CN113563651B - 一种用于压雪车履带的橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压雪车履带的橡胶组合物及其制备方法，所述的橡胶组合物包含以下重量份数的组分：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份；功能性助剂2‑10份；补强剂40‑80份；防老剂2‑6.5份；硫化剂2‑5份；促进剂0.7‑3份；氧化锌1‑7份；硬脂酸0.5‑5份；防焦剂0.1‑1份；硅烷偶联剂0.5‑3份；增塑剂1‑20份；所述功能性助剂以天然橡胶为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到，所述功能性小分子化合物为1,2,4‑三唑啉‑3,5‑二酮（TAD）及其衍生物，本发明中橡胶组合物的抗撕裂性能、耐寒性能、耐疲劳性能及耐切割性能等大大增强。

Description

一种用于压雪车履带的橡胶组合物及其制备方法

技术领域

本发明总体涉及化工技术领域，更具体地，涉及一种用于压雪车履带的橡胶组合物及其制备方法。

背景技术

压雪车用于推雪、平雪、铺雪、把雪压实及打碎硬雪等，由于压雪车在雪中工作，气温较低，因此对压雪车各部件材料的耐低温性能要求较高，压雪车的行走部分由车架、履带、悬挂系统、支重轮和马达等组成，其中，履带由橡胶组合物和金属件组成，橡胶组合物不仅具有减震、减少噪音等作用，还具有良好的物理性能，以及重量轻，能减轻车辆的自重，降低油耗等，但是，由于压雪车通常在寒冷的环境中使用，且行驶道路复杂苛刻，现有的履带中的橡胶组合物属于易损件，低温性能较差，使用寿命较短，为延长压雪车的使用期限，保证压雪车能够安全行驶，减少压雪车的使用维护成本，必须对现有的压雪车履带橡胶组合物进行性能提升，使之具有良好的耐寒性能、抗撕裂性能、耐疲劳性能和耐切割性能。

为了解决现有履带橡胶组合物低温性能差、使用寿命短的问题，亟需一种用于压雪车履带的橡胶组合物。

发明内容

本发明提供了一种用于压雪车履带的橡胶组合物，所述的橡胶组合物包含以下重量份数的组分：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份；功能性助剂2-10份；补强剂40-80份；防老剂2-6.5份；硫化剂2-5份；促进剂0.7-3份；氧化锌1-7份；硬脂酸0.5-5份；防焦剂0.1-1份；硅烷偶联剂0.5-3份；增塑剂1-20份；所述功能性助剂以天然橡胶为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到，所述功能性小分子化合物为1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）及其衍生物。

根据本发明的一种实施方式，所述天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶的并用比为20-5:30-5:50-90。

根据本发明的一种实施方式，所述补强剂为N100系炭黑、N200系炭黑、N300系炭黑和白炭黑的一种或两种以上并用。

根据本发明的一种实施方式，所述防老剂包含以下重量份数的组分：对苯二胺类防老剂0.5-2份；二氢化喹啉类防老剂0.5-1.5份；物理防老剂0.5-1.5份；2-巯基苯并咪唑0.5-1.5份。

根据本发明的一种实施方式，所述硫化剂为不溶性硫磺；所述促进剂为次磺酰胺类促进剂；所述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。

根据本发明的一种实施方式，所述增塑剂为芳香烃油、环烷油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯和烷基多苄基甲苯衍生物中一种或两种以上并用。

根据本发明的一种实施方式，所述的橡胶组合物包含以下重量份数的组分：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份；功能性助剂5份；补强剂60份；防老剂4份；硫化剂4份；促进剂2份；氧化锌4份；硬脂酸3份；防焦剂0.5份；硅烷偶联剂2份；增塑剂10份。

