CN111875891A - 一种自修复橡胶 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡胶领域，尤其涉及一种自修复橡胶。其包括：60～120重量份的丁基橡胶，140～160重量份的聚异丁烯，5～15重量份的添加剂，0.1～0.5重量份的硫磺，0.1～0.2重量份的硫磺促进剂。本发明能够有效提高橡胶的自修复效率，能够在若干秒内即实现对破损部位的修复；防穿刺能力强，在穿刺深度远大于材料厚度200%的情况下，仍能够避免橡胶被穿透；制备简洁高效，能耗较低。

Description

一种自修复橡胶
技术领域
本发明属于橡胶领域，尤其涉及一种自修复橡胶。
背景技术
在外界机械力作用下，材料结构与性能的完整性会受到不同程度的损伤，此时自修复高分子材料可以借助某一原理去弥补裂痕存在的缺陷，无需外力的辅助来完成愈合。自修复材料可用于轮胎的防漏气技术领域。
轮胎在使用时，会有被钉子或其他尖锐物品刺破的风险，在车辆高速行驶的过程中扎入物可能会脱落，使得轮胎不断的漏气，此时为了保证安全就需要及时的对轮胎进行修补，避免形成事故。
中国专利CN104962041公开了一种自修复高分子记忆材料及其使用方法，其成分是聚氨酯自修复材料和热塑型橡胶材料，用于设置在轮胎内部以达到刺扎后防漏目的。但是经试验，其粘合效率较低，并且在穿刺深度大于材料层厚度的情况下，其非常容易产生破裂和穿透，因而在实际使用中，其效果并不显著，对于轮胎的安全性能提升有限。
发明内容
为解决现有的轮胎橡胶存在被钉子或其他尖锐物品刺破的风险，而被刺破后产生极大的安全隐患，现有公开的具有自修复功能的橡胶材料存在自修复效率低下、防穿刺效果较差等问题，本发明提供了一种自修复橡胶。
本发明的目的在于：
一、提高橡胶的防穿刺效果；
二、提高橡胶的自修复效率；
三、简化橡胶的制备工艺，并且降低其制备成本。
为实现上述目的，本发明具体采用以下技术方案。
一种自修复橡胶，包括：
60～120 重量份的丁基橡胶，140～160 重量份的聚异丁烯，5～15 重量份的添加剂，0.1～0.5 重量份的硫磺，0.1～0.2 重量份的硫磺促进剂。
在上述配方中，本发明主要通过丁基橡胶和聚异丁烯配合实现自修复的功能，丁基橡胶和聚异丁烯共混构建氢键网络，再经硫化工艺构建可逆双硫键网络，通过这样的双网络结构达到自修复的效果。此外，添加剂能够进一步改善自修复橡胶的力学性能和其他各方面的化学性能，如防老化、提高耐磨性等，硫磺以及硫磺促进剂能够有效降低自修复橡胶的炼胶温度，能够实现低温炼胶制备，简化了橡胶的制备工艺，并且降低了其制备所需的能耗，实现了节能减排、降低成本的效果。
作为优选，
所述丁基橡胶为异丁烯和异戊二烯合成的复合橡胶。
该复合橡胶气密性、水密性良好，耐热、耐臭氧、耐氧化、耐化学药品、吸震、具有电绝缘性，可以应用于工业生产。
作为优选，
所述异戊二烯用量为异丁烯的1.5～4.5 wt%。
在上述配比条件下，所制得的丁基橡胶品质更优，具有更优的使用效果。当异戊二烯的用量过大时胶料的不饱和程度过高，导致后续硫化程度过高，当异戊二烯的用量过小时胶料的不饱和程度不足，导致后续无法达到预期的硫化程度。
作为优选，
所述丁基橡胶经溴化或氯化处理。
经过溴化或氯化处理后，丁基橡胶进一步具备阻燃能力，其硫化速度大大提高，与其他聚合物的共混性和硫化能力均有所改善。
作为优选，
所述添加剂包括：
氧化钙和/或氧化锌，以及硬脂酸和防老剂。
上述添加剂中，氧化钙和氧化锌在合成橡胶中的作用，作为活化剂，硫化促进剂和补强剂，促进橡胶的活化和补强、防老化作用，提高橡胶制品的耐撕裂性、耐磨性。硬脂酸在橡胶加工中具有软化和增塑的作用，促进氧化锌的分散并促进其活性，可以对硫化进程起到第二次促进的作用。防老剂能够延缓延缓高分子物质老化，能够抑制聚合物氧化从而延长制品的寿命。
作为优选，
所述添加剂中：
氧化钙、氧化锌、硬脂酸和防老剂的质量比为（0～5）：（0～5）：（2～3）：（2～3）。
上述比例的添加剂具有较优的使用效果。
作为优选，
所述硫磺促进剂为促进剂DM、促进剂TT、促进剂DZ和促进剂PZ中的任意一种或多种。
经本发明研究人员试验，上述的促进剂与硫磺配合具有更优的促进效果，能够降低炼胶温度至40～50 ℃。
作为优选，
所述自修复橡胶通过低温炼胶工艺进行制备。
低温炼胶工艺除了能够节约能耗，实现节能减排和降低成本的目的。
作为优选，
所述低温炼胶的温度设置范围为40～50 ℃。
上述炼胶温度能够产生较优的制备效果。
本发明的有益效果是：
1）能够有效提高橡胶的自修复效率，能够在若干秒内即实现对破损部位的修复；
2）防穿刺能力强，在穿刺深度远大于材料厚度200 %的情况下，仍能够避免橡胶被穿透；
3）制备简洁高效，能耗较低。
附图说明
图1为实施例6的试验示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和说明书附图对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如无特殊说明，本发明实施例所用原料均为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
实施例1
