CN113234287A - 一种epdm/cm/poe耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种epdm/cm/poe耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种EPDM/CM/POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料及其制备方法，选择EPDM/CM/POE为主体材料，氧化镁/硫磺/DCP/TAIC/ZDMA为交联剂，炭黑N234/白炭黑为补强剂，添加磷酸酯类阻燃增塑剂、NC‑1700H耐磨剂和耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，通过优化配方和工艺，制备的EPDM/CM/POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，使其同时具有高耐磨、抗冲击、耐高温、耐老化、阻燃等性能，且在使用温度250‑300℃，瞬间温度可达400‑600℃，甚至有红火的条件下，仍具有良好的力学性能和较长使用寿命，满足钢铁、焦炭、水泥、热电、冶金等行业使用的输送带、衬板、溜槽、筛板、磨机衬里等耐高温的耐磨阻燃橡胶制品的使用要求。工艺简单，易于制造。

Description

一种EPDM/CM/POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及橡胶复合材料技术领域，具体地说，是一种EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
钢铁、焦炭、水泥、热电、冶金等行业的高温物料温度非常高，一般在250-300℃左右，有的物料瞬间温度可达400-600℃，甚至有红火。而现有技术的工矿耐高温橡胶制品主要以三元乙丙橡胶为主，磨耗量一般在150mm3左右，使用温度一般在200℃以下，瞬间温度不超过300℃，如果长期在300℃以上的环境下使用，会使表面急剧磨损、龟裂、烧焦、脆化，甚至着火，破坏工作面和骨架材料，使用寿命只有几个星期，甚至更短。硅橡胶、氟橡胶可以在更高的温度下使用，但因价格太高，一般工矿橡胶制品很少使用,用于输送这些高温物料的输送带及承受高温冲击载荷和强磨损工作条件的衬板、溜槽、筛板、磨机衬里等橡胶制品，必须同时具有高耐磨、抗冲击、耐高温、耐老化和阻燃等性能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，使其同时具有高耐磨、抗冲击、耐高温、耐老化和阻燃性能优异等特点，且在使用温度250-300℃，瞬间温度可达400-600℃，甚至有红火的条件下，仍具有良好的力学性能和较长使用寿命，满足钢铁、焦炭、水泥、热电、冶金等行业使用的输送带、衬板、溜槽、筛板、磨机衬里等耐高温的耐磨阻燃橡胶制品的使用要求。
本发明的第二个目的是提供该橡胶复合材料的制备方法，工艺简单，易于制造。
本发明的目的通过下述方案予以实现。
本发明提供一种EPDM/CM/ POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于，所述的复合材料按重量比的组分组成是：
三元乙丙橡胶（EPDM）40-60份，氯化聚乙烯橡胶（CM）20-30份，乙烯辛烯共聚体（POE）20-30份，氧化锌3-4份，氧化镁3-4份，硬脂酸2份，硫磺1-2.0份，过氧化二异丙苯（DCP）3-4份，甲基丙烯酸辛（ZDMA）4-6份，三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)1-2份，促进剂1.5-2.5份，防老剂2-3份，炭黑（N234）30-40份，白炭黑20-30份，磷酸酯类阻燃增塑剂8-10份，NC-1700H耐磨剂（硅丙烯酸混合树脂）4-6份，耐高温的耐磨阻燃增强复合剂16-20份。
所述的促进剂选用促进剂M、DM与促进剂TMTD的组合。
所述的防老剂选用防老剂BLE、264与防老剂4010NA的组合。
所述的磷酸酯类阻燃增塑剂选用三芳基磷酸酯(TCP)、三（β一氯乙基）磷酸酯(TCEP)、三（1，3-二氯丙基）磷酸酯(TDCPP)的任意一种。
所述的耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，是一种芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的组合物，组合物中芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的质量占比为30%/50%/18%/2%。
所述的膨胀型阻燃剂优选聚磷酸三聚氰胺（MPP）。
所述的微粉纳米陶铝合金，细度800目，纳米陶瓷、铝的质量占比分别为5%、95%。
所述的EPDM/CM/ POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）制备EPDM母炼胶
将EPDM、炭黑N234、硬脂酸、NC-1700H耐磨剂（硅丙烯酸混合树脂）、防老剂加入密炼机中混炼，密炼机转速60转/分钟，混炼时间180-210秒，排胶温度155-160℃,出片、冷却，制成EPDM母炼胶；
（2）制备耐高温的耐磨阻燃增强复合剂
