CN111978604B - 一种防龟裂橡胶和履带 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防龟裂橡胶和履带，原料由生胶、耐臭氧弹性体、炭黑、活性剂、硫磺、促进剂、防老剂、软化剂、增塑剂、抗氧剂制备而成。通过加入自制的三元乙丙橡胶接枝马来酸酐/聚乙烯辛烯共聚物共混得到的耐臭氧弹性体、微晶蜡、抗氧剂等助剂，为天然橡胶提供抵抗臭氧的防护体系，提高天然橡胶耐龟裂能力，延长履带的使用寿命。

Description

一种防龟裂橡胶和履带

技术领域

本发明属于高分子材料加工改性技术领域，具体涉及一种高强度防龟裂橡胶和履带。

背景技术

为了避免沥青路面被钢铁履带破坏，现在越来越多的工程车辆开始装配弹性好、重量轻、耐腐蚀、行驶速度高的橡胶履带。现有的橡胶履带制备技术中，通常选用综合性能优异的天然橡胶作为主体材质。但是，天然橡胶由于其主链的碳碳双键及侧链的甲基等结构因素，容易受到外界环境的影响而在橡胶表面产生龟裂纹，随着裂纹的不断往内部扩展，会导致橡胶履带的强度和使用寿命的下降。天然橡胶制品龟裂是橡胶的老化现象，动态疲劳、阳光暴晒、臭氧等都会导致橡胶龟裂。在橡胶履带使用过程中，有机械应力参与的臭氧龟裂是导致橡胶履带老化的主要因素，龟裂是橡胶履带臭氧老化的主要特征。因此提高橡胶履带的耐臭氧老化性能，可有效防止其龟裂。

为防止龟裂，现有的技术主要是表面涂覆石蜡或酚醛树脂等抗臭氧老化防护层，或是添加耐臭氧性能优异的三元乙丙(EPDM)橡胶与天然橡胶共混。

现有技术的缺陷如下：抗臭氧老化剂表面涂覆的方法只适用于静态的橡胶制品，无法用于橡胶履带；EPDM橡胶抵抗臭氧效果优异，但是它与天然橡胶相容性差，导致天然橡胶的性能下降，使用范围受限。

发明内容

目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种防龟裂橡胶和履带，能够提高履带的防龟裂性能，同时保持较高的强度，从而增加橡胶的耐老化性能，提高使用寿命。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

第一方面，提供一种防龟裂橡胶，由以下重量份数的原料制备而成，原料由生胶、耐臭氧弹性体、炭黑、活性剂、硫磺、促进剂、防老剂、软化剂、增塑剂、抗氧剂制备而成。

在一些实施例中，所述的防龟裂橡胶，由以下重量份数的原料制成：生胶100份，耐臭氧弹性体5～15份，炭黑40～70份，活性剂4～12份，硫磺1～5份，促进剂1.5～2份，防老剂0.5～3份，软化剂15～30份，增塑剂2～5份，抗氧剂0.3～0.5份。

在一些实施例中，所述生胶为天然橡胶。

在一些实施例中，所述耐臭氧弹性体为三元乙丙橡胶(EPDM)接枝马来酸酐(MAH)与聚乙烯-辛烯共聚物(POE)的共混物；

所述耐臭氧弹性体的制备方法，包括：

(1)称取70～100份EPDM-g-MAH样品(美国陶氏DM-7，马来酸酐接枝率0.7％～1.18％)、70～100份POE弹性体备用；

(2)设定转矩流变仪的温度为100℃～125℃，转子转速为40rpm～70rpm，依次加入POE和EPDM-g-MAH，混合10min～15min，取出。

在一些实施例中，所述炭黑为中超耐磨炭黑N220、N330、N472中的一种或几种混合。

在一些实施例中，所述活性剂选用氧化锌、硬脂酸的一种或两种混合。

在一些实施例中，所述促进剂为噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂的混合物，所述噻唑类促进剂包括促进剂DM、促进剂M；秋兰姆类促进剂包括促进剂TMTD、促进剂TT。