一种用于压雪车履带的橡胶组合物的制备方法，包括，第一步骤S1，制备功能性助剂：所述功能性助剂以天然橡胶为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到，所述功能性小分子化合物为1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）及其衍生物；第二步骤S2，将密炼机初始温度控制在70℃-80℃，转速为60-80转/分钟，加入天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份和功能性助剂2-10份，混炼0.5-1分钟，得到第一产物；第三步骤S3，向第一产物中加入防老剂2-6.5份、氧化锌1-7份、硬脂酸0.5-5份和防焦剂0.1-1份，混炼1-1.5分钟，得到第二产物；第四步骤S4，向第二产物中加入补强剂40-80份、硅烷偶联剂0.5-3份和增塑剂1-20份，混炼2.5-3.5分钟，得到橡胶组合物的一段母炼胶；第五步骤S5，将一段母炼胶放入开炼机，加入硫化剂2-5份和促进剂0.7-3份，薄通6次，得到橡胶组合物的混炼胶；第六步骤S6，将混炼胶停放16小时以上，在150℃下硫化，得到橡胶组合物。

本发明的用于压雪车悬挂系统的橡胶组合物，可同时具有良好的抗撕裂性能、耐寒性能、耐疲劳性能以及耐切割性等，能够满足压雪车作业的严苛要求，可以提高压雪车履带的使用稳定性、安全性以及使用寿命。

附图说明

图1.一种用于压雪车履带的橡胶组合物的制备方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。

本发明提供了一种用于压雪车履带的橡胶组合物，所述的橡胶组合物包含以下重量份数的组分：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份；功能性助剂2-10份；补强剂40-80份；防老剂2-6.5份；硫化剂2-5份；促进剂0.7-3份；氧化锌1-7份；硬脂酸0.5-5份；防焦剂0.1-1份；硅烷偶联剂0.5-3份；增塑剂1-20份；所述功能性助剂以天然橡胶（NR）为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到，所述功能性小分子化合物为1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）及其衍生物。

履带所用橡胶要求有较好的耐寒性能、抗撕裂性能、耐切割性能和耐疲劳性能等，因此，从压雪车履带橡胶的低温使用条件、耐寒性能、抗撕裂性能、耐切割性能和耐疲劳性能等要求综合考虑，选择天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶为制备橡胶基体的原料，作为橡胶基材。天然橡胶综合性能最好，生热低、蠕变小，顺丁橡胶具有优异的耐寒性，动负荷下发热少，丁苯橡胶具有优良的抗撕裂性能、耐切割性能、耐热性能、耐疲劳性能。

因此，以丁苯橡胶为主体，酌量添加顺丁橡胶和天然橡胶，能够有效利用丁苯橡胶的抗撕裂性能、耐疲劳性能、耐切割性能的特性，还能够将顺丁橡胶的耐寒性及天然橡胶综合性能好、生热低、蠕变小等特性代入到橡胶组合物中。

本发明中，优选设置天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶的并用，其重量份数比为20-5:30-5:50-90，设置上述各原料橡胶的重量份数，通过调整原料橡胶的比例，使橡胶组合物耐疲劳、抗撕裂性能、耐切割性能好，在压雪车履带中，使橡胶组合物耐寒性能、抗撕裂性能、耐切割性能、耐疲劳性能提升，适用于压雪车作业所在的寒冷环境。

所述功能性助剂通过以天然橡胶（NR）为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到。该反应条件比较温和，选用合理的TAD衍生物，可在室温下进行反应。所述小分子化合物为1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）及其衍生物，化学结构通式如下：

其中，R取自-CH₃（简写为MeTAD）、-CH₂CH₂CH₂CH₃（简写为n-BuTAD）、苯基（简写为PhTAD）、对硝基苯基（

）和对氨基苯基（

）等。

由于补强剂中的炭黑、白炭黑表面有各种活性基团（炭黑表面上有自由基、氢、羟基、羧基、内酯基、醌基；白炭黑表面上有羟基、硅氧烷基），导致炭黑、白炭黑在橡胶基体里面易团聚，不易分散，影响硫化胶的物理性能。功能性助剂具有对补强剂中的炭黑、白炭黑等物质在橡胶基体中增强分散的作用。

