CN113429649B - 一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物及其制备方法，由橡胶组合物A、橡胶组合物B组成，橡胶组合物A由以下重量份的原料组成：天然橡胶100，炭黑52‑56，活性剂6.5‑7.5，防老剂4.5‑7.5，防护蜡1.8‑2.5，促进剂0.7‑1.0，硫磺1.5‑2；橡胶组合物B由以下重量份的原料组成：氯丁橡胶80‑100，顺丁橡胶10‑20，炭黑20‑25，白炭黑20‑25，硅烷偶联剂2‑2.5，硬脂酸1‑2，氧化锌4.5‑5.5，氧化镁3‑4，防老剂5.5‑6.5，防护蜡1.8‑2.5，促进剂0.7‑1.0，均匀剂2‑4，硫磺0.6‑1.3。所述橡胶组合物具有优异的耐老化性能，使用寿命长。

Description

一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
空气弹簧主要由橡胶皮囊、塑料件及金属件构成，其关键部分为橡胶皮囊。橡胶皮囊主要由内外层胶及帘布层构成，其中帘布层为主要承压层，由橡胶及骨架材料组成；外层胶为保护层，用于隔绝臭氧、氧等外界因素，防止帘布层胶料老化；内层胶为气密层。目前多采用天然胶作为橡胶气囊内外层的主体材料，但由于天然橡胶的耐臭氧、热氧老化性能较差，产品使用过程中易出现表面龟裂现象，最终导致产品早期失效；为改善橡胶气囊的老化性能，有厂家采用氯丁橡胶与天然胶共混来生产橡胶气囊，但由于天然胶与氯丁橡胶相容性较差、氯丁橡胶吸酸剂氧化镁对天然橡胶焦烧性能的影响，传统混炼方法易造成炭黑聚集于氯丁橡胶分散相中，共混效果差，影响空气弹簧使用寿命，造成空气弹簧的耐疲劳性能无法满足使用要求。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物及其制备方法，能解决现有技术中橡胶气囊内外层胶抗臭氧、热老化性能差，天然胶与氯丁橡胶共混效果差，从而影响空气弹簧使用寿命的问题。
一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，由橡胶组合物A、橡胶组合物B按照质量比（3-5）：（5-7）组成，
所述橡胶组合物A由以下重量份的原料组成：天然橡胶100份，炭黑52-56份，活性剂6.5-7.5份，防老剂4.5-7.5份，防护蜡1.8-2.5份，促进剂0.7-1.0份，硫磺1.5-2份；
所述橡胶组合物B由以下重量份的原料组成：氯丁橡胶80-100份，顺丁橡胶10-20份，炭黑20-25份，白炭黑20-25份，硅烷偶联剂2-2.5份，硬酯酸1-2份，氧化锌4.5-5.5份，氧化镁3-4份，防老剂5.5-6.5份，防护蜡1.8-2.5份，促进剂0.7-1.0份，均匀剂2-4份，硫磺0.6-1.3份。
优选地，所述橡胶组合物A中的防老剂由6PPD型防老剂、RD型防老剂按照质量比（1-2）：（0.8-1.6）组成；
所述橡胶组合物B中的防老剂由OD型防老剂、DAPD型防老剂、甲型防老剂按照质量比（0.8-1.6）：（0.8-1.6）：（0.8-1.6）组成。
优选地，所述活性剂由氧化锌和硬脂酸按照质量比（4.5-5.5）：（1.8-2.2）组成。
优选地，所述天然橡胶为SMR20型天然橡胶，顺丁橡胶为BR9000型橡胶，氯丁橡胶为CR121型和/或CR122型。
优选地，所述橡胶组合物A中的炭黑为N330型炭黑，所述橡胶组合物B中的炭黑为N660型炭黑。
优选地，所述橡胶组合物A中的促进剂为CZ型促进剂，所述橡胶组合物B中的促进剂为DM型促进剂。
优选地，所述橡胶组合物A和橡胶组合物B中的防护蜡均为FYT-502型防护蜡。
优选地，所述白炭黑为气相法二氧化硅A110型；所述硅烷偶联剂为Si-69L型硅烷偶联剂；所述均匀剂为40MS型均匀剂。
所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备橡胶组合物A：
（11）按照所述橡胶组合物A的原料配料；
（12）第一段密炼：将天然橡胶、活性剂、防老剂、防护蜡加入密炼室，设置转子转速为55r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压30秒后，提栓加入炭黑，压40秒后提栓静止10秒，再压栓至胶料温度为165℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（13）第二段密炼：将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5.0N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至108℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物A；
（2）制备橡胶组合物B：
（21）按照所述橡胶组合物B的原料配料；
（22）将顺丁橡胶、氯丁橡胶、氧化镁、硬脂酸、防老剂、防护蜡、均匀剂投入密炼室，设置转子转速为40r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压25秒后，提栓加入炭黑、白炭黑，压40秒后，提栓投入硅烷偶联剂，再压栓至胶料温度为110℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（23）将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺、氧化锌一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物B；
