-5份；
助交联剂：1-3份；
防老剂：1-5份。
进一步的，所述补强剂包括以下重量比的组分：
炭黑N550：10-30份；
白炭黑：10-30份；
进一步的，所述防老剂包括以下重量比的组分：
2-巯基苯并咪唑：0.5-3份；
2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体：0.5-2份；
进一步的，所述软化增塑剂采用石蜡油。
进一步的，所述硫化剂采用2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。
进一步的，所述助交联剂采用三烯丙基异氰脲酸酯。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的三元乙丙橡胶改性材料，通过选用合理的组分，且各组分之间选择合适的配比，各组分之间相互辅助和配合，制备的母胶可实现三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶的均匀融合，母胶应用于制备三元乙丙橡胶改性材料，可使制备的材料适用于制备排气管吊挂产品，且可满足耐温性能要求，并可大大降低成本，具有较好的实用性。
本发明的另一目的在于提出一种如上所述的三元乙丙橡胶改性材料的制备方法，所述母胶的制备包括以下制备步骤：
S1：采用密炼机密炼，包括如下参数：
初始温度：60-80℃；转子转速：60-80rpm；填充系数：0.6-0.8；
S2：采用开炼机开炼，包括如下参数：
初始温度：60℃以下；初始时间：13-15min。
进一步的，包括以下制备步骤：
S1：采用密炼机密炼，包括如下参数：
初始温度：60-80℃；转子转速：60-80rpm；填充系数：0.6-0.8；
S2：采用开炼机开炼，包括如下参数：
初始温度：60℃以下；初始时间：13-15min。
进一步的，
密炼所述母胶的加料顺序如下：先加入三元乙丙橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物，20S后再加入乙烯基三甲氧基硅烷。
密炼所述三元乙丙橡胶改性材料的加料顺序如下：先加入母胶和三元乙丙橡胶，1-3min后再加入氧化锌、硬脂酸、助交联剂和防老剂，1-3min后最后加软化塑化剂和补强剂，开炼过程中加入硫化剂。
本发明所述的三元乙丙橡胶改性材料的制备方法，通过制定合适的工艺步骤、合适的工艺参数以及合适的加料顺序，可使制备的三元乙丙橡胶改性材料具有较好的耐高温性能。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
本实施例涉及一种三元乙丙橡胶改性材料，以及该三元乙丙橡胶改性材料的制备方法。在三元乙丙橡胶改性材料的各组分中，其中母胶是实现三元乙丙橡胶改性材料性能的关键。
为了便于较好的理解本实施例，以下先对母胶的制备过程中进行说明。母胶主要应用的组分包括三元乙丙橡胶(EPDM)40-60份、甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)40-60份、双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物(Peptor 3S)0.25-0.5份和乙烯基三甲氧基硅烷3-5份。
以上组分中，三元乙丙橡胶优选采用低门尼三元乙丙橡胶，甲基乙烯基硅橡胶优选采用高硬度、高门尼沉淀法甲基乙烯基硅橡胶，双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物作为相容剂应用，其生产厂家可为日本川口化学工业株式会社生产的产品，而乙烯基三甲氧基硅烷作为偶联剂应用。
选用以上的组分和配比，主要是将三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶在双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物作用下进行混炼，并添加乙烯基三甲氧基硅烷进行偶联化，使两种材料进行均匀混合，并在乙烯基三甲氧基硅烷作用下使三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶中二氧化硅形成结合键，并将此材料作为制备三元乙丙橡胶改性材料的母胶。
以下先结合表1对母胶的各制备例进行简要说明。
表1母胶制备例
Figure BDA0002540020670000041
母胶的制备过程如下：
