CN112341675A - 一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料及其制备方法，该橡胶材料的质量百分比组成为：氯丁橡胶7～9.5％、天然橡胶19～21％、活性剂1～1.5％、双相补强剂8～11％、无机填料2～6％、增塑剂10～12％、聚醚型聚氨酯预聚体18～20％、反应水0.4～0.6％、吸水树脂14～21％、吸湿剂2～6％、着色剂1～1.3％、防霉剂0.2～0.3％、多功能助剂0.7～0.8％、硫化剂2～3％。本发明提供的一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料及其制备方法，橡胶基体材料选择氯丁橡胶与天然橡胶并用，缩短胶料吸收微波能量时间，降低生产能耗，提高生产效率，同时解决了纯天然遇水膨胀橡胶高温(大于150℃)硫化后制品表面发粘的问题，提高了遇水膨胀橡胶的力学强度和膨胀倍率。
Description
技术领域
本发明属于特种功能橡胶材料技术领域，具体涉及一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料及其制备方法。
背景技术
遇水膨胀橡胶被誉为“有魔力的材料”，具有弹性密封和遇水膨胀密封双重功能的弹性体，是一种新型功能性高分子材料，主要用于隧道、海上采油、水下工程、城镇供水设施、游泳池、地铁、民用建筑等行业。
目前现有技术中遇水膨胀橡胶主要以橡胶、吸水材料、各类助剂及填料等组分组成，遇水膨胀橡胶密封制品通过模压硫化加工工艺生产，产品生产效率低下。其中橡胶基体主要以天然橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶等为主，亲水材料主要以聚丙烯酸钠、钠基膨润土、亲水性聚氨酯预聚体为主。
现有技术中遇水膨胀橡胶普遍存才以下问题：
(1)吸水树脂大多为颗粒状粉末，它们在橡胶中不好分散。
(2)吸水树脂与橡胶间难以形成亲和力，长期浸泡容易析出，出现“流鼻涕”现象，导致膨胀倍率降低，物理性能下降。
(3)使用非结晶性橡胶(如三元乙丙橡胶、丁苯橡胶等)为基体制作的遇水膨胀橡胶存在强度低、混炼工艺性差等问题。
(4)单纯使用天然橡胶作为橡胶基体制作遇水膨胀橡胶会存在高温硫化制品表面发粘、膨胀倍率低、耐老化性能差、不适合微波加热连续挤出硫化等问题。
因此，需要能够解决现有技术中遇水膨胀橡胶生产效率低、长期浸泡吸水材料析出损失多、膨胀倍率低、制品表面发粘等问题的制备方法。
发明内容
本发明提供一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料及其制备方法，用于解决现有技术中的遇水膨胀橡胶材料生产效率低、力学强度低下、硫化制品表面发粘、高吸水树脂易析出的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，所述橡胶材料的质量百分比组成为：氯丁橡胶7～9.5％、天然橡胶19～21％、活性剂1～1.5％、双相补强剂8～11％、无机填料5～6％、增塑剂10～12％、聚醚型聚氨酯预聚体18～20％、反应水0.4～0.6％、吸水树脂14～21％、吸湿剂2～6％、着色剂1～1.3％、防霉剂0.2～0.3％、多功能助剂0.7～0.9％、硫化剂2～3％。
进一步的，所述双相补强剂为半补强硅酸盐类填料和沉淀法白炭黑。
进一步的，所述增塑剂选用100#机油、邻苯二甲酸二辛酯或癸二酸二辛酯。
进一步的，所述反应水为醇胺类扩链剂；所述活性剂选用氧化镁或硬脂酸。
进一步的，所述的吸水树脂为粒度大于500目高交联聚丙烯酸钠。
进一步的，所述着色剂选用氧化铁红、镉黄、铬绿或钛白粉。
进一步的，所述多功能助剂为聚乙二醇；所述硫化剂选用活性氧化锌、硫磺S、促进剂M、促进剂TMTD或促进剂Na-22。
一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：对聚醚型聚氨酯预聚体和天然橡胶进行热烘箱加热处理；通过开炼机对所述的天然橡胶进行薄通塑炼和打卷停放处理；通过密炼机对所述的氯丁橡胶和天然橡胶进行捏合处理；通过密炼机进行加料混炼处理；通过开炼机对混炼胶进行薄通处理；通过橡胶单螺杆挤出机和微波加热硫化生产线对混炼胶进行挤出硫化成型。
进一步的，所述对聚醚型聚氨酯预聚体和天然橡胶进行热烘箱加热处理条件为80℃×4h；所述通过开炼机对天然橡胶进行薄通处理次数为10遍，打卷后停放时间为24h；所述通过密炼机对氯丁橡胶和天然橡胶进行捏合处理工艺为密炼机温度升高至100℃；所述通过密炼机进行混炼排胶温度为95℃；所述通过开炼机对混炼胶进行薄通处理次数为3遍。
