CN111808338A - 户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料 - Google Patents

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马晓飞
张丽
张志成
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Abstract

本发明公开了一种户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，涉及橡胶材料技术领域，由以下重量份数的原料制成：丁苯橡胶60‑80份、三元乙丙橡胶20‑40份、炭黑10‑30份、纤维颗粒5‑20份、橡胶促进剂1‑5份、防老剂1‑5份、分散剂1‑5份、硫磺1‑5份；本发明以丁苯橡胶和三元乙丙橡胶作为橡胶成分，并添加填料和助剂，同时通过自制纤维颗粒的添加在最终所制橡胶纤维复合材料中形成微小凸起，这些微小凸起的存在并不会影响穿着者的正常走路，却能发挥优良的耐磨性能和防滑性能。

Description

户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料
技术领域：
本发明涉及橡胶材料技术领域，具体涉及一种户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料。
背景技术：
防滑是鞋子最基本的性能要求，良好的防滑性能是保证穿鞋者安全性的关键因素。对于户外登山鞋来说，对鞋底的防滑性能要求更为严格。影响鞋底防滑性能的因素包括法向荷载、接触面积、静止接触时间、滑动速度、橡胶硬度、表面粗糙度、粘弹性、温度、表面干湿污染状态等，而这些因素对摩擦系数的影响都不是孤立的，而是相互联系的。
目前，很多鞋子在干态界面上的防滑性能基本能够满足鞋子的防滑安全需求，但在湿态界面上的防滑性能却大幅度下降，因此如何使鞋底在湿态下仍保持良好的防滑性能是当前需要解决的技术问题。橡胶材料是鞋底的常用加工材料，但目前单纯的橡胶材料已经无法满足户外鞋底的使用要求。
专利CN 103819757A公开了一种短纤维复合橡胶材料，由以生胶、补强剂和助剂为原料制得的混炼胶和短纤维制成，其中，生胶由丁苯橡胶和顺丁橡胶共混而成，短纤维为碳纤维和玻璃纤维的混合物，补强剂为炭黑，助剂由机油、橡胶促进剂、防老剂、分散剂和硫磺组成；实施例制得的短纤维复合橡胶材料的阿克隆磨耗小于0.3cm3，在各类界面湿滑状态下的摩擦系数大于0.5。虽然该专利所制短纤维复合橡胶材料具有良好的耐磨性能和防滑性能，但实施例1-3中碳纤维和玻璃纤维的添加总量分别占混炼胶质量的15％、9％、15％，由此可知碳纤维和玻璃纤维的添加量较大，也就存在大大提高加工成本的问题；并且玻璃纤维相对于碳纤维来说质重，在添加量较大时会直接增加鞋子的重量，从而影响鞋子的穿着舒适度。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，通过自制纤维颗粒来减少纤维的用量，并保证最终所制橡胶纤维复合材料的耐磨性能和防滑性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，由以下重量份数的原料制成：
丁苯橡胶60-80份、三元乙丙橡胶20-40份、炭黑10-30份、纤维颗粒5-20份、橡胶促进剂1-5份、防老剂1-5份、分散剂1-5份、硫磺1-5份；
所述纤维颗粒的制备方法为：向乙醇中加入二甲基丙烯酸锌、引发剂和链转移剂，加热反应，反应结束后加入玄武岩纤维，减压蒸馏回收乙醇，蒸馏剩余物烘干，粉碎成颗粒，高温焙烧，得到纤维颗粒。
所述橡胶促进剂为橡胶促进剂D、橡胶促进剂DZ、橡胶促进剂DM、橡胶促进剂BZ中的至少一种。
所述防老剂为防老剂RD、防老剂4010、防老剂4010NA、防老剂H中的至少一种。
所述分散剂为分散剂FS-12。
所述二甲基丙烯酸锌的用量为玄武岩纤维质量的1-10倍，所述引发剂的用量为二甲基丙烯酸锌质量的1-5％，所述链转移剂的用量为二甲基丙烯酸锌质量的0.1-2％。
所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
所述链转移剂为十二硫醇。
所述高温焙烧的温度为400-500℃。
