CN112961413B - 一种橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管 - Google Patents

一种橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管 Download PDF

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Abstract

本发明提供的橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管，涉及橡胶材料技术领域，其中衬胶由按重量份数计的高分子量天然乳胶166.7份、补强剂22～34份、碳纳米管1～5份、防老剂3～6份、活性剂5～10份、硫化剂1～3份和促进剂0.5～4.5份组成；制备时，先将高分子量天然胶乳、补强剂和碳纳米管研磨混合后制成母胶，母胶再与防老剂、活性剂、硫化剂和促进剂塑练和混炼后制得衬胶；本发明的衬胶在其配方中采用高分子量天然胶乳，通过天然胶料的大分子量来提高胶料的弹性，同时加入碳纳米管提高胶料的耐磨性能和弹性，胶料配方再采用低硫化程度硫化体系，最终达到内衬胶料高耐磨和高弹性的目的；应用至矿山机械橡胶软管中时显著提升该橡胶软管的使用寿命。

Description

一种橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，具体涉及一种橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管。
背景技术
矿山开采过程中需要输送粉碎后的矿石，矿石输送过程中需要输送管道具有一定的可移动性，因此橡胶软管应运而生。橡胶软管是由外层保护胶、骨架层、内层保护胶和衬胶依次由外而内组成，其中，橡胶软管衬胶主要用于抵抗矿石的冲刷和磨损，在输送矿石的过程中其耐磨性关系到橡胶软管的使用寿命和矿石输送效率，衬胶的耐磨性是橡胶软管制造过程中最重要的一个指标。
橡胶软管衬胶能够抵抗矿石的冲刷和磨损主要依靠橡胶的高弹性和高耐磨两个特性；提高橡胶弹性的主要途径是通过提高橡胶配方中含胶率和采用低结构低补强炭黑填充来实现，提高橡胶的耐磨性能的主要途径是通过在橡胶中加入大量的高补强和高耐磨炭黑来实现；若想要同时提高橡胶的高弹性和耐磨性，两者方法出现冲突，因此要想同时实现橡胶的高耐磨和高弹性还具有一定的困难。
发明内容
本发明目的在于提供一种橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管，通过提高橡胶的分子量和加入耐磨补强剂实现橡胶软管衬胶抵抗矿石的冲刷性能和耐磨性能的增强，解决现有技术中同时提升橡胶高弹性和耐磨性存在条件冲突的技术问题。
为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种橡胶软管用衬胶，由按重量份数计的以下组分制成：高分子量天然乳胶166.7份、补强剂22~34份、碳纳米管1~5份、防老剂3~6份、活性剂5~10份、硫化剂1~3份和促进剂0.5~4.5份。
进一步的，所述高分子量天然乳胶为分子量100万~250万的Ⅲ型三叶橡胶胶乳。
进一步的，所述补强剂为炭黑N330和白炭黑的混合物，所述混合物中炭黑N330和白炭黑的重量份数比为1：3.4~5.8。
进一步的，所述碳纳米管的管径为15~25nm、长度为5~15nm、纯度不小于99.75%。
进一步的，所述防老剂为防老剂RD和防老剂BLE的混合物，所述混合物中防老剂RD和防老剂BLE的重量份数比为1：1.5。
进一步的，所述活性剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，所述混合物中氧化锌和硬脂酸的重量份数比为5：2。
进一步的，所述促进剂为促进剂CZ和促进剂NOBS的混合物，所述混合物中促进剂CZ和促进剂NOBS的重量份数比为1.5：1。
本发明提供上述的橡胶软管用衬胶的制备方法，该方法包括如下步骤：
1）将补强剂、碳纳米管及去离子水加入高速砂磨机中进行研磨，获得混合均匀补强剂的水溶液；
2）将制得的补强剂的水溶液和高分子量天然胶乳通过分散机均匀混合，获得混合均匀的乳胶液；
3）将混合均匀的乳胶液烘干，制成母胶备用；
4）将母胶、防老剂、活性剂、硫化剂和促进剂依次加入密炼机中进行塑炼和混炼，获得衬胶。
进一步的，所述步骤1）中高速砂磨机的转速为1500rad/min，研磨时间为60-120min；所述步骤3）中制成母胶的条件为：烘干温度为100-120℃，烘烤时间为50-70min。
本发明进一步公开了一种矿山机械橡胶软管，该橡胶软管由外而内依次布置外层保护胶、骨架层、内层保护胶和衬胶，其中，衬胶为上述的橡胶软管用衬胶。
由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管，获得了如下有益效果：
