CN112812452A - 一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶及其制备方法，它属于气门嘴制造技术领域，通过在混炼胶中加入抗撕裂树脂，使胶料的分子链间相互作用减弱，导致聚合物的分子之间的距离加大，提高了胶料的塑性，加大了橡胶的伸长率，增加了胶料吸收变形能力，从而提高了胶料抗撕裂性能，同时该抗撕裂树脂的环状结构能够使树脂本身具有良好的刚性，使胶料具有足够的抗撕裂性能；本发明各组分之间合理搭配，协同作用共同提高混炼胶的拉伸性能。且本发明通过多次分段混炼，合理控制混炼时间、压力及混炼温度，以得到具有高抗撕裂性能的混炼胶。
Description
技术领域
本发明涉及气门嘴制造技术领域，具体涉及一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶及其制备方法。
背景技术
气门嘴是一种独立的阀体装置，作为汽车车轮系统的一个部件，主要功能是实现轮胎充放气及维持轮胎充气后的密封，是汽车工业中不可或缺的安全部件。随着汽车载重量的加大，内胎在使用过程中易出现气门嘴边缘裂口现象。经过分析，气门嘴在生产过程中由于丁基混炼胶的抗撕裂性能低，气门嘴在出模过程中易出现边缘破损现象，导致气门嘴的边缘厚度分布不均。内胎在充气过程中由于气门嘴边缘厚度分布不均使胎筒与气门嘴的附着力不均衡导致内胎在使用后发生裂口现象。
发明内容
对于上述技术问题，本发明提供一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶及其制备方法，通过在混炼胶中加入抗撕裂树脂，提高了胶料的塑性，加大了橡胶的伸长率，增加了胶料吸收变形能力，从而提高了胶料抗撕裂性能，同时该抗撕裂树脂的环状结构能够使树脂本身具有良好的刚性，使胶料具有足够的抗撕裂性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑40-50份、半补强炭黑10-20份、氧化铁红3-8份、氧化镁5-10份、氧化锌15-25份、石蜡油4-8份、硼酰化钴0.5-1.0份、抗撕裂树脂1-3份、硬脂酸0.3-0.8份、促进剂4-5份、硫磺2-3份。
优选的，所述高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑45份、半补强炭黑16份、氧化铁红5份、氧化镁6份、氧化锌20份、石蜡油6份、硼酰化钴0.8份、抗撕裂树脂2份、硬脂酸0.6份、促进剂4.5份、硫磺2.5份。
优选的，所述快压出炭黑为快压出炭黑N550。
优选的，所述半补强炭黑为半补强炭黑N774。
优选的，所述抗撕裂树脂为不饱和烯烃化合物的改性树脂。
优选的，所述不饱和烯烃化合物的改性树脂为首先用苯酚与DCPD通过三氟化硼-乙醚催化作用进行Friedel-Crafts烷基化反应合成苯酚-DCPD树脂，然后与不饱和的烯烃化合物在酸性条件下反应得到。
优选的，所述苯酚与DCDP的质量比为3:2，所述不饱和的烯烃化合物选自碳原子数为10的芳族烯烃、碳原子数为15的不饱和脂环烯烃、以及环原子数为20且碳原子数为2以上的杂环烯烃、萜烯中的任意一种或多种，且所述不饱和的烯烃化合物与苯酚-DCPD树脂的质量比为0.2:1。
优选的，所述促进剂由TTCU：TMTD：DM以1：0.1-0.4：0.2-0.3的质量比配制而成。
本发明还提供一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丁基橡胶投入密炼机混炼60-100″，混炼温度：100-115℃，混炼压力：0.6-1.0MPa；
(2)向上述步骤(1)混炼的混合物加入快压出炭黑、氧化锌、氧化铁红、氧化镁、硼酰化钴、抗撕裂树脂、硬脂酸，投入密炼机混炼120-160″，混炼温度：110-150℃；
(3)向上述步骤(2)混炼的混合物加入半补强炭黑、石蜡油，投入密炼机混炼60-100″，混炼温度：125-155℃；
(4)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼60-100″，混炼温度：145-165℃；
(5)继续提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：150-170℃，卸下胶料完成一段混炼胶制备；
(6)将上述一段混炼胶置于空气中6-8h，冷却至室温；