（3）制备所述橡胶组合物：
将橡胶组合物A、橡胶组合物B晾至4h后一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到最终橡胶组合物。
本发明中，采用RD型防老剂与6PPD型防老剂，产生协同防老效果，可显著改善天然胶的热氧老化性能；
采用的CR121型和/或122型氯丁橡胶具有优异的物理机械性能、良好的抗臭氧、热氧老化性能，在天然胶中并用一部分可明显改善其抗臭氧、热氧老化性能，因此发明中采用天然胶与CR121型和/或122型氯丁橡胶并用的生胶体系；
40MS均匀剂可明显改善氯丁橡胶与天然橡胶的相容性；采用氧化镁提高吸酸效果，克服氯丁橡胶硫化时产生的酸性物质而容易造成成品的缺陷；
采用OD型、DAPD型、甲型防老剂，产生协同防老效果，可显著提高氯丁橡胶的抗屈挠龟裂性；采用的气相法白炭黑A110型可明显降低氯丁橡胶生热，亦可显著提高氯丁橡胶的抗屈挠龟裂性能。
本发明通过预先制备橡胶组合物A，将炭黑预分散于天然胶，从而改善炭黑在天然胶与氯丁橡胶并用体系中的分散；预先制备橡胶组合物B，将氧化镁预分散于氯丁橡胶中，避免氧化镁对天然胶配方焦烧性能的影响，改善其加工安全性能，从而改善天然橡胶与氯丁橡胶的共混效果。
综上所述，本发明具有以下优点：
1. 本发明提供的商用车空气弹簧内外层橡胶组合物具有优异的耐臭氧老化性能、耐热氧老化性能、抗屈挠龟裂性能；
2. 气密性良好；
3. 使用寿命长。
具体实施方式
实施例1
1. 一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，由橡胶组合物A、橡胶组合物B按照质量比3：7组成，
所述橡胶组合物A由以下重量份的原料组成：天然橡胶100份，炭黑54份，活性剂7份，防老剂4.5份，防护蜡2份，促进剂1份，硫磺2份；
所述橡胶组合物B由以下重量份的原料组成：氯丁橡胶90份，顺丁橡胶10份，炭黑20份，白炭黑20份，硅烷偶联剂2份，硬酯酸2份，氧化锌5份，氧化镁4份，防老剂6份，防护蜡2份，促进剂1份，均匀剂4份，硫磺0.6份；
其中，所述橡胶组合物A中的防老剂由6PPD型防老剂、RD型防老剂按照质量比1.25：1组成；
所述橡胶组合物B中的防老剂由OD型防老剂、DAPD型防老剂、甲型防老剂按照质量比1：1：1组成；
所述活性剂由氧化锌和硬脂酸按照质量比5：2组成；
所述天然橡胶为SMR20型天然橡胶，顺丁橡胶为BR9000型橡胶，氯丁橡胶为CR121型和CR122型，CR121型和CR122型的重量份相同；
所述橡胶组合物A中的炭黑为N330型炭黑，所述橡胶组合物B中的炭黑为N660型炭黑；
所述橡胶组合物A中的促进剂为CZ型促进剂，所述橡胶组合物B中的促进剂为DM型促进剂；
所述橡胶组合物A和橡胶组合物B中的防护蜡均为FYT-502型防护蜡。
所述白炭黑为气相法二氧化硅A110型；所述硅烷偶联剂为Si-69L型硅烷偶联剂；所述均匀剂为40MS型均匀剂。
2. 所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物的制备方法如下：
（1）制备橡胶组合物A：
（11）按照所述橡胶组合物A的原料配料；
（12）第一段密炼：将天然橡胶、活性剂、防老剂、防护蜡加入密炼室，设置转子转速为55r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压30秒后，提栓加入炭黑，压40秒后提栓静止10秒，再压栓至胶料温度为165℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（13）第二段密炼：将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5.0N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至108℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物A；
（2）制备橡胶组合物B：
（21）按照所述橡胶组合物B的原料配料；
（22）第一段密炼：将顺丁橡胶、氯丁橡胶、硬酯酸、氧化镁、防老剂、防护蜡、均匀剂投入密炼室，设置转子转速为40r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压25秒后，提栓加入炭黑、白炭黑，压40秒后，提栓投入硅烷偶联剂，再压栓至胶料温度为110℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（23）第二段密炼：将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺、氧化锌一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物B；
（3）制备所述橡胶组合物：
将橡胶组合物A、橡胶组合物B晾至4h后一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到最终橡胶组合物。
实施例2
一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，由橡胶组合物A、橡胶组合物B按照质量比4：6组成；其他同实施例1。
实施例3
一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，由橡胶组合物A、橡胶组合物B按照质量比5：5组成；其他同实施例1。