将芳纶浆粕、膨胀型阻燃剂（IFR）、微粉纳米陶铝合金投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为320-350转/分钟，加热至40-60℃，开始喷洒KH550硅烷偶联剂，继续加热搅拌，在110℃-115℃的温度下搅拌15-20分钟，制成耐高温的耐磨阻燃增强复合剂。在耐高温的耐磨阻燃增强复合剂中, 芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的质量占比为30%/50%/18%/2%；
（3）一段混炼
一段混炼使用密炼机，密炼机转子转速50转/分钟，首先将EPDM母炼胶投入密炼机中，混炼40-50秒，再将氯化聚乙烯橡胶（CM）、乙烯辛烯共聚体（POE）、白炭黑、磷酸酯类阻燃增塑剂投入密炼机中，继续混炼150-180秒，再投入氧化锌、氧化镁、甲基丙烯酸辛（ZDMA）、耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，继续混炼150-180秒，排胶温度150-155℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8小时后使用；
（4）二段混炼
二段混炼使用密炼机，密炼机转子速度20转/分钟，将一段混炼胶、硫磺、过氧化二异丙苯（DCP）、三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)、促进剂投入密炼机中，混炼100-120秒，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，停放8小时，即为本发明的EPDM/CM/ POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：选择三元乙丙橡胶（EPDM）/氯化聚乙烯橡胶（CM）/乙烯辛烯共聚体（POE）为主体材料，氧化镁/硫磺/过氧化二异丙/三烯丙异氰脲酸酯/甲基丙烯酸辛（ZDMA）为交联剂，炭黑（N234）/白炭黑为补强剂，添加磷酸酯类阻燃增塑剂、NC-1700H耐磨剂（硅丙烯酸混合树脂）和自制的耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，通过优化配方和工艺，制备的EPDM/CM/ POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，使其同时具有高耐磨、抗冲击、耐高温、耐老化和阻燃性能优异等特点，且在使用温度250-300℃，瞬间温度可达400-600℃，甚至有红火的条件下，仍具有良好的力学性能和较长使用寿命，满足钢铁、焦炭、水泥、热电、冶金等行业使用的输送带、衬板、溜槽、筛板、磨机衬里等耐高温的耐磨阻燃橡胶制品的使用要求。
具体实施方式
通过下述实施例有助于对本发明的理解，但不能限制本发明的内容。
实施例1
本实施例提供一种EPDM/CM/ POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于，所述的复合材料按重量比的组分组成是：
三元乙丙橡胶（EPDM）40份，氯化聚乙烯橡胶（CM）30份，乙烯辛烯共聚体（POE）30份，氧化锌3份，氧化镁4份，硬脂酸2份，硫磺2.0份，过氧化二异丙苯（DCP）4份，甲基丙烯酸辛（ZDMA）4份，三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)1份，促进剂M 1份，促进剂TMTD 0.5份，防老剂BLE1份，防老剂4010NA 1份，炭黑（N234）30份，白炭黑30份，三芳基磷酸酯(TCP) 10份，NC-1700H耐磨剂（硅丙烯酸混合树脂）6份，耐高温的耐磨阻燃增强复合剂16份。
所述的耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，是一种芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的组合物，组合物中芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的质量占比为30%/50%/18%/2%。
所述的膨胀型阻燃剂优选聚磷酸三聚氰胺（MPP）。
所述的微粉纳米陶铝合金，是安徽陶铝新材料研究院有限公司生产的纳米陶铝合金粉体，细度800目。在微粉纳米陶铝合金中纳米陶瓷的质量占比为5%，铝的质量占比为95%。
所述的EPDM/CM/ POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）制备EPDM母炼胶
将EPDM、炭黑、硬脂酸、NC-1700H耐磨剂（硅丙烯酸混合树脂）、防老剂加入密炼机中混炼，密炼机转速60转/分钟，混炼时间180-210秒，排胶温度155-160℃,出片、冷却，制成EPDM母炼胶；
（2）制备耐高温的耐磨阻燃增强复合剂
将芳纶浆粕、膨胀型阻燃剂（IFR）、微粉纳米陶铝合金投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为320-350转/分钟，加热至40-60℃，开始喷洒KH550硅烷偶联剂，继续加热搅拌，在110℃-115℃的温度下搅拌15-20分钟，制成耐高温的耐磨阻燃增强复合剂。在耐高温的耐磨阻燃增强复合剂中, 芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的质量占比为30%/50%/18%/2%；
（3）一段混炼