所述功能性助剂是在天然橡胶上添加功能性小分子制备，其天然橡胶部分与橡胶基材之间物理化学性质相近，从而在混炼时能够充分的在橡胶基材中分散，此外，补强剂中的炭黑表面上含有自由基、氢、羟基、羧基、内酯基、醌基等活性位点，白炭黑表面上含有多种形式的羟基（隔离羟基、相邻羟基和双羟基），导致补强剂在橡胶基体中不易分散，但功能性助剂含有特殊的化学结构（如：-NH-CO-），一方面，可以和炭黑、白炭黑表面的极性基团形成部分氢键；另一方面，功能性助剂特殊的化学结构（如：-NH-CO-）也可以生成自由基（氮原子上的氢原子比较活泼），从而，在所述功能性助剂在橡胶基材中分散的同时，促进了与之形成氢键或者共价键的炭黑、白炭黑等物质在橡胶基材中的分散，进而提高硫化胶的物理机械性能，使橡胶的抗撕裂性能、耐切割性能、耐疲劳性能和强力性能等大大增加。

同时，所述功能性助剂经过混炼后，可以和橡胶基材（NR、BR、SBR）形成共混物，共硫化后形成硫化胶。由于在天然橡胶分子链中引入少量功能性小分子化合物，可以破坏天然橡胶橡胶分子链的规整性，可以作为天然橡胶低温环境下的结晶抑制剂，有助于抑制天然橡胶在低温条件下的结晶趋势，由于所述功能性助剂在橡胶基材中的良好分散性，使其在橡胶基材中的分散更加均匀，影响范围更广，从而进一步增强对天然橡胶结晶趋势的抑制，提高橡胶组合物的耐寒性能。

本发明通过加入补强剂、防老剂、硫化剂、促进剂份、氧化锌、硬脂酸、防焦剂、硅烷偶联剂、增塑剂，进一步改善橡胶基材的各种特性，形成在低温环境下仍具有良好特性的橡胶组合物。

根据本发明的一个实施方式，所述补强剂为N100系炭黑、N200系炭黑、N300系炭黑和白炭黑的一种或两种以上并用。

本发明中将N100系炭黑、N200系炭黑、N300系炭黑和白炭黑混用，使补强剂包含不同粒径的炭黑，可以避免粒径大补强效果不好，以及粒径较小影响低温性能等问题。本发明选择四种不同粒径的补强剂进行混合，可以兼顾撕裂强度和耐低温性能。

本发明中选用的增塑剂，包括但不限于环保芳烃油、环烷油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯和烷基多苄基甲苯衍生物的一种或几种混用。

在橡胶组合物中，加入增塑剂能够促进补强剂的加入，但橡胶组合物的拉伸强度、撕裂强度等性能会有下降，本发明中控制补强剂和增塑剂之间的平衡，添加补强剂40-80份，增塑剂1-20份，可兼顾橡胶组合物的补强效果和增塑效果。

根据本发明的一个实施方式，防老剂包括，对苯二胺类防老剂0.5-2份；二氢化喹啉类防老剂0.5-1.5份；物理防老剂0.5-1.5份；2-巯基苯并咪唑（防老剂MB）0.5-1.5份。

本发明中所述对苯二胺类防老剂包括但不限于防老剂4020；所述二氢化喹啉类包括但不限于防老剂RD；物理防老剂包括但不限于微晶蜡，更优选的，按重量份数计，所述对苯二胺类防老剂为1份；所述二氢化喹啉类防老剂为1份；所述物理防老剂为1份；所述2-巯基苯并咪唑（防老剂MB）为1份，通过不同防老剂彼此间的协同作用，胶料的抗老化性能进一步提高。

根据本发明的一个实施方式，所述硫化剂为不溶性硫磺；所述不溶性硫磺包括但不限于IS7020，可以防止胶料喷霜，提高耐热、耐磨性能。

根据本发明的一个实施方式，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂，次磺酰胺类促进剂包括但不限于N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（促进剂CZ）或N,N-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（促进剂DZ），可缩短橡胶的硫化时间、降低硫化温度，减少硫化剂用量及提高橡胶的物理机械性能等。

根据本发明的一个实施方式，所述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺（防焦剂CTP），能有效地防止胶料在加工过程中发生焦烧，提高生产效率，对于已经受高热或有轻微焦烧的胶料具有复原作用。