实施例4
1. 一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，由橡胶组合物A、橡胶组合物B按照质量比3：5组成，
所述橡胶组合物A由以下重量份的原料组成：天然橡胶100份，炭黑52份，活性剂6.5份，防老剂7.5份，防护蜡1.8份，促进剂0.7份，硫磺1.5份；
所述橡胶组合物B由以下重量份的原料组成：氯丁橡胶80份，顺丁橡胶20份，炭黑25份，白炭黑25份，硅烷偶联剂2.5份，硬酯酸1份，氧化锌5.5份，氧化镁3份，防老剂5.5份，防护蜡1.8份，促进剂0.7份，均匀剂2份，硫磺1.3份；
其中，所述橡胶组合物A中的防老剂由6PPD型防老剂、RD型防老剂按照质量比1：0.8组成；
所述橡胶组合物B中的防老剂由OD型防老剂、DAPD型防老剂、甲型防老剂按照质量比0.8：1.6：1.6组成；
所述活性剂由氧化锌和硬脂酸按照质量比4.5：1.8组成；
所述天然橡胶为SMR20型天然橡胶，顺丁橡胶为BR9000型橡胶，氯丁橡胶为CR121型；
所述橡胶组合物A中的炭黑为N330型炭黑，所述橡胶组合物B中的炭黑为N660型炭黑；
所述橡胶组合物A中的促进剂为CZ型促进剂，所述橡胶组合物B中的促进剂为DM型促进剂；
所述橡胶组合物A和橡胶组合物B中的防护蜡均为FYT-502型防护蜡。
所述白炭黑为气相法二氧化硅A110型；所述硅烷偶联剂为Si-69L型硅烷偶联剂；所述均匀剂为40MS型均匀剂。
2. 所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物的制备方法同实施例1。
实施例5
1. 一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，由橡胶组合物A、橡胶组合物B按照质量比5：7组成，
所述橡胶组合物A由以下重量份的原料组成：天然橡胶100份，炭黑56份，活性剂7.5份，防老剂6份，防护蜡1.8份，促进剂0.8份，硫磺1.8份；
所述橡胶组合物B由以下重量份的原料组成：氯丁橡胶100份，顺丁橡胶15份，炭黑22份，白炭黑23份，硅烷偶联剂2.3份，硬酯酸2份，氧化锌4.5份，氧化镁3.5份，防老剂6.5份，防护蜡2.5份，促进剂0.8份，均匀剂3份，硫磺1份；
其中，所述橡胶组合物A中的防老剂由6PPD型防老剂、RD型防老剂按照质量比1：1.6组成；
所述橡胶组合物B中的防老剂由OD型防老剂、DAPD型防老剂、甲型防老剂按照质量比1.6：0.8：0.8组成；
所述活性剂由氧化锌和硬脂酸按照质量比5.5：2.2组成；
所述天然橡胶为SMR20型天然橡胶，顺丁橡胶为BR9000型橡胶，氯丁橡胶为CR122型；
所述橡胶组合物A中的炭黑为N330型炭黑，所述橡胶组合物B中的炭黑为N660型炭黑；
所述橡胶组合物A中的促进剂为CZ型促进剂，所述橡胶组合物B中的促进剂为DM型促进剂；
所述橡胶组合物A和橡胶组合物B中的防护蜡均为FYT-502型防护蜡。
所述白炭黑为气相法二氧化硅A110型；所述硅烷偶联剂为Si-69L型硅烷偶联剂；所述均匀剂为40MS型均匀剂。
2. 所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物的制备方法同实施例1。
性能检测
1. 物理性能检测
检测实施例1-5提供的商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物的物理性能，结果见表1。
表1 商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物的物理性能
备注：*GB/T 13061-2017<商用车空气悬架用空气弹簧技术规范>。
2. 空气弹簧成品性能
将上述实施例提供的橡胶组合物，采用相同的方法分别制作空气弹簧皮囊，其性能测试数据如表2。
表2 空气弹簧的成品性能
备注：*测试样品的设计最大工作内压为0.8MPa。

Claims (9)

1.一种商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：由橡胶组合物A、橡胶组合物B按照质量比（3-5）：（5-7）组成，
所述橡胶组合物A由以下重量份的原料组成：天然橡胶100份，炭黑52-56份，活性剂6.5-7.5份，防老剂4.5-7.5份，防护蜡1.8-2.5份，促进剂0.7-1.0份，硫磺1.5-2份；
所述橡胶组合物B由以下重量份的原料组成：氯丁橡胶80-100份，顺丁橡胶10-20份，炭黑20-25份，白炭黑20-25份，硅烷偶联剂2-2.5份，硬酯酸1-2份，氧化锌4.5-5.5份，氧化镁3-4份，防老剂5.5-6.5份，防护蜡1.8-2.5份，促进剂0.7-1.0份，均匀剂2-4份，硫磺0.6-1.3份；
所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物是通过以下方法制备得到的：
（1）制备橡胶组合物A：
（11）按照所述橡胶组合物A的原料配料；
（12）第一段密炼：将天然橡胶、活性剂、防老剂、防护蜡加入密炼室，设置转子转速为55r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压30秒后，提栓加入炭黑，压40秒后提栓静止10秒，再压栓至胶料温度为165℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（13）第二段密炼：将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5.0N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至108℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物A；