(7)将上述一段混炼胶、硫磺、促进剂投入密炼机混炼40-70″，混炼温度：100-120℃；
(8)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：110-145℃，卸下胶料完成二段混炼胶制备。
优选的，所述步骤(1)中，混炼时间70-90″，混炼温度：105-110℃，混炼压力：0.7-0.9MPa；
优选的，所述步骤(2)中，混炼时间130-150″，混炼温度：120-130℃；
优选的，所述步骤(3)中，混炼时间70-90″，混炼温度：135-145℃；
优选的，所述步骤(4)中，混炼时间为70-90″，混炼温度：150-155℃；
优选的，所述步骤(5)中，混炼至温度160-165℃；
优选的，所述步骤(7)中，混炼时间50-65″，混炼温度：105-115℃；
优选的，所述步骤(8)中，混炼至温度120-130℃。
本发明的有益效果表现在：
1、本发明的混炼胶中加入抗撕裂树脂，使胶料的分子链间相互作用减弱，导致聚合物的分子之间的距离加大，提高了胶料的塑性，加大了橡胶的伸长率，增加了胶料吸收变形能力，从而提高了胶料抗撕裂性能，同时该抗撕裂树脂的环状结构能够使树脂本身具有良好的刚性，使胶料具有足够的抗撕裂性能；
2、本发明各组分之间合理搭配，协同作用共同提高混炼胶的拉伸性能等，比如快压出炭黑及半补强炭黑填充在丁基橡胶内，填补丁基橡胶的细小空隙，提高胶料的气密性，氧化锌、氧化铁红、氧化镁等的加入提高了本发明混炼胶的耐磨性能，也减低了本发明的成本；
3、本发明通过多次分段混炼，合理控制混炼时间、压力及混炼温度，以得到具有高抗撕裂性能的混炼胶；
4、本发明丁基混炼胶抗撕裂性能的提升保证了产品边缘厚度的均一性，改善了因气门嘴边缘厚度不均匀导致的内胎扒口现象，降低了因产品边缘破损导致的报废损失，提高了产品的成品率；
5、本发明丁基混炼胶抗撕裂性能的提升使得生产过程中无需通过硫化机的高压力保证产品的切断性，降低了硫化压力，延长了硫化模具和硫化机的使用周期，使得产品对半成品尺寸、重量的要求降低，从而降低了对员工的操作技能的要求。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑N55050份、半补强炭黑N77410份、氧化铁红4份、氧化镁8份、氧化锌15份、石蜡油6份、硼酰化钴0.6份、抗撕裂树脂2份、硬脂酸0.3份、促进剂5份、硫磺3份。
所述抗撕裂树脂为不饱和烯烃化合物的改性树脂，可从市场购得。所述不饱和烯烃化合物的改性树脂为首先用苯酚与DCPD通过三氟化硼-乙醚催化作用进行Friedel-Crafts烷基化反应合成苯酚-DCPD树脂，然后与不饱和的烯烃化合物在酸性条件下反应得到。所述苯酚与DCDP的质量比为3:2，所述不饱和的烯烃化合物选自碳原子数为10的芳族烯烃、碳原子数为15的不饱和脂环烯烃、以及环原子数为20且碳原子数为2以上的杂环烯烃、萜烯中的任意一种或多种，且所述不饱和的烯烃化合物与苯酚-DCPD树脂的质量比为0.2:1。
所述促进剂由TTCU：TMTD：DM以1：0.1-0.4：0.2-0.3的质量比配制而成。
以下实施例2-4中的促进剂及抗撕裂树脂皆与本实施例1相同。
上述一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丁基橡胶投入密炼机混炼90″，混炼温度：110℃，混炼压力：0.8MPa；
(2)向上述步骤(1)混炼的混合物加入快压出炭黑、氧化锌、氧化铁红、氧化镁、硼酰化钴、抗撕裂树脂、硬脂酸，投入密炼机混炼150″，混炼温度：130℃；
(3)向上述步骤(2)混炼的混合物加入半补强炭黑、石蜡油，投入密炼机混炼80″，混炼温度：145℃；
(4)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼90″，混炼温度：155℃；
(5)继续提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：165℃，卸下胶料完成一段混炼胶制备；
(6)将上述一段混炼胶置于空气中6-8h，冷却至室温；
(7)将上述一段混炼胶、硫磺、促进剂投入密炼机混炼60″，混炼温度：115℃；
(8)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：126℃，卸下胶料完成二段混炼胶制备。
实施例2