所述硅烷偶联剂选0.5-3份，通过与白炭黑反应，可以降低动态生热，提高硫化胶的撕裂强度、定伸应力、拉伸强度等。

本发明中氧化锌1-7份、硬脂酸0.5-5份，将两者配合使用，可以活化整个硫化体系，提高硫化胶的交联密度，氧化锌还能提高硫化胶的耐热性。

本发明中添加的功能性助剂具有双重作用，一方面，对补强剂在橡胶基体中具有增强分散的作用（功能性助剂中所含特殊的化学结构可与炭黑、白炭黑形成部分氢键；同时可以和炭黑表面的自由基形成共价键），进而提高硫化胶的物理机械性能，使橡胶的抗撕裂性能、耐切割性能、耐疲劳性能和强力性能等大大增加；另一方面，在NR分子链中引入适量的小分子，可以破坏NR分子链的规整性，有助于抑制天然橡胶在低温条件下的结晶趋势，进一步提高橡胶组合物的耐寒性能。

根据本发明的一种实施方式，所述增塑剂为芳香烃油、环烷油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯和烷基多苄基甲苯衍生物中一种或两种以上并用。

根据本发明的一种实施方式，所述的橡胶组合物包含以下重量份数的组分：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份；功能性助剂5份；补强剂60份；防老剂4份；硫化剂4份；促进剂2份；氧化锌4份；硬脂酸3份；防焦剂0.5份；硅烷偶联剂2份；增塑剂10份。

图1示出了一种用于压雪车履带的橡胶组合物的制备方法流程图。

如图1所示，本发明还提供了一种用于压雪车履带的橡胶组合物的制备方法，包括，第一步骤S1，制备功能性助剂：所述功能性助剂以天然橡胶为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到，所述功能性小分子化合物为1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）及其衍生物；第二步骤S2，将密炼机初始温度控制在70℃-80℃，转速为60-80转/分钟，加入天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份和功能性助剂2-10份，混炼0.5-1分钟，得到第一产物；第三步骤S3，向第一产物中加入防老剂2-6.5份、氧化锌1-7份、硬脂酸0.5-5份和防焦剂0.1-1份，混炼1-1.5分钟，得到第二产物；第四步骤S4，向第二产物中加入补强剂40-80份、硅烷偶联剂0.5-3份和增塑剂1-20份，混炼2.5-3.5分钟，得到橡胶组合物的一段母炼胶；第五步骤S5，将一段母炼胶放入开炼机，加入硫化剂2-5份和促进剂0.7-3份，薄通6次，得到橡胶组合物的混炼胶；第六步骤S6，将混炼胶停放16小时以上，在150℃下硫化，得到橡胶组合物。

对比例1

将天然橡胶10份、顺丁橡胶20份和丁苯橡胶70份，加入密炼机中塑炼1min；将防老剂4份、氧化锌4份、硬脂酸3份、防焦剂0.5份加入密炼机内混炼1.5min；将硅烷偶联剂2份、补强剂60份、增塑剂10份加入密炼机内，混炼3min，得到一段母炼胶；将一段母炼胶放入开炼机，并加入硫化剂4份和促进剂2份，充分混炼均匀，下片得到混炼胶；然后，停放16h，在150℃下硫化30min，得到橡胶组合物，性能测试见表1。

实施例1

将天然橡胶10份、顺丁橡胶20份和丁苯橡胶70份以及功能性助剂2份，加入密炼机中塑炼1min；将防老剂4份、氧化锌4份、硬脂酸3份、防焦剂0.5份加入密炼机内混炼1.5min；将硅烷偶联剂2份、补强剂60份、增塑剂10份加入密炼机内，混炼3min，得到一段母炼胶；将一段母炼胶放入开炼机，并加入硫化剂4份和促进剂2份，充分混炼均匀，下片得到混炼胶；然后，停放16h，在150℃下硫化30min，得到橡胶组合物，性能测试见表1。