（2）制备橡胶组合物B：
（21）按照所述橡胶组合物B的原料配料；
（22）第一段密炼：将顺丁橡胶、氯丁橡胶、氧化镁、硬脂酸、防老剂、防护蜡、均匀剂投入密炼室，设置转子转速为40r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压25秒后，提栓加入炭黑、白炭黑，压40秒后，提栓投入硅烷偶联剂，再压栓至胶料温度为110℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（23）第二段密炼：将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺、氧化锌一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物B；
（3）制备所述橡胶组合物：
将橡胶组合物A、橡胶组合物B晾至4h后一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到最终橡胶组合物。
2.根据权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：所述橡胶组合物A中的防老剂由6PPD型防老剂、RD型防老剂按照质量比（1-2）：（0.8-1.6）组成；
所述橡胶组合物B中的防老剂由OD型防老剂、DAPD型防老剂、甲型防老剂按照质量比（0.8-1.6）：（0.8-1.6）：（0.8-1.6）组成。
3.根据权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：所述活性剂由氧化锌和硬脂酸按照质量比（4.5-5.5）：（1.8-2.2）组成。
4.根据权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：所述天然橡胶为SMR20型天然橡胶，顺丁橡胶为BR9000型橡胶，氯丁橡胶为CR121型和/或CR122型。
5.根据权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：所述橡胶组合物A中的炭黑为N330型炭黑，所述橡胶组合物B中的炭黑为N660型炭黑。
6.根据权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：
所述橡胶组合物A中的促进剂为CZ型促进剂，所述橡胶组合物B中的促进剂为DM型促进剂。
7.根据权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：所述橡胶组合物A和橡胶组合物B中的防护蜡均为FYT-502型防护蜡。
8.根据权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物，其特征在于：所述白炭黑为气相法二氧化硅A110型；所述硅烷偶联剂为Si-69L型硅烷偶联剂；所述均匀剂为40MS型均匀剂。
9.权利要求1所述商用车空气弹簧皮囊内外层橡胶组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备橡胶组合物A：
（11）按照所述橡胶组合物A的原料配料；
（12）第一段密炼：将天然橡胶、活性剂、防老剂、防护蜡加入密炼室，设置转子转速为55r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压30秒后，提栓加入炭黑，压40秒后提栓静止10秒，再压栓至胶料温度为165℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（13）第二段密炼：将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5.0N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至108℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物A；
（2）制备橡胶组合物B：
（21）按照所述橡胶组合物B的原料配料；
（22）第一段密炼：将顺丁橡胶、氯丁橡胶、氧化镁、硬脂酸、防老剂、防护蜡、均匀剂投入密炼室，设置转子转速为40r/min，设置上顶栓压力为5.0N/cm2，压25秒后，提栓加入炭黑、白炭黑，压40秒后，提栓投入硅烷偶联剂，再压栓至胶料温度为110℃时排胶，排出的胶通过挤出机压片冷却至45℃以下时收取叠片，得到一段母胶；
（23）第二段密炼：将母胶晾至4h后，与促进剂、硫磺、氧化锌一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到橡胶组合物B；
（3）制备所述橡胶组合物：
将橡胶组合物A、橡胶组合物B晾至4h后一起投入密炼机，设置密炼机转速为20r/min，上顶栓加压5N/cm2，压至45秒提栓静止5秒，再压至105℃时排胶，排下的胶经开炼机补充翻炼后出片冷却至45℃以下收取叠片，得到最终橡胶组合物。
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