在一些实施例中，所述防老剂为对苯二胺类防老剂，选自防老剂4010NA、防老剂AW、防老剂4010、防老剂DFC-34的一种或几种混合；

在一些实施例中，所述软化剂为环烷油；

在一些实施例中，所述增塑剂为微晶蜡、三氧化二锑、氯化石蜡的一种或几种混合；

在一些实施例中，所述抗氧化剂为胺类抗氧化剂如二芳基对苯二胺、二氧基甲苯二胺、二苯基对苯二胺的一种或几种混合。

根据本发明的第二方面，提供所述的防龟裂橡胶的制备方法，包括：生胶包辊塑炼后，加入耐臭氧弹性体、防老剂、活性剂、炭黑、软化剂、硫磺、促进剂、增塑剂、抗氧剂，混炼，控制辊温为45℃～55℃，混炼完成后下片；在平板硫化机上进行样片制备，硫化工艺为145℃～160℃、10min～20min。

根据本发明的第三方面，提供一种履带，由所述的防龟裂橡胶制备而成。

有益效果：本发明提供的一种防龟裂橡胶和履带，配方中加入了5～15份自制耐臭氧弹性体，能够显著性提高履带的防龟裂性能，同时保持较高的强度，从而增加橡胶的耐老化性能，提高使用寿命。具有以下优点：

(1)使用本发明提出的配制组分制得的胶料具有优异的拉伸性能、耐老化性能，尤其具有优异的耐臭氧老化性能，使橡胶履带的防龟裂性能得到极大提升；

(2)本发明得到的防龟裂能优异的橡胶，不仅适用于静态放置的橡胶制品，更适用于高速运动的橡胶履带；

(3)本发明得到的防龟裂性能优异的橡胶，添加了能够和天然橡胶完美相容的自制弹性体，在保持天然橡胶的强度的同时，提升了耐臭氧性能。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做具体说明：本发明中的所有原料均可直接从市场上购买得到。

POE---乙烯-辛烯共聚物，一种具有高延伸率的材料，可提高微结构的韧性，由于其分子链中不含不饱和双键，耐臭氧性能优异，其产品适合户外使用。

EPDM-g-MAH---马来酸酐接枝三元乙丙共聚物，具有优异的耐臭氧性能和良好的增韧作用。

促进剂DM---噻唑类硫化促进剂，用于非食用橡胶的制品。

促进剂TMTD---秋兰姆类促进剂，为噻唑类促进剂优良的第二促进剂，常与其他促进剂并用以提高其活性。

本发明采用的技术方案是，一种防龟裂橡胶，由以下重量份数的原料制备而成，包含生胶100份、自制耐臭氧弹性体5～15份、炭黑40～70份，活性剂4～12份，硫磺1～5份，促进剂1.5～2份，防老剂0.5～3份，软化剂15～30份，增塑剂2～5份、抗氧剂0.3～0.5份。

其中，所述的生胶为天然橡胶；

所述的自制耐臭氧弹性体为三元乙丙橡胶(EPDM)接枝马来酸酐(MAH)与聚乙烯-辛烯共聚物(POE)的共混物；

耐臭氧弹性体的制备方法，包括：

(1)称取70～100份EPDM-g-MAH样品(美国陶氏DM-7，马来酸酐接枝率0.7％～1.18％)、70～100份POE弹性体备用；

(2)设定转矩流变仪的温度为100℃～125℃，转子转速为40～70rpm，依次加入POE和EPDM-g-MAH，混合10～15min，取出。

三元乙丙橡胶(EPDM)是以乙烯和丙烯为单体经合成共聚得到的非结晶弹性体，由于分子链不含有双键，不易与空气中的氧、臭氧等发生反应，具有良好的抵抗臭氧老化的能力。此外，三元乙丙橡胶综合性能良好，还有较好的耐高温、耐腐蚀性能。

POE是以乙烯、辛烯为原料生产的新型聚烯烃弹性体，POE主链没有双键，具有优异的耐臭氧老化性能。此外，POE的综合性能比较优异，耐老化、耐候性能优异，价格低廉，用途广泛。

三元乙丙橡胶(EPDM)与天然橡胶(NR)存在相容性差，硫化剂和促进剂在EPDM和NR中的溶解度不同导致不能同步硫化等问题，因而需要加入第三方组分进行相容性改进。POE与二者相容性均良好，因而可以作为EPDM和NR的增容剂。马来酸酐又称为顺丁烯二酸酐，是一种不饱和有机酸酐。将马来酸酐接枝到EPDM上可以增加硫化剂和促进剂在EPDM中的溶解度，从而更有利于EPDM与NR的同步硫化。

