CN112574477A - 一种低动静比橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低动静比橡胶材料及其制备方法。本发明的低动静比橡胶材料按重量份数计，包括：天然橡胶60～80份，高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)20～40份，硫磺0.5～2.0份，硫化助剂1.5～2.5份，防老剂5～10份，氧化锌4～8份，白炭黑20～50份，炭黑1～15份，软化剂2.0～5.0份，硅烷偶联剂3.0～8.0份。本发明利用天然橡胶综合物理机械性能和良好的混炼工艺，利用顺丁橡胶(BR 1250H)的高回弹性和高乙烯基结构提高橡胶滚动阻力，利用白碳黑橡胶动静比较低的特性，三者优越性能结合一起，提高混炼橡胶中碳黑的分散性，改善橡胶回弹性能，有效地降低橡胶动静比。另外，本发明制备方法工艺简单，易于实施，能够综合获得较低动静比，且橡胶减震器动态疲劳使用寿命长，适于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明属于橡胶材料技术领域，涉及新型橡胶功能材料及橡胶减震件制备技术，具体涉及一种低动静比橡胶材料及其制备方法。
背景技术
橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往较大。早期的橡胶是取自橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料，高弹性的高分子化合物。橡胶分为天然橡胶与合成橡胶两种，天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得，橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。
随着人们对于生活质量要求的提高，尤其是随着现代汽车工业的快速发展，特别是对于减震等汽车性能的要求逐步提高，因此为了满足汽车行业对车辆乘座人员舒适性要求的不断提高，对汽车橡胶引擎、变速器与底盘悬置及衬套等橡胶减震制品提出了降低动静比要求的技术标准。
目前市售的橡胶材料无法满足降低动静比要求的技术标准，因此，提供一种降低动静比橡胶材料成为本领域人员急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的主要在于提供一种低动静比橡胶材料，其采用天然橡胶并用高乙烯基丁二烯橡胶，填充气相白碳黑、硅烷偶联剂等来达到降低橡胶动静比的目的。
本发明的目的还在于提供一种所述低动静比橡胶材料的制备方法，该制备工艺要求简单，操作方便，适合工业化生产。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明的一些实施方案之中提供的一种低动静比橡胶材料，该原料按重量份数计，包括：
优选的，所述高乙烯基丁二烯橡胶为高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)。
优选的，所述白炭黑为气相法制造的白碳黑。
优选的，所述硫化剂为硫磺。
优选的，所述活化剂为氧化锌。
优选的，所述硫化助剂为M(2-硫醇基苯并噻唑)、DM(二硫化二苯并噻唑)、CBS(N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)、TMTD(四甲基二硫化秋兰姆)、DPTT(四硫化双1，5-亚戊基秋兰姆)、ZDC(二乙基二硫代氨基甲酸锌)、BZ(二丁基二硫代氨基甲酸锌)和D(二苯胍)中的一种或者它们的混合物。
优选的，所述防老剂为防老剂AW、防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂4020中任意一种或者它们的混合物。
优选的，所述软化剂为石蜡油、环烷油、植物油中的任意一种或它们的混合物。
本发明的一些实施方案之中提供的一种低动静比橡胶材料的制备方法包括：
(1)生胶塑炼：将切胶后的天然橡胶生胶和高乙烯基丁二烯橡胶投入到密炼机中进行加压塑炼，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，塑炼排胶温度为125℃，在开炼机辊温≤60℃，辊距≤1mm之下打卷，塑炼胶料停放冷却≥8h；
(2)无硫胶混炼：将白炭黑、硅烷偶联剂、活化剂、软化剂、防老剂、炭黑及硫化助剂等加入密炼机，在高温、高剪切下混合均匀，其中密炼机投料温度≤90℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，排胶温度为130℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，压片辊距5±1.5mm，无硫胶冷却停放≥4h，开炼机辊温≤60℃；