加工这种自修复橡胶，按照以下组分：氯化丁基橡胶95份，1400分子量聚异丁烯140份，氧化钙4份，硬脂酸3份，防老剂（445）3份，硫磺0.15份，促进剂DZ 0.1份，促进剂 TT 0.06份。
采用一种氯化丁基橡胶与聚异丁烯的混炼工艺，使用双辊开炼机，温度设定50℃，前辊速度系数为12，后辊速度系数为10.将溴化丁基橡胶在双辊开炼机加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工10min，加入氧化钙和硬脂酸加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工10min，加入硫磺促进剂DZ、硫磺促进剂TT加工1min，加入防老剂（445）加工1min，加入最后三分之一的聚异丁烯加工10min，加入硫磺加工2min，最后将共混后的橡胶取出再放入开炼机加工5min。
将共混后的橡胶放入模具中在压片机中进行热压。混炼胶的硫化压片条件为：温度设置165℃，预热设置3min，预压设置5s，硫化时间设置9min，开始硫化时放气次数设置3次，放气时间设置3s，冷却设置3min。
压片制取5mm厚度的长条状样品，使用钉子扎入2.2cm可以被包裹住而不扎破，将样品扎破并拔出钉子后，可以在16s恢复原样并修补破洞，将样品切割为两份并将切割界面接触放置后，材料会在18s完成修复。
实施例2
加工这种自修复橡胶，按照以下组分：溴化丁基橡胶90份，1400分子量聚异丁烯145份，氧化钙5份，硬脂酸3份，防老剂（445）3份，硫磺0.15份，促进剂DZ 0.1份，促进剂 TT 0.06份。
采用一种氯化丁基橡胶与聚异丁烯的混炼工艺，使用双辊开炼机，温度设定50℃，前辊速度系数为12，后辊速度系数为10.将溴化丁基橡胶在双辊开炼机加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工10min，加入氧化钙和硬脂酸加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工10min，加入硫磺促进剂DZ、硫磺促进剂TT加工1min，加入防老剂（445）加工1min，加入最后三分之一的聚异丁烯加工10min，加入硫磺加工2min，最后将共混后的橡胶取出再放入开炼机加工5min。
将共混后的橡胶放入模具中在压片机中进行热压。混炼胶的硫化压片条件为：温度设置165℃，预热设置3min，预压设置5s，硫化时间设置9min，开始硫化时放气次数设置3次，放气时间设置3s，冷却设置3min。
压片制取5mm厚度的长条状样品，使用钉子扎入2.5cm可以被包裹住而不扎破，将样品扎破并拔出钉子后，可以在16s恢复原样并修补破洞，将样品切割为两份并将切割界面接触放置后，材料会在16s完成修复。
实施例3
加工这种自修复橡胶，按照以下组分：溴化丁基橡胶90份，2400分子量聚异丁烯145份，氧化锌5份，硬脂酸3份，防老剂（445）3份，硫磺0.15份，促进剂PZ 0.1份，促进剂 TT 0.033份。
采用一种溴化丁基橡胶与聚异丁烯的混炼工艺，使用双辊开炼机，温度设定45℃，前辊速度系数为12，后辊速度系数为10.将溴化丁基橡胶在双辊开炼机加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入氧化锌和硬脂酸加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入硫磺促进剂PZ、硫磺促进剂TT加工1min，加入防老剂（445）加工1min，加入最后三分之一的聚异丁烯加工8min，加入硫磺加工2min，最后将共混后的橡胶取出再放入开炼机加工3min。
将共混后的橡胶放入模具中在压片机中进行热压。混炼胶的硫化压片条件为：温度设置165℃，预热设置3min，预压设置5s，硫化时间设置9min，开始硫化时放气次数设置5次，放气时间设置3s，冷却设置3min。
压片制取5mm厚度的长条状样品，使用钉子扎入2.9cm可以被包裹住而不扎破，将样品扎破并拔出钉子后，可以在13s恢复原样并修补破洞，将样品切割为两份并将切割界面接触放置后，材料会在14s完成修复。
实施例4
加工这种自修复橡胶，按照以下组分：溴化丁基橡胶80份，2400分子量聚异丁烯150份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂（445）2份，硫磺0.15份，促进剂DM 0.1份，促进剂 TT 0.033份。
采用一种溴化丁基橡胶与聚异丁烯的混炼工艺，使用双辊开炼机，温度设定45℃，前辊速度系数为12，后辊速度系数为10.将溴化丁基橡胶在双辊开炼机加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入氧化锌和硬脂酸加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入硫磺促进剂DM、硫磺促进剂TT加工1min，加入防老剂（445）加工1min，加入最后三分之一的聚异丁烯加工8min，加入硫磺加工2min，最后将共混后的橡胶取出再放入开炼机加工3min。
将共混后的橡胶放入模具中在压片机中进行热压。混炼胶的硫化压片条件为：温度设置165℃，预热设置3min，预压设置5s，硫化时间设置9min，开始硫化时放气次数设置5次，放气时间设置3s，冷却设置3min。