进一步的，通过橡胶单螺杆挤出机和微波加热硫化生产线对混炼胶进行挤出硫化成型工艺参数为：单螺杆橡胶挤出机各区温度为60～65℃；挤出机保持-0.1MPa真空状态；微波段热烘箱温度为180℃、热空气硫化烘箱温度为165℃。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料及其制备方法，通过选择高结晶度极性氯丁橡胶与天然橡胶并用作为遇水膨胀橡胶材料基体，并配合粒度大于500目的聚丙烯酸钠、亲水性沉淀法白炭黑、纳米硅强粉、聚醚型聚氨酯预聚体、反应水、增塑剂、着色剂、活性剂、多功能助剂、硫化剂制得挤出型遇水膨胀橡胶材料，替代了遇水膨胀橡胶传统模压硫化成型方式，提高生产效率，缩短了混炼胶料吸收微波能量时间，降低硫化温度，降低生产能耗，大大减少生产成本，提高了遇水膨胀橡胶的力学强度和膨胀倍率等性能。同时解决了纯天然遇水膨胀橡胶高温(大于150℃)硫化后制品表面发粘、长期浸泡高吸水树脂容易析出的问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其组成质量百分比组成为：氯丁橡胶7-9.5％、天然橡胶19-21％、活性剂1-1.5％、双相补强剂8-11％、无机填料2-6％、增塑剂10-12％、聚醚型聚氨酯预聚体18-20％、反应水0.4-0.6％、吸水树脂14-21％、吸湿剂2-6％、着色剂1-1.3％、防霉剂0.2-0.3％、多功能助剂0.7-0.8％、硫化剂2-3％。其中，所述多功能助剂、氯丁橡胶用于缩短胶料吸收微波能时间、改善混炼工艺；所述氯丁橡胶、吸水树脂、双相补强剂、聚醚型聚氨酯预聚体用于补强、降低溶失率、提高膨胀倍率，并用于解决硫化制品表面发粘的问题；所述反应水用于提高制品反复浸水后的力学强度及压缩应力。
微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)对聚醚型氨酯预聚体和天然橡胶进行热烘箱加热处理；
具体的，热烘箱温度调节为80℃，每次热烘箱加热处理时间为4小时。
(2)通过开炼机对所述的天然橡胶进行薄通塑炼和打卷停放处理；
具体的，开炼机辊距调整为0.5-1mm，辊温50-70℃，前后辊转速比为1：1.4，在该条件下薄通10遍，接下来将开炼机辊距调整为5-7mm，辊温50-70℃，左右切割2至3刀进行捣胶、打卷、下胶，室温下将胶卷停放24小时后备用。
(3)通过密炼机对所述的氯丁橡胶和天然橡胶进行捏合处理；
具体的，将氯丁橡胶和处理备用的天然橡胶投入密炼机中，捏合8-10分钟，待温度升高至100℃后关闭密炼机。
(4)通过密炼机进行胶料混炼处理；
具体的，将吸水树脂、双相补强剂、无机填料、吸水树脂、增塑剂、活性剂、着色剂、防霉剂、聚醚型聚氨酯预聚体、多功能助剂加入步骤(3)中的密炼机中，混炼10-15分钟，待密炼机温度至90℃时加入吸湿剂、硫化剂、反应水继续混炼待密炼机温度至95℃排胶。
(5)通过开炼机对步骤(4)混炼胶进行薄通处理；
具体的，开炼机辊距调整为0.5-1mm，辊温40-50℃，薄通次数为3遍。
(6)通过橡胶单螺杆挤出机和微波加热硫化生产线进行挤出硫化成型；具体的，单螺杆橡胶挤出机各区温度为60-65℃，挤出机保持-0.1MPa真空状态，微波段热烘箱温度为180℃、热空气硫化烘箱温度为165℃。
具体的，通过以下实施例说明
实施例1
微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，各组份及质量百分比组成为：氯丁橡胶8.6％；天然橡胶20.1％；氧化镁1.1％；硬脂酸0.28％；聚乙二醇0.86％；纳米硅强粉5.7％；沉淀法白炭黑4.3％；轻质碳酸钙5.7％；100#机油11.47％；聚醚型聚氨酯预聚体17.21％；反应水0.5％；聚丙烯酸钠14.3％；吸湿剂5.7％；着色剂1.1％；防霉剂0.28％；硫化剂2.8％。
采用上述材料配方及工艺制备的胶料，通过微波加热连续硫化挤出遇水膨胀橡胶材料。相比现有技术，微波硫化温度低，胶料硫化速度快，制品表面光滑不发粘，生产效率大大提高，胶料硬度为43A，拉伸强度为5.3MPa、断裂伸长率为560％、膨胀倍率为420％。
实施例2
微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，各组份及质量百分比组成为：氯丁橡胶9.1％；天然橡胶20.4％；氧化镁1.1％；硬脂酸0.29％；聚乙二醇0.87％；纳米硅强粉2.9％；沉淀法白炭黑5.8％；轻质碳酸钙2.9％；100#机油11.11％；聚醚型聚氨酯预聚体17.54％；反应水0.53％；聚丙烯酸钠20.47％；吸湿剂2.9％；着色剂1.1％；防霉剂0.29％；硫化剂2.7％。