S1：采用密炼机密炼，包括如下参数：
初始温度：60-80℃；转子转速：60-80rpm；填充系数：0.6-0.8；
该步骤中：密炼母胶的加料顺序如下：先加入三元乙丙橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物，20S后落上顶栓，1-3min最佳2min后打开上顶栓，再加入乙烯基三甲氧基硅烷，20S后再落上顶栓，于155℃下保持2min，后可再次打开上顶栓排料。
S2：采用开炼机开炼，包括如下参数：
初始温度：60℃以下；初始时间：13-15min。开炼的顺序如下：加入胶料(辊距控制在0.4mm)，待各组分混合均匀之后左三刀、右三刀，接着打三角包5次(辊距为0.2mm)，最后下片(辊距为2.0mm)。
接下来对三元乙丙橡胶改性材料的组分进行说明，其包括母胶30-50份，最佳用量30-40份；三元乙丙橡胶50-80份，最佳用量60-80份；氧化锌3-5份；硬脂酸0.5-2份；补强剂20-60份；软化增塑剂5-15份，最佳用量8-12份；硫化剂3-5份，最佳用量2.8-4.5份；助交联剂1-3份，最佳用量2-2.5份；防老剂1-5份。
以上组分中，三元乙丙橡胶优选高门尼三元乙丙橡胶；氧化锌可作为补强剂应用，以使橡胶具有良好的耐腐蚀性、抗撕裂性和弹性；硬脂酸作为乳化剂，可有效提高组分之间的相容性。
补强剂包括炭黑N550：10-30份，且其还可选优N500系列其他型号，或可选用N660、N774、N990等；补强剂还包括白炭黑10-30份，且白炭黑优选沉淀法白炭黑，可更好的补强三元乙丙橡胶，同时也可与甲基乙烯基硅橡胶有更好的相容性和补强性。
防老剂包括2-硫醇基苯骈咪(MB)0.5-3份，和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(RD)0.5-2份；软化增塑剂优选采用石蜡油，且优选采用高闪点石蜡油，可在保证混炼胶加工工艺特性同时，提升混炼胶耐热性；硫化剂优选采用2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷，以有效使三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶共硫化，并提高硫化产品耐热性和机械强度；助交联剂优选采用三烯丙基异氰脲酸酯，其可有效使三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶共硫化。
以下结合表2对三元乙丙橡胶改性材料的各制备例及其试验情况进行说明：
表2三元乙丙橡胶改性材料制备例
Figure BDA0002540020670000061
由表2可以看出，随着母胶用量的增加，制备的三元乙丙橡胶改性材料耐温性能增加，强度、断裂伸长率明显降低。在此需要说明的是，三元乙丙橡胶长期使用环境温度为120℃左右，甲基乙烯基硅橡胶材料长期使用环境温度可保证在200℃以上，而排气管周边温度可达到175℃左右，因此现有的三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶并不适用于汽车排气管吊挂产品，而本实施例中用40份母胶制作汽车排气管吊挂材料为最佳比例，相比现有三元乙丙橡胶，可将汽车排气管吊挂产品长期使用环境温度从120℃提升至170℃，而相比使用甲基乙烯基硅橡胶材料成本可降低45％。
本实施例的三元乙丙橡胶改性材料的制备步骤如下：
S1：采用密炼机密炼，其型号可选用容积为500L的啮合式密炼机，包括如下参数：
初始温度：60-80℃，最佳温度70℃；转子转速：60-80rpm，最佳转速70rpm，最佳转速；填充系数：0.6-0.8，最佳为0.7；
该步骤中：密炼三元乙丙橡胶改性材料的加料顺序如下：先加入母胶和三元乙丙橡胶，20S后落上顶栓，1-3min最佳2min后再打开上顶栓、加入氧化锌、硬脂酸、助交联剂和防老剂，20S后落上顶栓，50S后打开上顶栓，20S后加入软化塑化剂和补强剂，于155℃下保持1-3min最佳2min后打开上顶栓排料。
S2：将步骤S1半成品采用开炼机开炼，包括如下参数：
初始温度：60℃以下；初始时间：13-15min，最佳为14min。开炼的顺序如下：加入胶料，再加入硫化剂(辊距控制在0.4mm)，待各组分混合均匀之后左三刀、右三刀，接着打三角包5次(辊距为0.2mm)，最后下片(辊距为2.0mm)。
本实施例在母胶制备时优选采用高门尼，中、高乙烯含量三元乙丙橡胶和高门尼沉淀法甲基乙烯基硅橡胶，且在三元乙丙橡胶改性材料制备时优选采用低门尼三元乙丙橡胶，可较好的满足减震及隔振特性要求。