压片制取5mm厚度的长条状样品，使用钉子扎入3.4cm可以被包裹住而不扎破，将样品扎破并拔出钉子后，可以在9s恢复原样并修补破洞，将样品切割为两份并将切割界面接触放置后，材料会在9s完成修复。
实施例5
加工这种自修复橡胶，按照以下组分：溴化丁基橡胶80份，2400分子量聚异丁烯155份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂（445）2份，硫磺0.15份，促进剂DM 0.1份，促进剂 TT 0.033份。
采用一种溴化丁基橡胶与聚异丁烯的混炼工艺，使用双辊开炼机，温度设定45℃，前辊速度系数为12，后辊速度系数为10.将溴化丁基橡胶在双辊开炼机加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入氧化锌和硬脂酸加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入硫磺促进剂DM、硫磺促进剂TT加工1min，加入防老剂（445）加工1min，加入最后三分之一的聚异丁烯加工8min，加入硫磺加工2min，最后将共混后的橡胶取出再放入开炼机加工3min。
将共混后的橡胶放入模具中在压片机中进行热压。混炼胶的硫化压片条件为：温度设置165℃，预热设置3min，预压设置5s，硫化时间设置9min，开始硫化时放气次数设置5次，放气时间设置3s，冷却设置3min。
压片制取5mm厚度的长条状样品，使用钉子扎入3.9m可以被包裹住而不扎破，将样品扎破并拔出钉子后，可以在12s恢复原样并修补破洞，将样品切割为两份并将切割界面接触放置后，材料会在10s完成修复。
实施例6
加工这种自修复橡胶，按照以下组分：溴化丁基橡胶80份，2400分子量聚异丁烯160份，氧化锌5份，硬脂酸4份，防老剂（445）2份，硫磺0.15份，促进剂DM 0.1份，促进剂 TT 0.033份。
采用一种溴化丁基橡胶与聚异丁烯的混炼工艺，使用双辊开炼机，温度设定45℃，前辊速度系数为12，后辊速度系数为10.将溴化丁基橡胶在双辊开炼机加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入氧化锌和硬脂酸加工1min，加入三分之一量的低分子量聚异丁烯加工8min，加入硫磺促进剂DM、硫磺促进剂TT加工1min，加入防老剂（445）加工1min，加入最后三分之一的聚异丁烯加工8min，加入硫磺加工2min，最后将共混后的橡胶取出再放入开炼机加工3min。
将共混后的橡胶放入模具中在压片机中进行热压。混炼胶的硫化压片条件为：温度设置165℃，预热设置3min，预压设置5s，硫化时间设置9min，开始硫化时放气次数设置5次，放气时间设置3s，冷却设置3min。
如图1所示压片制取5mm厚度的长条状样品，使用钉子扎入4.3cm可以被包裹住而不扎破。将样品扎破并拔出钉子后，可以在15s恢复原样并修补破洞，将样品切割为两份并将切割界面接触放置后，材料会在11s完成修复。
本发明制备的样品具有很好的延展性和优于同类产品的自修复能力，作为轮胎内侧贴片使用时，可以包裹住一定长度的扎入物，当扎入物刺破贴片并被轮胎在高速运转下甩飞后，本发明可以在短时间内完成修复已达到防止漏气的目的。

Claims (9)

1.一种自修复橡胶，其特征在于，包括：60～120 重量份的丁基橡胶，140～160 重量份的聚异丁烯，5～15 重量份的添加剂，0.1～0.5 重量份的硫磺，0.1～0.2 重量份的硫磺促进剂。
2.根据权利要求1所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述丁基橡胶为异丁烯和异戊二烯合成的复合橡胶。
3.根据权利要求2所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述异戊二烯用量为异丁烯的1.5～4.5 wt%。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述丁基橡胶经溴化或氯化处理。
5.根据权利要求1所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述添加剂包括氧化钙和/或氧化锌，以及硬脂酸和防老剂。
6.根据权利要求5所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述添加剂中氧化钙、氧化锌、硬脂酸和防老剂的质量比为（0～5）：（0～5）：（2～3）：（2～3）。
7.根据权利要求1所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述硫磺促进剂为促进剂DM、促进剂TT、促进剂DZ和促进剂PZ中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述自修复橡胶通过低温炼胶工艺进行制备。
9.根据权利要求8所述的一种自修复橡胶，其特征在于，所述低温炼胶的温度设置范围为40～50 ℃。
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