上述户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)向混炼机中加入丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、炭黑、橡胶促进剂、防老剂、分散剂和硫磺，混炼后再加入纤维颗粒，继续混炼，混炼完成后出片，得到混炼胶片；
(2)将混炼胶片沿压延方向冲裁得到成型胶片，将成型胶片多层叠放后模压硫化，自然冷却，得到橡胶纤维复合材料。
所述模压压力为70-80t，模压温度为135-145℃，硫化温度为170-180℃，硫化时间为0.5-2h。
本发明纤维颗粒的制备机理：
二甲基丙烯酸锌经原位聚合生成高分子聚二甲基丙烯酸锌，再经玄武岩纤维包覆形成表层为玄武岩纤维的球状颗粒，经高温焙烧后聚二甲基丙烯酸锌的有机成分挥发，形成内层为氧化锌、外层为玄武岩纤维的球状颗粒。本发明纤维颗粒的制备能够显著减少纤维的用量，并保证最终所制橡胶纤维复合材料的防滑性能。
本发明还对上述技术方案的配方进行了优化，在上述配方的基础上添加了增粘剂，该增粘剂的添加能够进一步优化最终所制橡胶纤维复合材料的防滑性能。
本发明所要解决的技术问题还可以采用以下的技术方案来实现：
户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，由以下重量份数的原料制成：
丁苯橡胶60-80份、三元乙丙橡胶20-40份、炭黑10-30份、纤维颗粒5-20份、增粘剂5-10份、橡胶促进剂1-5份、防老剂1-5份、分散剂1-5份、硫磺1-5份；
所述纤维颗粒的制备方法为：向乙醇中加入二甲基丙烯酸锌、引发剂和链转移剂，加热反应，反应结束后加入玄武岩纤维，减压蒸馏回收乙醇，蒸馏剩余物烘干，粉碎成颗粒，高温焙烧，得到纤维颗粒；
所述增粘剂为双三氟甲烷磺酰亚胺。
双三氟甲烷磺酰亚胺通常作为离子液体、抗静电剂或者化工中间体，本发明将双三氟甲烷磺酰亚胺作为橡胶纤维复合材料的配方添加剂，并经研究发现双三氟甲烷磺酰亚胺能够发挥增粘剂的作用，通过增加橡胶的粘性来增大与界面的摩擦系数，进而优化橡胶纤维复合材料的防滑性能。
所述橡胶促进剂为橡胶促进剂D、橡胶促进剂DZ、橡胶促进剂DM、橡胶促进剂BZ中的至少一种。
所述防老剂为防老剂RD、防老剂4010、防老剂4010NA、防老剂H中的至少一种。
所述分散剂为分散剂FS-12。
所述二甲基丙烯酸锌的用量为玄武岩纤维质量的1-10倍，所述引发剂的用量为二甲基丙烯酸锌质量的1-5％，所述链转移剂的用量为二甲基丙烯酸锌质量的0.1-2％。
所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
所述链转移剂为十二硫醇。
所述高温焙烧的温度为400-500℃。
上述户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)向混炼机中加入丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、炭黑、增粘剂和橡胶促进剂、防老剂、分散剂和硫磺，混炼后再加入纤维颗粒，继续混炼，混炼完成后出片，得到混炼胶片；
(2)将混炼胶片沿压延方向冲裁得到成型胶片，将成型胶片多层叠放后模压硫化，自然冷却，得到橡胶纤维复合材料。
所述模压压力为70-80t，模压温度为135-145℃，硫化温度为170-180℃，硫化时间为0.5-2h。
本发明的有益效果是：本发明以丁苯橡胶和三元乙丙橡胶作为橡胶成分，并添加填料和助剂，同时通过自制纤维颗粒的添加在最终所制橡胶纤维复合材料中形成微小凸起，这些微小凸起的存在并不会影响穿着者的正常走路，却能发挥优良的耐磨性能和防滑性能。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
丁苯橡胶来自福橡石化SBR 1502；三元乙丙橡胶来自陶氏EPDM 3720P；玄武岩纤维来自河北恒光矿产品有限公司涂料剂玄武岩纤维。
实施例1
纤维颗粒的制备：
向250mL乙醇中加入5.5g二甲基丙烯酸锌、0.25g偶氮二异丁腈和0.05g十二硫醇，加热至70℃反应3h，反应结束后加入1g玄武岩纤维，减压蒸馏回收乙醇，蒸馏剩余物在70℃下烘干，粉碎成颗粒，450℃下焙烧3h，得到平均粒径150μm的纤维颗粒。
橡胶纤维复合材料的制备：
(1)向混炼机中加入680g丁苯橡胶、320g三元乙丙橡胶、250g炭黑N220、20g橡胶促进剂DZ、10g橡胶促进剂BZ、20g防老剂4010NA、20g分散剂FS-12和15g硫磺，混炼后再加入100g纤维颗粒，继续混炼，混炼完成后出片，得到厚度0.5mm的混炼胶片；