一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑N55050份、半补强炭黑N77410份、氧化铁红8份、氧化镁10份、氧化锌15份、石蜡油8份、硼酰化钴1.0份、抗撕裂树脂3份、硬脂酸0.3份、促进剂5份、硫磺3份。
上述一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丁基橡胶投入密炼机混炼85″，混炼温度：108℃，混炼压力：0.75MPa；
(2)向上述步骤(1)混炼的混合物加入快压出炭黑、氧化锌、氧化铁红、氧化镁、硼酰化钴、抗撕裂树脂、硬脂酸，投入密炼机混炼140″，混炼温度：125℃；
(3)向上述步骤(2)混炼的混合物加入半补强炭黑、石蜡油，投入密炼机混炼75″，混炼温度：140℃；
(4)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼85″，混炼温度：152℃；
(5)继续提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：164℃，卸下胶料完成一段混炼胶制备；
(6)将上述一段混炼胶置于空气中7h，冷却至室温；
(7)将上述一段混炼胶、硫磺、促进剂投入密炼机混炼55″，混炼温度：108℃；
(8)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：123℃，卸下胶料完成二段混炼胶制备。
实施例3
一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑N55045份、半补强炭黑N77416份、氧化铁红5份、氧化镁6份、氧化锌20份、石蜡油6份、硼酰化钴0.8份、抗撕裂树脂2份、硬脂酸0.6份、促进剂4.5份、硫磺2.5份。
上述一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丁基橡胶投入密炼机混炼77″，混炼温度：105℃，混炼压力：0.7MPa；
(2)向上述步骤(1)混炼的混合物加入快压出炭黑、氧化锌、氧化铁红、氧化镁、硼酰化钴、抗撕裂树脂、硬脂酸，投入密炼机混炼135″，混炼温度：123℃；
(3)向上述步骤(2)混炼的混合物加入半补强炭黑、石蜡油，投入密炼机混炼70″，混炼温度：135℃；
(4)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼82″，混炼温度：153℃；
(5)继续提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：162℃，卸下胶料完成一段混炼胶制备；
(6)将上述一段混炼胶置于空气中6h，冷却至室温；
(7)将上述一段混炼胶、硫磺、促进剂投入密炼机混炼50″，混炼温度：105℃；
(8)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：121℃，卸下胶料完成二段混炼胶制备。
实施例4
一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑N55040份、半补强炭黑N77420份、氧化铁红3份、氧化镁5份、氧化锌25份、石蜡油4份、硼酰化钴0.5份、抗撕裂树脂1份、硬脂酸0.8份、促进剂4份、硫磺2份。
上述一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丁基橡胶投入密炼机混炼80″，混炼温度：106℃，混炼压力：0.9MPa；
(2)向上述步骤(1)混炼的混合物加入快压出炭黑、氧化锌、氧化铁红、氧化镁、硼酰化钴、抗撕裂树脂、硬脂酸，投入密炼机混炼130″，混炼温度：120℃；
(3)向上述步骤(2)混炼的混合物加入半补强炭黑、石蜡油，投入密炼机混炼72″，混炼温度：137℃；
(4)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼80″，混炼温度：150℃；
(5)继续提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：160℃，卸下胶料完成一段混炼胶制备；
(6)将上述一段混炼胶置于空气中6.5h，冷却至室温；
(7)将上述一段混炼胶、硫磺、促进剂投入密炼机混炼56″，混炼温度：110℃；