一段混炼使用密炼机，密炼机转子转速50转/分钟，首先将EPDM母炼胶投入密炼机中，混炼40-50秒，再将氯化聚乙烯橡胶（CM）、乙烯辛烯共聚体（POE）、白炭黑、磷酸酯类阻燃增塑剂投入密炼机中，继续混炼150-180秒，再投入氧化锌、氧化镁、甲基丙烯酸辛（ZDMA）、耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，继续混炼150-180秒，排胶温度150-155℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8小时后使用；
（4）二段混炼
二段混炼使用密炼机，密炼机转子速度20转/分钟，将一段混炼胶、硫磺、过氧化二异丙苯（DCP）、三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)、促进剂投入密炼机中，混炼100-120秒，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，停放8小时，即为本发明的EPDM/CM/ POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料。
本实施例的检测数据见表1。
实施例2
本实施例提供一种EPDM/CM/ POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于，所述的复合材料按重量比的组分组成是:
三元乙丙橡胶（EPDM）50份，氯化聚乙烯橡胶（CM）25份，乙烯辛烯共聚体（POE）25份，氧化锌3.5份，氧化镁3.5份，硬脂酸2份，硫磺1.5份，过氧化二异丙苯（DCP）3.5份，甲基丙烯酸辛（ZDMA）5份，三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)1.5份，促进剂DM 1份，促进剂TMTD 1份，防老剂BLE 0.7份，防老剂264 0.8份，防老剂4010NA 1份，炭黑（N234）35份，炭黑(N330)25份，石蜡油7份，NC-1700H耐磨剂（硅丙烯酸混合树脂）5份，耐高温的耐磨阻燃增强复合剂18份。
所述的耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，是一种芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的组合物，组合物中芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的质量占比为30%/50%/18%/2%。
所述的膨胀型阻燃剂优选聚磷酸三聚氰胺（MPP）。
所述的微粉纳米陶铝合金，是安徽陶铝新材料研究院有限公司生产的纳米陶铝合金粉体，细度800目。在微粉纳米陶铝合金中纳米陶瓷的质量占比为5%，铝的质量占比为95%。
本实施例的制备方法同实施例1。
本实施例的检测数据见表1。
实施例3
本实施例提供一种EPDM/CM/ POE耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于，所述的复合材料按重量比的组分组成是:
三元乙丙橡胶（EPDM）60份，氯化聚乙烯橡胶（CM）20份，乙烯辛烯共聚体（POE）20份，氧化锌4份，氧化镁3份，硬脂酸2份，硫磺1份，过氧化二异丙苯（DCP）3份，甲基丙烯酸辛（ZDMA）6份，三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)2份，促进剂DM 0.7份，促进剂DM 0.8份，促进剂TMTD1份，防老剂BLE 1份，防老剂264 1份，防老剂4010NA 1份，炭黑（N234）40份，白炭黑20份，三（1，3-二氯丙基）磷酸酯(TDCPP) 8 份，NC-1700H耐磨剂（硅丙烯酸混合树脂）4份，耐高温的耐磨阻燃增强复合剂20份。
所述的耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，是一种芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的组合物，组合物中芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂（IFR）/微粉纳米陶铝合金/硅烷偶联剂KH550的质量占比为30%/50%/18%/2%。
所述的膨胀型阻燃剂优选聚磷酸三聚氰胺（MPP）。
所述的微粉纳米陶铝合金，是安徽陶铝新材料研究院有限公司生产的纳米陶铝合金粉体，细度800目。在微粉纳米陶铝合金中纳米陶瓷的质量占比为5%，铝的质量占比为95%。
本实施例的制备方法同实施例1。
本实施例的检测数据见表1。
对比实施例
对比实施例为以三元乙丙橡胶为主体材料的耐高温橡胶复合材料。
对比实施例的耐高温橡胶复合材料按重量比的组分组成是：
三元乙丙橡胶（EPDM）100份，氧化锌4份，氧化镁4份，硬脂酸2份，硫磺0.8份，过氧化二异丙苯（DCP）4份，三烯丙异氰脲酸酯(TAIC) 2份，促进剂M 1份，促进剂TMTDM 1份，防老剂RD 1份，防老剂4010NA 1份，炭黑（N330）50份，石蜡油10份，古马隆树脂6份。
对比实施例的耐高温橡胶复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）一段混炼
一段混炼使用密炼机，密炼机转子转速60转/分钟，首先将三元乙丙橡胶（EPDM）投入密炼机中，混炼90-120秒，在再投入氧化锌、氧化镁、硬脂酸、防老剂、炭黑、石蜡油、古马隆树脂，混炼240-270秒，排胶温度155-160℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8小时后使用；
（2）二段混炼