(2)将混炼胶片沿压延方向冲裁得到成型胶片，将成型胶片20层叠放后模压硫化，模压压力为80t，模压温度为135℃，模压时间10min，硫化温度为175℃，硫化时间为1h，自然冷却至室温，得到橡胶纤维复合材料。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处只是在橡胶纤维复合材料制备时将纤维颗粒的用量调整为80g。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处只是在橡胶纤维复合材料制备时额外添加了15g双三氟甲烷磺酰亚胺作为增粘剂。
对比例1
对比例1与实施例1的不同之处只是在橡胶纤维复合材料制备时以等量的玄武岩纤维替代纤维颗粒。
对比例2
对比例2与实施例1的不同之处只是在橡胶纤维复合材料制备时未添加自制纤维颗粒。
采用GB/T 1689-2014《硫化橡胶耐磨性能的测定》测试上述实施例和对比例所制橡胶纤维复合材料的阿克隆磨耗，采用SATRA TM144测试上述实施例和对比例所制橡胶纤维复合材料的摩擦系数，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002544195150000051
Figure BDA0002544195150000061
从表1可以看出，实施例1通过纤维颗粒的制备能够优化所制橡胶纤维复合材料的防滑性能，并且实施例3通过增粘剂的添加还能进一步优化所制橡胶纤维复合材料的防滑性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：
丁苯橡胶60-80份、三元乙丙橡胶20-40份、炭黑10-30份、纤维颗粒5-20份、橡胶促进剂1-5份、防老剂1-5份、分散剂1-5份、硫磺1-5份；
所述纤维颗粒的制备方法为：向乙醇中加入二甲基丙烯酸锌、引发剂和链转移剂，加热反应，反应结束后加入玄武岩纤维，减压蒸馏回收乙醇，蒸馏剩余物烘干，粉碎成颗粒，高温焙烧，得到纤维颗粒。
2.根据权利要求1所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：所述橡胶促进剂为橡胶促进剂D、橡胶促进剂DZ、橡胶促进剂DM、橡胶促进剂BZ中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：所述防老剂为防老剂RD、防老剂4010、防老剂4010NA、防老剂H中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：所述分散剂为分散剂FS-12。
5.根据权利要求1所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：所述二甲基丙烯酸锌的用量为玄武岩纤维质量的1-10倍，所述引发剂的用量为二甲基丙烯酸锌质量的1-5％，所述链转移剂的用量为二甲基丙烯酸锌质量的0.1-2％。
6.根据权利要求1所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。
7.根据权利要求1所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：所述链转移剂为十二硫醇。
8.根据权利要求1所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料，其特征在于：所述高温焙烧的温度为400-500℃。
9.权利要求1-8任一项所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
(1)向混炼机中加入丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、炭黑、橡胶促进剂、防老剂、分散剂和硫磺，混炼后再加入纤维颗粒，继续混炼，混炼完成后出片，得到混炼胶片；
(2)将混炼胶片沿压延方向冲裁得到成型胶片，将成型胶片多层叠放后模压硫化，自然冷却，得到橡胶纤维复合材料。
10.根据权利要求9所述的户外鞋底加工用轻质防滑型橡胶纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述模压压力为70-80t，模压温度为135-145℃，硫化温度为170-180℃，硫化时间为0.5-2h。
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