(3)加硫胶混炼：在密炼机中加入硫化剂，混炼均匀后得到混炼胶，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速20±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，加硫温度≤70℃，排胶温度为80℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，出条辊距5±1.5mm，开炼机辊温≤60℃，混炼胶质量快速检验后入库硫化待用。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
(1)本发明在保持顺丁橡胶的基本结构(基本特性)的同时，通过对顺丁橡胶的结构进行调整，充分利用高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)中的顺丁橡胶的高回弹性和高乙烯基结构可提高橡胶滚动阻力，从而解决了顺丁二烯橡胶(BR 9000)抗湿滑性差以及橡胶滚动阻力小的缺陷，从而提高混炼分散效果，促进橡胶回弹性明显提高来有效降低橡胶动静比；
(2)本发明充分利用白碳黑的高补强性能和橡胶动刚度低的特性，克服碳黑及白碳黑分散状况较差的缺陷，从而有效地改善碳黑及白炭黑在混炼胶中的分散状况来辅助橡胶材料进一步降低橡胶动静比；
(3)本发明制备方法工艺简单，易于实施，能够综合获得较低动静比，且橡胶减震器动态疲劳使用寿命长，适于大规模推广应用。
具体实施方式
上述内容相当粗略地概述了本发明的特点和技术优点，以便更好地理解随后本发明的详细描述。下文将描述本发明另外一些特点和优点，它们构成本发明权利要求书的主题。应当认识到，所公开的原理和具体实施方案可很容易地用作为改变或设计实施本发明相同目的的其它体系的基础。还应当认识到，这样的等效体系并不背离所附权利要求中所提出的本发明。结合结果，从以下的描述可更好地理解被认为是本发明特征的有关其组配和操作方法的新颖特征，以及另外一些目的和优点。
在本发明一较为具体的实施方案之中，一种低动静比橡胶材料，该原料按重量份数计，包括：
其中，本发明的高乙烯基丁二烯橡胶为高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)，因为在高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)结构中，顺丁橡胶的回弹性高和高乙烯基结构可提高橡胶滚动阻力，所以可提高混炼分散效果以及促进橡胶回弹性明显提高来有效降低橡胶动静比。
本发明的白炭黑为气相法制造的白碳黑，粒径为10-30nm。适量填充白炭黑可以提高橡胶材料的力学性能，特别是断裂伸长率和撕裂性能。
本发明的硫化剂为硫磺。
本发明的活化剂为氧化锌。
本发明的硫化助剂为M(2-硫醇基苯并噻唑)、DM(二硫化二苯并噻唑)、CBS(N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)、TMTD(四甲基二硫化秋兰姆)、DPTT(四硫化双1，5-亚戊基秋兰姆)、ZDC(二乙基二硫代氨基甲酸锌)、BZ(二丁基二硫代氨基甲酸锌)和D(二苯胍)中的一种或以上，均为行业常规橡胶中使用的促进剂。
本发明的防老剂为防老剂AW、防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂4020中任意一种或者它们的混合物。
本发明的软化剂为石蜡油、环烷油、植物油中的任意一种或它们的混合物。
本发明的炭黑为炭黑N550或炭黑990中的一种或它们的混合物。炭黑可以提高基体橡胶的力学性能，同时提高橡胶材料的耐老化和撕裂性。
本发明的硅烷偶联剂是通过含有C＝C双键的偶联剂与无机填料直接接触，在密炼机的高剪切力、较高温度下实现原位接枝反应，起到无机粒子与基体橡胶之间的桥接作用。
本发明的硫化剂、硫化助剂、防老剂、氧化锌称为细料；本发明的炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂和软化剂称为粗料。
在本发明一较佳的实施方案之中，一种低动静比橡胶材料的制备方法包括：
(1)生胶塑炼：将切胶后的天然橡胶生胶和高乙烯基丁二烯橡胶投入到密炼机中进行加压塑炼，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，塑炼排胶温度为125℃，在开炼机辊温≤60℃，辊距≤1mm之下打卷，塑炼胶料停放冷却≥8h；
(2)无硫胶混炼：将白炭黑、硅烷偶联剂、活化剂、软化剂、防老剂、炭黑及硫化助剂等加入密炼机，在高温、高剪切下混合均匀，其中密炼机投料温度≤90℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，排胶温度为130℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，压片辊距5±1.5mm，无硫胶冷却停放≥4h；开炼机辊温≤60℃；