(8)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：120℃，卸下胶料完成二段混炼胶制备。
对比例1
一种常用的丁基气门嘴混炼胶，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑N55040份、半补强炭黑N77420份、氧化铁红3份、氧化镁5份、氧化锌20份、石蜡油4份、硼酰化钴0.5份、硬脂酸0.8份、促进剂4份、硫磺2份。
所述促进剂由TTCU：TMTD：DM以1：0.1-0.4：0.2-0.3的质量比配制而成。
上述一种常用的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将丁基橡胶投入密炼机混炼80″，混炼温度：106℃，混炼压力：0.9MPa；
(2)向上述步骤(1)混炼的混合物加入快压出炭黑、氧化锌、氧化铁红、氧化镁、硼酰化钴、硬脂酸，投入密炼机混炼130″，混炼温度：120℃；
(3)向上述步骤(2)混炼的混合物加入半补强炭黑、石蜡油，投入密炼机混炼72″，混炼温度：137℃；
(4)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼80″，混炼温度：150℃；
(5)继续提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：160℃，卸下胶料完成一段混炼胶制备；
(6)将上述一段混炼胶置于空气中6.5h，冷却至室温；
(7)将上述一段混炼胶、硫磺、促进剂投入密炼机混炼56″，混炼温度：110℃；
(8)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：120℃，卸下胶料完成二段混炼胶制备。
上述实施例1-4及对比例1制备所得的混炼胶进行性能测试并应用于气门嘴，具体测试及结果(表1)如下所示：
1、拉伸性能测试
根据测试标准GB/T528-2009测试所述混炼胶的定伸应力、拉伸强度﹑断裂伸长率：
100％定伸应力-试样拉伸至100％伸长率时记录的拉伸应力，单位MPa；
300％定伸应力-试样拉伸至300％伸长率时记录的拉伸应力，单位MPa；
拉伸强度-试样拉伸至断裂时刻记录的拉伸应力，单位MPa；
断裂伸长率-试样在拉断时的伸长率，单位％；
根据国标GB/T529-2008测试所述混炼胶的撕裂强度：
撕裂强度-用拉力试验机，对有割口或无割口的试样在规定的速度下进行连续拉伸，直至试样断裂所需的最大力，撕裂强度单位为kN/m，撕裂强度大，代表橡胶的抗撕裂性能好。
2、邵氏硬度的测试
根据标准GB/T531.1-2008评估所述混炼胶的邵氏硬度，硬度值越大，表示混炼胶的刚性越高。
3、门尼粘度的测试
按照GB1232标准测试所述混炼胶的门尼粘度，门尼粘度反应橡胶加工性能的好坏和分子量高低及分布范围宽窄。
表1
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 |
| 门尼粘度(ML125℃1+8) | 86 | 85 | 85 | 86 | 85 |
| 邵氏硬度 | 69 | 68 | 70 | 70 | 71 |
| 拉伸强度(MPa) | 10 | 10 | 11 | 10 | 8 |
| 断裂伸长率(％) | 450 | 460 | 455 | 461 | 380 |
| 100％定伸应力(MPa) | 3.56 | 3.58 | 3.57 | 3.60 | 3.21 |
| 300％定伸应力(MPa) | 9.03 | 9.01 | 9.02 | 9.03 | 8.53 |
| 撕裂强度(MPa) | 31.64 | 31.87 | 31.79 | 31.88 | 28.96 |
| 气门嘴成品率(％) | 99.30 | 99.39 | 99.34 | 99.28 | 95.51 |
通过上表可以看出，实施例1-4的混炼胶的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度均高于对比例1，说明本发明所得的气门嘴丁基混炼胶的抗撕裂性能大大提高。
此外，将该混炼胶用于气门嘴生产，产品成品率由95.5％左右提升至99.3％左右，说明随着混炼胶抗撕裂性能的提升，气门嘴在生产过程中边缘破损导致的气门嘴边缘厚度不均匀现象得到明显改善。