本实施的三元乙丙橡胶改性材料，通过门尼相近三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶在双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物的作用下进行均匀混合，同时在乙烯基三甲氧基硅烷耦合作用下，在三元乙丙橡胶材料和甲基乙烯基硅橡胶中与沉淀法白炭黑材料配合而形成稳定的结合键，最终制成三元乙丙橡胶-偶联剂-沉淀法白炭黑-甲基乙烯基硅橡胶的共混材料。
此外，本实施例的三元乙丙橡胶改性材料是在现有生产技术的基础上，通过使用特种的相容剂、偶联剂、特定参数的三元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶材料作为母胶，从而开发出三元乙丙橡胶改性材料，使制备的材料在保证原有特性的同时，可提升长期工作环境温度，满足排气管吊耳工作环境要求，并可延长产品寿命，节约成本。
本实施例中，将母胶按比例并用到三元乙丙橡胶橡胶吊挂配方生胶体系中，使用2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷作为硫化剂，三烯丙基异氰脲酸酯助硫化剂，可有效使元乙丙橡胶和甲基乙烯基硅橡胶材料共硫化，使三元乙丙橡胶橡胶具有耐高温的特性，且其他各项性能优异。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三元乙丙橡胶改性材料，其特征在于，包括以下组分：
母胶：30-50份；
三元乙丙橡胶：50-80份；
氧化锌：3-5份；
硬脂酸：0.5-2份；
补强剂：20-60份；
软化增塑剂：5-15份；
硫化剂：3-5份；
助交联剂：1-3份；
防老剂：1-5份；
所述母胶包括以下重量比的组分：
三元乙丙橡胶：40-60份；
甲基乙烯基硅橡胶：40-60份；
双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物：0.25-0.5份；
乙烯基三甲氧基硅烷：3-5份；
所述硫化剂采用2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷；
所述助交联剂采用三烯丙基异氰脲酸酯。
2.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶改性材料，其特征在于：所述补强剂包括以下重量比的组分：
炭黑N550：10-30份；
白炭黑：10-30份；。
3.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶改性材料，其特征在于：所述防老剂包括以下重量比的组分：
2-巯基苯并咪唑：0.5-3份；
2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体：0.5-2份。
4.根据权利要求1所述的三元乙丙橡胶改性材料，其特征在于：所述软化增塑剂采用石蜡油。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的三元乙丙橡胶改性材料的制备方法，其特征在于，所述母胶的制备包括以下制备步骤：
S1：采用密炼机密炼，包括如下参数：
初始温度：60-80℃；转子转速：60-80rpm；填充系数：0.6-0.8；
S2：采用开炼机开炼，包括如下参数：
初始温度：60℃以下；初始时间：13-15min。
6.根据权利要求5所述的三元乙丙橡胶改性材料，其特征在于：包括以下制备步骤：
S1：采用密炼机密炼，包括如下参数：
初始温度：60-80℃；转子转速：60-80min；填充系数：0.6-0.8；
S2：采用开炼机开炼，包括如下参数：
初始温度：60℃以下；初始时间：13-15min。
7.根据权利要求5所述的三元乙丙橡胶改性材料，其特征在于：
密炼所述母胶的加料顺序如下：先加入三元乙丙橡胶、甲基乙烯基硅橡胶和双(邻苯基-苯甲酰胺)二硫化物，20S后再加入乙烯基三甲氧基硅烷；
密炼所述三元乙丙橡胶改性材料的加料顺序如下：先加入母胶和三元乙丙橡胶，1-3min后再加入氧化锌、硬脂酸、助交联剂和防老剂，1-3min后最后加软化塑化剂和补强剂，开炼过程中加入硫化剂。
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