(3)加硫胶混炼：在密炼机中加入硫化剂，混炼均匀后得到混炼胶，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速20±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，加硫温度≤70℃，排胶温度为80℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，出条辊距5±1.5mm，开炼机辊温≤60℃，混炼胶质量快速检验后入库硫化待用。
以下结合若干实施例进一步阐明本发明。这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
实例1
生胶塑炼：将切胶后的天然橡胶SVRCV60生胶70份和高乙烯基丁二烯橡胶(BR1250H)30份投入到密炼机中进行加压塑炼，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，塑炼排胶温度为125℃，在开炼机辊温≤60℃，辊距≤1mm之下打卷，塑炼胶料停放冷却≥8h；
无硫胶混炼：将白炭黑35份、硅烷偶联剂5.5份、氧化锌6份、石蜡油3.5份、防老剂RD7.5份、N550炭黑8份及DM(二硫化二苯并噻唑)2份加入密炼机，在高温、高剪切下混合均匀，其中密炼机投料温度≤90℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，排胶温度为130℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，压片辊距5±1.5mm，无硫胶冷却停放≥4h，开炼机辊温≤60℃；
加硫胶混炼：在密炼机中加入硫磺1.5份，混炼均匀后得到混炼胶，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速20±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，加硫温度≤70℃，排胶温度为80℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，出条辊距5±1.5mm，开炼机辊温≤60℃，混炼胶质量快速检验后入库硫化待用。
实施例2
生胶塑炼：将切胶后的天然橡胶SVRCV60生胶60份和高乙烯基丁二烯橡胶(BR1250H)40份投入到密炼机中进行加压塑炼，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，塑炼排胶温度为125℃，在开炼机辊温≤60℃，辊距≤1mm之下打卷，塑炼胶料停放冷却≥8h；
无硫胶混炼：将白炭黑50份、硅烷偶联剂8.0份、氧化锌8份、石蜡油5.0份、防老剂RD5.0份、N990炭黑1份及TMTD(四甲基二硫化秋兰姆)1.5份加入密炼机，在高温、高剪切下混合均匀，其中密炼机投料温度≤90℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，排胶温度为130℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，压片辊距5±1.5mm，无硫胶冷却停放≥4h，开炼机辊温≤60℃；
加硫胶混炼：在密炼机中加入硫磺2.0份，混炼均匀后得到混炼胶，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速20±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，加硫温度≤70℃，排胶温度为80℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，出条辊距5±1.5mm，开炼机辊温≤60℃，混炼胶质量快速检验后入库硫化待用。
实施例3
生胶塑炼：将切胶后的天然橡胶SVRCV60生胶80份和高乙烯基丁二烯橡胶(BR1250H)20份投入到密炼机中进行加压塑炼，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，塑炼排胶温度为125℃，在开炼机辊温≤60℃，辊距≤1mm之下打卷，塑炼胶料停放冷却≥8h；
无硫胶混炼：将白炭黑20份、硅烷偶联剂3.0份、氧化锌4.0份、环烷油2.0份、防老剂RD和防老剂4010NA各2.5份、N550炭黑15份及ZDC(二乙基二硫代氨基甲酸锌)2.5份加入密炼机，在高温、高剪切下混合均匀，其中密炼机投料温度≤90℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，排胶温度为130℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，压片辊距5±1.5mm，无硫胶冷却停放≥4h；开炼机辊温≤60℃；