本发明公开的橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管，其中，衬胶主要用于解决现有技术中同时提升橡胶高弹性和耐磨性需要增加性能相反的炭黑导致两相冲突，高弹性和耐磨性均不能提升的问题，采用的方式是向其配方中加入高分子量的天然胶乳和加入耐磨补强剂实现橡胶软管衬胶抵抗矿石的冲刷性能和耐磨性能的增强；衬胶的配方由按重量份数计的高分子量天然乳胶166.7份、补强剂22~34份、碳纳米管1~5份、防老剂3~6份、活性剂5~10份、硫化剂1~3份和促进剂0.5~4.5份组成，高分子量天然乳胶选择分子量100万~250万的
Figure SMS_1
型三叶橡胶胶乳，硫化剂选用低硫化程度硫化体系。
本发明的橡胶软管用衬胶在制备时，先将高分子量天然胶乳、补强剂和碳纳米管研磨混合后制成母胶，母胶再与防老剂、活性剂、硫化剂和促进剂塑练和混炼后制得衬胶，该衬胶具有高耐磨和高弹性，相较于现有技术中的衬胶其性能显著改善和提升；将制得的橡胶软管用衬胶应用至矿山机械橡胶软管中作为其最内层衬胶，输送矿石时显著提升橡胶软管的使用寿命和矿石输送效率。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
结合实施例从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面的特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的实施及结果数据，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一”、“二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
基于现有技术中通过提升配方中的含胶率和填充低结构低补强炭黑提升橡胶弹性或通过加入大量的高补强和高耐磨炭黑实现橡胶耐磨性能，但是上述方法只能单独使用提升一方面的性能，两种方法由于加入的材料性能相反产生冲突致使同时实现橡胶高弹性和高耐磨特性的效果不可得；本发明旨在提出一种橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管，该衬胶具有高弹性、高耐磨性，原因在于其通过提高其配方中天然乳胶的分子量和加入耐磨补强剂；使用该橡胶软管用衬胶作为矿山机械橡胶软管的最内组成部分，显著增强橡胶软管衬胶抵抗矿石的冲刷性能和耐磨性能，提升矿山机械橡胶软管的使用寿命和工作效率。
下面结合现有技术和具体实施例，对本发明的橡胶软管用衬胶、其制备方法及矿山机械橡胶软管作进一步具体介绍。
现有技术中传统的矿山机械橡胶软管用衬胶，记为传统胶料1，其主要原材料组成及质量配比为：天然橡胶70份、顺丁橡胶30份、炭黑N220 10~30份、炭黑N330 20~40份、芳烃油5~10份、防老剂RD 6~10份、防老剂BLE 3~5份、氧化锌3~10份、硬脂酸1~5份、硫黄1~10份、促进剂TMTD 0~3份和促进剂NOBS 0~4.5份。传统的矿山机械橡胶软管用衬胶，记为传统胶料2，其主要原材料组成及质量配比为：天然橡胶100份、炭黑N220 20-50份、炭黑N330 10-30份、芳烃油5-10份、防老剂RD6-10份、防老剂BLE 3-5份、氧化锌3-10份、硬脂酸1-5份、硫黄1-10份、促进剂TMTD 0-3份和促进剂NOBS 0-4.5份。将现有技术的两种传统胶料与采用本发明配方与制备方法制得的新配方胶料进行性能比较，获得新配方胶料的具体实施例如下。
实施例1
一种橡胶软管用衬胶，由按重量份数计的如下组分制成：高分子量天然胶乳166.7份、补强剂22份、碳纳米管5份、防老剂5份、活性剂7份、硫化剂1.2份和促进剂2.5份，高分子天然乳胶选自分子量区域为100万~250万之间的Ⅲ型三叶橡胶胶乳；补强剂为炭黑N330和白炭黑的混合物，按照重量份数比1：3.4混合而成；碳纳米管的管径15~25nm，长度5~15nm，纯度不小于99.75%；防老剂为防老剂RD和防老剂BLE的混合物，按照重量份数比1比1.5混合而成；活性剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，按照重量份数比5：2混合而成；硫化剂选择硫磺；促进剂为促进剂CZ和促进剂NOBS的混合物，按照重量份数比1.5：1混合而成。
上述配方的橡胶软管用衬胶的制备方法步骤如下：
（1）将炭黑N330、白炭黑和碳纳米管加入高速砂磨机中，转速设定为1500rad/min，砂磨60-120分钟，获得混合均匀的补强剂的水溶液；
（2）将制得的补强剂的水溶液和高分子量天然胶乳通过分散机均匀混合，获得混合均匀的乳胶液；
（3）将混合好的胶乳混合液放入烘箱中，烘箱温度设定为120℃，烘烤1小时，制成母胶取出后备用；