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑40-50份、半补强炭黑10-20份、氧化铁红3-8份、氧化镁5-10份、氧化锌15-25份、石蜡油4-8份、硼酰化钴0.5-1.0份、抗撕裂树脂1-3份、硬脂酸0.3-0.8份、促进剂4-5份、硫磺2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：丁基橡胶100份、快压出炭黑45份、半补强炭黑16份、氧化铁红5份、氧化镁6份、氧化锌20份、石蜡油6份、硼酰化钴0.8份、抗撕裂树脂2份、硬脂酸0.6份、促进剂4.5份、硫磺2.5份。
3.根据权利要求1所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，所述快压出炭黑为快压出炭黑N550。
4.根据权利要求1所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，所述半补强炭黑为半补强炭黑N774。
5.根据权利要求1所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，所述抗撕裂树脂为不饱和烯烃化合物的改性树脂。
6.根据权利要求5所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，所述不饱和烯烃化合物的改性树脂为首先用苯酚与DCPD通过三氟化硼-乙醚催化作用进行Friedel-Crafts烷基化反应合成苯酚-DCPD树脂，然后与不饱和的烯烃化合物在酸性条件下反应得到。
7.根据权利要求6所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，所述苯酚与DCDP的质量比为3:2，所述不饱和的烯烃化合物选自碳原子数为10的芳族烯烃、碳原子数为15的不饱和脂环烯烃、以及环原子数为20且碳原子数为2以上的杂环烯烃、萜烯中的任意一种或多种，且所述不饱和的烯烃化合物与苯酚-DCPD树脂的质量比为0.2:1。
8.根据权利要求1所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶，其特征在于，所述促进剂由TTCU：TMTD：DM以1：0.1-0.4：0.2-0.3的质量比配制而成。
9.权利要求1-8任意一项所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将丁基橡胶投入密炼机混炼60-100″，混炼温度：100-115℃，混炼压力：0.6-1.0MPa；
(2)向上述步骤(1)混炼的混合物加入快压出炭黑、氧化锌、氧化铁红、氧化镁、硼酰化钴、抗撕裂树脂、硬脂酸，投入密炼机混炼120-160″，混炼温度：110-150℃；
(3)向上述步骤(2)混炼的混合物加入半补强炭黑、石蜡油，投入密炼机混炼60-100″，混炼温度：125-155℃；
(4)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼60-100″，混炼温度：145-165℃；
(5)继续提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：150-170℃，卸下胶料完成一段混炼胶制备；
(6)将上述一段混炼胶置于空气中6-8h，冷却至室温；
(7)将上述一段混炼胶、硫磺、促进剂投入密炼机混炼40-70″，混炼温度：100-120℃；
(8)提坨、反胶扫粉、再压坨混炼至温度：110-145℃，卸下胶料完成二段混炼胶制备。
10.根据权利要求9所述的一种高抗撕裂性能的丁基气门嘴混炼胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，混炼时间70-90″，混炼温度：105-110℃，混炼压力：0.7-0.9MPa；
所述步骤(2)中，混炼时间130-150″，混炼温度：120-130℃；
所述步骤(3)中，混炼时间70-90″，混炼温度：135-145℃；
所述步骤(4)中，混炼时间为70-90″，混炼温度：150-155℃；
所述步骤(5)中，混炼至温度160-165℃；
所述步骤(7)中，混炼时间50-65″，混炼温度：105-115℃；
所述步骤(8)中，混炼至温度120-130℃。
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