加硫胶混炼：在密炼机中加入硫磺0.5份，混炼均匀后得到混炼胶，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速20±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，加硫温度≤70℃，排胶温度为80℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s；捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，出条辊距5±1.5mm，开炼机辊温≤60℃，混炼胶质量快速检验后入库硫化待用。
实施例1-3选择汽车发动机天然橡胶减震支撑50(邵氏A，度)胶料为代表，进行动静比的橡胶性能研究。橡胶动静比试验报告如表1所示：(试片硫化条件：160℃×15min，试验橡胶硬度：在±0.5Hs范围)
表1橡胶动静比试验报告
| 试验项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 静刚度Ks | 139.7 | 140.2 | 140.1 |
| 15Hz：动刚度Kd | 0.057 | 0.059 | 0.060 |
| 15Hz：动静比Kd/Ks | 0.00041 | 0.00042 | 0.00043 |
| 100Hz：动刚度Kd | 192.2 | 193.4 | 192.8 |
| 100Hz：动静比Kd/Ks | 1.38 | 1.38 | 1.38 |
| 100Hz：损失角 | 4.012 | 4.016 | 4.015 |
| 100Hz：损失系数 | 0.0701 | 0.0703 | 0.0702 |
表1试验数据表明：在硬度相同条件下，实施例1-3得到的汽车发动机天然橡胶减震支撑50(邵氏A，度)胶料的动静比(Kd/Ks)值较低；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。
对比例1
与实施例1所述的低动静比橡胶材料的配方和制备方法均相同，唯一不同在于对比例1用N550炭黑代替白炭黑。
对比例2
与实施例1所述的低动静比橡胶材料的配方和制备方法均相同，唯一不同在于对比例2用N990炭黑代替白炭黑。
对比例3
与实施例1所述的低动静比橡胶材料的配方和制备方法均相同，唯一不同在于对比例3用Z-86代替白炭黑。
对比例4
与实施例1所述的低动静比橡胶材料的配方和制备方法均相同，唯一不同在于对比例4用轻质碳酸钙粉体代替白炭黑。
对比例1-4选择汽车发动机天然橡胶减震支撑50(邵氏A，度)胶料为代表，进行动静比的橡胶性能研究。橡胶动静比试验报告如表2所示：(试片硫化条件：160℃×15min，试验橡胶硬度：在±0.5Hs范围)
表2橡胶动静比试验报告
| 试验项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 实施例1 |
| 静刚度Ks | 151.3 | 142.7 | 149.2 | 127.7 | 139.7 |
| 15Hz：动刚度Kd | 0.086 | 0.076 | 0.068 | 0.061 | 0.057 |
| 15Hz：动静比Kd/Ks | 0.00057 | 0.00053 | 0.00046 | 0.00048 | 0.00041 |
| 100Hz：动刚度Kd | 243.7 | 223.4 | 219.9 | 179.4 | 192.2 |
| 100Hz：动静比Kd/Ks | 1.61 | 1.56 | 1.47 | 1.40 | 1.38 |
| 100Hz：损失角 | 4.347 | 4.44 | 4.21 | 4.036 | 4.012 |
| 100Hz：损失系数 | 0.076 | 0.0776 | 0.0736 | 0.0706 | 0.0701 |
表2试验数据表明：在硬度相同条件下，调整橡胶配方补强填充剂品种，会引起橡胶动静比(Kd/Ks)产生变化，选择不同填料可以得到不同动静比(Kd/Ks)值。
15Hz(低频区)与100Hz(高频区)对橡胶动静比(Kd/Ks)影响顺序相同：
N550 ≥ N990≥ Z-86 ≥ CaCO3≥ 白炭黑
各种补强填料进行动静比对比试验表明，白碳黑能够获得最低动静比(Kd/Ks)值。
对比例5
与实施例1所述的低动静比橡胶材料的配方和制备方法均相同，唯一不同在于对比例5用BR 9000代替BR 1250H。
对比例5与实施例1使用天然橡胶与二种不同顺丁二烯橡胶进行动静比对比试验，选择汽车橡胶衬套60(邵氏A，度)胶料为代表，进行动静比的橡胶性能研究。橡胶动静比试验报告如表3所示：(成品硫化条件：160℃×450S，试验橡胶硬度：在±0.5Hs范围)