采用上述材料配方及工艺制备的胶料，通过微波加热连续硫化挤出遇水膨胀橡胶材料。相比实施例1，胶料吸收微波能时间短，在热空气硫化烘箱导热快，有利于降低设备能耗，胶料硬度变化不大，拉伸强度提高30％、膨胀倍率提高80％、长期浸泡析出物少。
本发明实施例提供的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料及其制备方法，通过选择高结晶度极性氯丁橡胶与天然橡胶并用作为遇水膨胀橡胶材料基体，并配合各类助剂制得挤出型遇水膨胀橡胶材料，提高了生产效率，大大减少生产成本，提高了遇水膨胀橡胶的力学强度和膨胀倍率等性能。同时解决了纯天然遇水膨胀橡胶高温(大于150℃)硫化后制品表面发粘、长期浸泡吸水树脂容易析出的问题。
最后要说明的是：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)
1.一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其特征在于，所述橡胶材料的质量百分比组成为：氯丁橡胶7～9.5％、天然橡胶19～21％、活性剂1～1.5％、双相补强剂8～11％、无机填料5～6％、增塑剂10～12％、聚醚型聚氨酯预聚体18～20％、反应水0.4～0.6％、吸水树脂14～21％、吸湿剂2～6％、着色剂1～1.3％、防霉剂0.2～0.3％、多功能助剂0.7～0.9％、硫化剂2～3％。
2.根据权利要求1所述的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其特征在于，所述双相补强剂为半补强硅酸盐类填料和沉淀法白炭黑。
3.根据权利要求1所述的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其特征在于，所述增塑剂选用100#机油、邻苯二甲酸二辛酯或癸二酸二辛酯。
4.根据权利要求1所述的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其特征在于，所述反应水为醇胺类扩链剂；所述活性剂选用氧化镁或硬脂酸。
5.根据权利要求1所述的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其特征在于，所述的吸水树脂为粒度大于500目高交联聚丙烯酸钠。
6.根据权利要求1所述的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其特征在于，所述着色剂选用氧化铁红、镉黄、铬绿或钛白粉。
7.根据权利要求1所述的微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料，其特征在于，所述多功能助剂为聚乙二醇；所述硫化剂选用活性氧化锌、硫磺S、促进剂M、促进剂TMTD或促进剂Na-22。
8.一种微波加热连续硫化挤出型遇水膨胀橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对聚醚型聚氨酯预聚体和天然橡胶进行热烘箱加热处理；通过开炼机对所述的天然橡胶进行薄通塑炼和打卷停放处理；通过密炼机对所述的氯丁橡胶和天然橡胶进行捏合处理；通过密炼机进行加料混炼处理；通过开炼机对混炼胶进行薄通处理；通过橡胶单螺杆挤出机和微波加热硫化生产线对混炼胶进行挤出硫化成型。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对聚醚型聚氨酯预聚体和天然橡胶进行热烘箱加热处理条件为80℃×4h；所述通过开炼机对天然橡胶进行薄通处理次数为10遍，打卷后停放时间为24h；所述通过密炼机对氯丁橡胶和天然橡胶进行捏合处理工艺为密炼机温度升高至100℃；所述通过密炼机进行混炼排胶温度为95℃；所述通过开炼机对混炼胶进行薄通处理次数为3遍。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过橡胶单螺杆挤出机和微波加热硫化生产线对混炼胶进行挤出硫化成型工艺参数为：单螺杆橡胶挤出机各区温度为60～65℃；挤出机保持-0.1MPa真空状态；微波段热烘箱温度为180℃、热空气硫化烘箱温度为165℃。
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