臭氧导致天然橡胶表面龟裂的主要原因是破坏主链碳碳双键，而耐臭氧弹性体主链无双键，具有优异的耐臭氧性能。经过共混改性，耐臭氧弹性体与天然橡胶相容性提升，可实现同步硫化。因而耐臭氧弹性体在天然橡胶中的均匀分散可以形成网络结构将天然橡胶包覆，使之免受臭氧破坏，既提升了天然橡胶的耐臭氧性能又保证了力学性能的要求。

所述的炭黑为中超耐磨炭黑N220、N330、N472中的一种或几种混合；

所述活性剂选用氧化锌、硬脂酸的一种或两种混合；

所述的促进剂为噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂的混合物，所述噻唑类促进剂包括促进剂DM、促进剂M；秋兰姆类促进剂包括促进剂TMTD、促进剂TT；

所述的防老剂为对苯二胺类防老剂，选自防老剂4010NA、防老剂AW、防老剂4010、防老剂DFC-34的一种或几种混合；

所述软化剂为环烷油；

所述增塑剂为微晶蜡、三氧化二锑、氯化石蜡的一种或几种混合；

所述抗氧化剂为胺类抗氧化剂，选自二芳基对苯二胺、二氧基甲苯二胺、二苯基对苯二胺的一种或几种混合。

本发明还提供一种履带，由上述防龟裂橡胶制备而成。

所述的防龟裂橡胶的制备方法如下：使用开放式炼胶机将生胶包辊塑炼后，加入耐臭氧弹性体、防老剂、活性剂、炭黑、软化剂、硫磺、促进剂、增塑剂、抗氧剂，混炼，控制辊温为45℃～55℃，混炼完成后下片；在平板硫化机上进行样片制备，硫化工艺为145℃～160℃、10min～20min。

实施例1：

本实施例提供一种防龟裂橡胶，所述的防龟裂橡胶由如下重量份数的原料制成：天然橡胶100份，自制耐臭氧弹性体5份，炭黑50份，氧化锌3份，硬脂酸2份，硫磺2份，促进剂DM1.4份，促进剂TMTD0.3份，防老剂4010NA1份，环烷油20份，微晶蜡3份，二芳基对苯二胺0.3份。

将生胶放入开放式炼胶机中塑炼2min，待生胶包辊后依次加入耐臭氧弹性体、防老剂、氧化锌、硬脂酸、微晶蜡、炭黑、环烷油混炼，待完成吃粉后，多次打三角包，最后加入硫磺和促进剂，调整辊距为2mm，出片。胶片停放12小时后，放入模具在平板硫化机硫化，温度为155℃，时间为10min。

实施例2

本实施例提供一种防龟裂橡胶，所述的防龟裂橡胶由如下重量份数的原料制成：天然橡胶100份，自制耐臭氧弹性体8份，炭黑50份，氧化锌3份，硬脂酸2份，硫磺2份，促进剂DM1.4份，促进剂TMTD0.3份，防老剂4010NA1份，环烷油20份，微晶蜡3份，二芳基对苯二胺0.4份。

将生胶放入开放式炼胶机中塑炼2min，待生胶包辊后依次加入耐臭氧弹性体、防老剂、氧化锌、硬脂酸、微晶蜡、炭黑、环烷油混炼，待完成吃粉后，多次打三角包，最后加入硫磺和促进剂，调整辊距为2mm，出片。胶片停放12小时后，放入模具在平板硫化机硫化，温度为155℃，时间为10min。

实施例3

本实施例提供一种防龟裂橡胶，所述的防龟裂橡胶由如下重量份数的原料制成：天然橡胶100份，自制耐臭氧弹性体15份，炭黑50份，氧化锌3份，硬脂酸2份，硫磺2份，促进剂DM1.4份，促进剂TMTD0.3份，防老剂4010NA1份，环烷油20份，微晶蜡3份，二芳基对苯二胺0.5份。