（4）在密炼机中依次加入母胶、防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺和促进剂，塑炼和混炼，获得新配方胶料1。
实施例2
一种橡胶软管用衬胶，由按重量份计的如下组分制成：高分子量天然胶乳166.7份、补强剂34份、碳纳米管1份、防老剂2.5份、活性剂4.2份、硫黄2份和促进剂5份；其中，高分子天然乳胶选自分子量区域为100万~250万之间的Ⅲ型三叶橡胶胶乳；补强剂为炭黑N330和白炭黑的混合物，按照重量份数比1：5.8混合而成；碳纳米管为管径15~25nm，长度5~15nm，纯度不小于99.75%；防老剂为防老剂RD和防老剂BLE的混合物，按照重量份数比1比1.5混合而成；活性剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，按照重量份数比5：2混合而成；硫磺即作为硫化剂；促进剂为促进剂CZ和促进剂NOBS的混合物，按照重量份数比1.5：1混合而成。实施例2橡胶软管用衬胶的制备方法同实施例1，最终制得新配方胶料2。
实施例1的衬胶材料1、实施例2的衬胶材料2与传统矿山机械橡胶软管用衬胶基本性能对比结果如表1所示。
表1胶料基本性能对比
Figure SMS_2
从表1数据中可以看出，与传统胶料相比，由本发明公开的配方制得的橡胶软管用衬胶在满足矿山机械橡胶软管用衬胶对衬胶耐冲刷性能要求的基础上，还有效的提高了胶料的弹性（即回弹性）和耐磨性能性能（即阿克隆磨耗和DIN磨耗）；同时还提高了胶料的耐矿石切割性能（耐切割性能）和耐老化性能(热空气老化和臭氧老化性能)，提高了采用该衬胶作为内层产品的使用寿命，减少更换次数，有效提升工作效率。
将本发明实施例1和实施例2制得的橡胶软管用衬胶分别用作矿山机械用的橡胶软管的最内层衬胶的产品与传统胶料1和传统胶料2用作矿山机橡胶软管产品的使用寿命对比如表2所示。
表2矿山输送橡胶软管使用寿命
项目 单位 采用传统胶料1的橡胶软管 采用新配方胶料1的橡胶软管
使用寿命 月 22 30
项目 单位 采用传统胶料2的橡胶软管 采用新配方胶料2的橡胶软管
使用寿命 月 24 36
从表2数据中可以得出，相较于采用传统衬胶的橡胶软管，采用本发明公开的配方制得的衬胶生产的矿山机械橡胶软管在相同工况下使用寿命明显要长于采用传统衬胶生产的橡胶软管，使用后的产品状态也明显要好于传统衬胶。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种橡胶软管用衬胶，其特征在于，所述衬胶由按重量份数计的以下组分制成：高分子量天然乳胶166.7份、补强剂22~34份、碳纳米管1~5份、防老剂3~6份、活性剂5~10份、硫化剂1~3份和促进剂0.5~4.5份；
其中，所述高分子量天然乳胶为分子量100万~250万的
Figure QLYQS_1
型三叶橡胶胶乳；补强剂为炭黑N330和白炭黑的混合物，所述混合物中炭黑N330和白炭黑的重量份数比为1：3.4~5.8；所述碳纳米管的管径为15~25nm、长度为5~15nm、纯度不小于99.75%；所述防老剂为防老剂RD和防老剂BLE的混合物，所述混合物中防老剂RD和防老剂BLE的重量份数比为1：1.5；所述活性剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，所述混合物中氧化锌和硬脂酸的重量份数比为5：2；所述促进剂为促进剂CZ和促进剂NOBS的混合物，所述混合物中促进剂CZ和促进剂NOBS的重量份数比为1.5：1。
2.根据权利要求1所述的橡胶软管用衬胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将补强剂、碳纳米管及去离子水加入高速砂磨机中进行研磨，获得混合均匀补强剂的水溶液；
2）将制得的补强剂的水溶液和高分子量天然胶乳通过分散机均匀混合，获得混合均匀的乳胶液；
3）将混合均匀的乳胶液烘干，制成母胶备用；
4）将母胶、防老剂、活性剂、硫化剂和促进剂依次加入密炼机中进行塑炼和混炼，获得衬胶。
3.根据权利要求2所述的橡胶软管用衬胶的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中高速砂磨机的转速为1500rad/min，研磨时间为60-120min；所述步骤2）中高分子量天然胶乳选择分子量100万~250万的
Figure QLYQS_2
型三叶橡胶胶乳；所述步骤3）中制成母胶的条件为：烘干温度为100-120℃，烘烤时间为50-70min。
4.一种矿山机械橡胶软管，包括由外而内依次布置的外层保护胶、骨架层、内层保护胶和衬胶，其特征在于，所述衬胶为权利要求1所述的橡胶软管用衬胶。
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