表3橡胶衬套动静比试验报告
表3试验数据表明：在SVRCV60橡胶中并用BR1250H的径向、轴向动静比(Kd/Ks)分别比并用BR9000配方降低许多，说明并用BR1250H可以得到更低的橡胶动静比。
对比例6
与实施例1所述的低动静比橡胶材料的配方和制备方法均相同，唯一不同在于对比例6的天然橡胶SVRCV60生胶50份和高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)50份。
对比例7
与实施例1所述的低动静比橡胶材料的配方和制备方法均相同，唯一不同在于对比例7的天然橡胶SVRCV60生胶90份和高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)10份。
实施例1与对比例6-7使用不同比例的天然橡胶与顺丁二烯橡胶进行动静比对比试验，选择汽车发动机天然橡胶减震支撑50(邵氏A，度)胶料为代表，进行动静比的橡胶性能研究。橡胶动静比试验报告如表4所示：(试片硫化条件：160℃×15min，试验橡胶硬度：在±0.5Hs范围)
表4橡胶动静比试验报告
| 试验项目 | 实施例1 | 对比例6 | 对比例7 |
| 静刚度Ks | 139.7 | 123.9 | 161.1 |
| 15Hz：动刚度Kd | 0.057 | 0.065 | 0.093 |
| 15Hz：动静比Kd/Ks | 0.00041 | 0.00052 | 0.00058 |
| 100Hz：动刚度Kd | 192.2 | 195.4 | 232.7 |
| 100Hz：动静比Kd/Ks | 1.38 | 1.58 | 1.44 |
表4试验数据表明：使用不同比例的天然橡胶与顺丁二烯橡胶的径向、轴向动静比(Kd/Ks)的结果不同，其中天然橡胶60～80份、高乙烯基丁二烯橡胶20～40份得到更低的橡胶动静比。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种低动静比橡胶材料，该原料按重量份数计，包括：
其中，所述高乙烯基丁二烯橡胶为高乙烯基丁二烯橡胶(BR 1250H)；
所述白炭黑为气相法制造的白碳黑；
所述硫化剂为硫磺；
所述活化剂为氧化锌。
2.根据权利要求1所述的低动静比橡胶材料，其特征在于：
所述硫化助剂为M(2-硫醇基苯并噻唑)、DM(二硫化二苯并噻唑)、CBS(N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)、TMTD(四甲基二硫化秋兰姆)、DPTT(四硫化双1，5-亚戊基秋兰姆)、ZDC(二乙基二硫代氨基甲酸锌)、BZ(二丁基二硫代氨基甲酸锌)和D(二苯胍)中的一种或者它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的低动静比橡胶材料，其特征在于：
所述防老剂为防老剂AW、防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂4020中任意一种或者它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的低动静比橡胶材料，其特征在于：
所述软化剂为石蜡油、环烷油、植物油中的任意一种或它们的混合物。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的低动静比橡胶材料的制备方法，其特征在于：其步骤包括：
(1)生胶塑炼：将切胶后的天然橡胶生胶和高乙烯基丁二烯橡胶投入到密炼机中进行加压塑炼，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，塑炼排胶温度为125℃，在开炼机辊温≤60℃，辊距≤1mm之下打卷，塑炼胶料停放冷却≥8h；
(2)无硫胶混炼：将白炭黑、硅烷偶联剂、活化剂、软化剂、防老剂、炭黑及硫化助剂等加入密炼机，在高温、高剪切下混合均匀，其中密炼机投料温度≤90℃，转子转速30±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，排胶温度为130℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，压片辊距5±1.5mm，无硫胶冷却停放≥4h，开炼机辊温≤60℃；
(3)加硫胶混炼：在密炼机中加入硫化剂，混炼均匀后得到混炼胶，其中密炼机投料温度≤60℃，转子转速20±5r/min，上顶栓压力5±1Mpa，加硫温度≤70℃，排胶温度为80℃，降温辊距2±0.5mm，降温时间90±10s，捣胶辊距2±0.5mm，捣胶时间120±10s，出条辊距5±1.5mm，开炼机辊温≤60℃，混炼胶质量快速检验后入库硫化待用。
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