二段混炼使用密炼机，密炼机转子速度20转/分钟，将一段混炼胶、过氧化二异丙苯（DCP）、三烯丙异氰脲酸酯(TAIC)、促进剂投入密炼机中混炼100-120秒，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，停放8小时,即为对比实施例的耐高温橡胶复合材料。
对比实施例1的检测数据见表1。
表1、检测数据
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注：试件厚度：15mm；硫化压力：3.2MP；硫化温度：150℃±3℃；硫化时间：23min.。
由上表可以看出，本发明实施例1、2、3老化前的拉伸强度、拉断伸长率及硬度与对比实施例差别较小，而老化后的性能差别很大。（1）实施例1、2、3在180℃×96h老化后拉伸强度和拉断伸长率的平均变化率分别为-6.7%和-7.4%，硬度平均增加8Shore A，说明本发明具有优异的耐高温老化性能；而同样老化条件下对比实施例的拉伸强度和拉断伸长率的变化率分别为-47%和-62%，硬度增加13Shore A，说明对比实施例的耐高温老化性能较差。（2）本发明实施例1、2、3的磨耗量的平均值为66 mm 3，说明本发明具有优异的耐磨性能；而对比实施例的磨耗量为168 mm 3，说明对比实施例的耐磨耗性能较差。（3）本发明实施例1、2、3的酒精喷灯燃烧试验平均值为1.9s,说明本发明具有优异的阻燃性能，而对比实施例的酒精喷灯燃烧试验为燃尽，说明不具有阻燃性。

Claims (8)

1.一种EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于，所述的复合材料按重量比的组分组成是：
三元乙丙橡胶40-60份，氯化聚乙烯橡胶20-30份，乙烯辛烯共聚体20-30份，氧化锌3-4份，氧化镁3-4份，硬脂酸2份，硫磺1-2.0份，过氧化二异丙苯3-4份，甲基丙烯酸辛4-6份，三烯丙异氰脲酸酯1-2份，促进剂1.5-2.5份，防老剂2-3份，炭黑N234 30-40份，白炭黑20-30份，磷酸酯类阻燃增塑剂8-10份，NC-1700H耐磨剂4-6份，耐高温的耐磨阻燃增强复合剂16-20份。
2.如权利要求1所述的EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的促进剂选用促进剂M、DM与促进剂TMTD的组合。
3.如权利要求1所述的EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的防老剂选用防老剂BLE、264与防老剂4010NA的组合。
4.如权利要求1所述的EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的磷酸酯类阻燃增塑剂选用三芳基磷酸酯、三（β一氯乙基）磷酸酯、三（1，3-二氯丙基）磷酸酯的任意一种。
5.如权利要求1所述的EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，是一种芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂/微粉纳米陶铝合金/KH550硅烷偶联剂的组合物，组合物中芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂/微粉纳米陶铝合金/ KH550硅烷偶联剂的质量占比为30%/50%/18%/2%。
6.如权利要求5所述的EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的膨胀型阻燃剂优选聚磷酸三聚氰胺。
7.如权利要求5所述的EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料，其特征在于：所述的微粉纳米陶铝合金，细度800目，纳米陶瓷、铝的质量占比分别为5%、95%。
8.如权利要求1所述的EPDM/CM/POE 耐高温的耐磨阻燃橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制备EPDM母炼胶
将EPDM、炭黑N234、硬脂酸、NC-1700H耐磨剂5、防老剂加入密炼机中混炼，密炼机转速60转/分钟，混炼时间180-210秒，排胶温度155-160℃,出片、冷却，制成EPDM母炼胶；
（2）制备耐高温的耐磨阻燃增强复合剂
将芳纶浆粕、膨胀型阻燃剂、微粉纳米陶铝合金投入捏合机中加热搅拌，搅拌速度为320-350转/分钟，加热至40-60℃，开始喷洒KH550硅烷偶联剂，继续加热搅拌，在110℃-115℃的温度下搅拌15-20分钟，制成耐高温的耐磨阻燃增强复合剂；在耐高温的耐磨阻燃增强复合剂中, 芳纶浆粕/膨胀型阻燃剂/微粉纳米陶铝合金/ KH550硅烷偶联剂的质量占比为30%/50%/18%/2%；
（3）一段混炼
一段混炼使用密炼机，密炼机转子转速50转/分钟，首先将EPDM母炼胶投入密炼机中，混炼40-50秒，再将氯化聚乙烯橡胶、乙烯辛烯共聚体、白炭黑、磷酸酯类阻燃增塑剂投入密炼机中，继续混炼150-180秒，再投入氧化锌、氧化镁、甲基丙烯酸辛、耐高温的耐磨阻燃增强复合剂，继续混炼150-180秒，排胶温度150-155℃，出片，冷却，制成一段混炼胶，停放8小时后使用；
（4）二段混炼
二段混炼使用密炼机，密炼机转子速度20转/分钟，将一段混炼胶、硫磺、过氧化二异丙苯、三烯丙异氰脲酸酯、促进剂投入密炼机中，混炼100-120秒，排胶温度90-100℃，出片，冷却，制得二段混炼胶，停放8小时。
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