将生胶放入开放式炼胶机中塑炼2min，待生胶包辊后依次加入耐臭氧弹性体、防老剂、氧化锌、硬脂酸、微晶蜡、炭黑、环烷油混炼，待完成吃粉后，多次打三角包，最后加入硫磺和促进剂，调整辊距为2mm，出片。胶片停放12小时后，放入模具在平板硫化机硫化，温度为155℃，时间为10min。

对比例1

本实施例由如下重量份数的原料制成：天然橡胶100份，炭黑50份，氧化锌3份，硬脂酸2份，硫磺2份，促进剂DM1.4份，促进剂TMTD0.3份，防老剂4010NA1份，环烷油18份，微晶蜡3份，二芳基对苯二胺0.3份。

将生胶放入开放式炼胶机中塑炼2min，待生胶包辊后依次加入防老剂、氧化锌、硬脂酸、微晶蜡、炭黑、环烷油混炼，待完成吃粉后，多次打三角包，最后加入硫磺和促进剂，调整辊距为2mm，出片。胶片停放12小时后，放入模具在平板硫化机硫化，温度为155℃，时间为10min。

通过性能检测，几种实施例的性能测试结果如表1所示。

表1橡胶性能测试结果

由表1可见，配方中加入了5～15份自制耐臭氧弹性体，制得的本发明的防龟裂橡胶，与没有加入耐臭氧弹性体的对比例1相比，能够显著性提高履带的防龟裂性能，同时保持较高的强度，从而增加橡胶的耐老化性能，提高使用寿命。

本发明通过上述方法制备的防龟裂橡胶和履带，可以通过调整生胶、配合剂满足实际所需。在本发明的上述各个实施例中，实施例的序号或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本发明通过上述方法得到防龟裂橡胶和履带，并可以通过调整生胶、配合剂的比例满足实际所需。

本发明的防龟裂橡胶还可用于汽车轮胎、传送带、减震器等多种工业产品。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防龟裂橡胶，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：生胶100份，耐臭氧弹性体5~15份，炭黑40~70份，活性剂4~12份，硫磺1~5份，促进剂1.5~2份，防老剂0.5~3份，软化剂15~30份，增塑剂2~5份，抗氧剂0.3~0.5份；所述生胶为天然橡胶；所述软化剂为环烷油；所述增塑剂为微晶蜡、氯化石蜡的一种或几种混合；

所述耐臭氧弹性体为三元乙丙橡胶EPDM接枝马来酸酐MAH与聚乙烯-辛烯共聚物POE的共混物；

所述耐臭氧弹性体的制备方法，包括：

（1）称取70～100份EPDM-g-MAH、70～100份POE备用；

（2）设定转矩流变仪的温度为100℃～125℃，转子转速为40 rpm ~70rpm，依次加入POE和EPDM-g-MAH，混合10 min～15min，取出；

防龟裂橡胶的制备方法，包括：生胶包辊塑炼后，加入耐臭氧弹性体、防老剂、活性剂、炭黑、软化剂、硫磺、促进剂、增塑剂、抗氧剂，混炼，控制辊温为45℃~55℃，混炼完成后下片；在平板硫化机上进行样片制备，硫化工艺为145℃～160℃、10min～20min。

2.根据权利要求1所述的防龟裂橡胶，其特征在于，所述炭黑为中超耐磨炭黑N220、N330、N472中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的防龟裂橡胶，其特征在于，所述活性剂选用氧化锌、硬脂酸的一种或两种混合。

4.根据权利要求1所述的防龟裂橡胶，其特征在于，所述促进剂为噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂的混合物，所述噻唑类促进剂包括促进剂DM、促进剂M；秋兰姆类促进剂包括促进剂TMTD、促进剂TT。

5.根据权利要求1所述的防龟裂橡胶，其特征在于，所述防老剂为对苯二胺类防老剂，选自防老剂4010NA、防老剂AW、防老剂4010、防老剂DFC-34的一种或几种混合。

6.根据权利要求1所述的防龟裂橡胶，其特征在于，所述抗氧剂为胺类抗氧化剂，选自二芳基对苯二胺、二苯基对苯二胺的一种或几种混合。

7.一种履带，由权利要求1～6任一项所述的防龟裂橡胶制备而成。