实施例2

将天然橡胶10份、顺丁橡胶20份和丁苯橡胶70份以及功能性助剂5份，加入密炼机中塑炼1min；将防老剂4份、氧化锌4份、硬脂酸3份、防焦剂0.5份加入密炼机内混炼1.5min；将硅烷偶联剂2份、补强剂60份、增塑剂10份加入密炼机内，混炼3min，得到一段母炼胶；将一段母炼胶放入开炼机，并加入硫化剂4份和促进剂2份，充分混炼均匀，下片得到混炼胶；然后，停放16h，在150℃下硫化30min，得到橡胶组合物，性能测试见表1。

实施例3

将天然橡胶10份、顺丁橡胶20份和丁苯橡胶70份以及功能性助剂10份，加入密炼机中塑炼1min；将防老剂4份、氧化锌4份、硬脂酸3份、防焦剂0.5份加入密炼机内混炼1.5min；将硅烷偶联剂2份、补强剂60份、增塑剂10份加入密炼机内，混炼3min，得到一段母炼胶；将一段母炼胶放入开炼机，并加入硫化剂4份和促进剂2份，充分混炼均匀，下片得到混炼胶；然后，停放16h，在150℃下硫化30min，得到橡胶组合物，性能测试见表1。

表1.

通过实验结论可知，

撕裂强度：实施例2＞实施例3＞实施例1＞对比例1；

拉伸强度：实施例3＞实施例2＞实施例1＞对比例1；

玻璃化转变温度T_g：实施例2＜实施例3＜实施例1＜对比例1；

-25℃储能模量：实施例2＜实施例1＜实施例3＜对比例1；

伸张断裂次数：实施例3=实施例2=实施例1＞对比例1；

切割损失率：实施例2＜实施例3＜实施例1＜对比例1。

加入助剂后，橡胶组合物的抗撕裂强度、拉伸强度均大大增强，橡胶组合物的玻璃化转变温度T_g大大降低，即耐寒性增强；橡胶组合物的-25℃储能模量均减少，即橡胶组合物结晶减少，耐寒性增强；橡胶组合物的伸张断裂次数增加，说明耐疲劳性大大增强；橡胶组合物的切割损失率均减少，说明耐切割性能大大增强；因此，功能性助剂不仅使橡胶的拉伸强度、抗撕裂强度、耐疲劳性能和耐切割性能等大大增加，还能抑制橡胶在低温条件下的结晶趋势，从而大大提高橡胶组合物的耐寒性能。

功能性助剂添加5份为最佳组分重量比，该组分可以使橡胶组合物综合性能最佳，从而获得性能优异的适用于压雪车履带的橡胶组合物。

本发明的用于压雪车履带的橡胶组合物，可同时具有良好的抗撕裂性能、耐寒性能、耐疲劳性能以及耐切割性能等，能够满足压雪车作业的严苛要求，可以提高压雪车履带的使用稳定性、安全性以及使用寿命。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (7)

1.一种用于压雪车履带的橡胶组合物，其特征在于，所述的橡胶组合物包含以下重量份数的组分：

天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份；

功能性助剂2-10份；

补强剂40-80份；

防老剂2-6.5份；

硫化剂2-5份；

促进剂0.7-3份；

氧化锌1-7份；

硬脂酸0.5-5份；

防焦剂0.1-1份；

硅烷偶联剂0.5-3份；

增塑剂1-20份；

所述天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶的并用比为20-5:30-5:50-90；

所述功能性助剂以天然橡胶为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到，所述功能性小分子化合物为1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）及其衍生物。

2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述补强剂为N100系炭黑、N200系炭黑、N300系炭黑和白炭黑的一种或两种以上并用。

3.根据权利要求1所述橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂包含以下重量份数的组分：

对苯二胺类防老剂0.5-2份；

二氢化喹啉类防老剂0.5-1.5份；

物理防老剂0.5-1.5份；

2-巯基苯并咪唑0.5-1.5份。

4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，

所述硫化剂为不溶性硫磺；

所述促进剂为次磺酰胺类促进剂；

所述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。

5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述增塑剂为芳香烃油、环烷油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯和烷基多苄基甲苯衍生物中一种或两种以上并用。

6.根据权利要求1所述橡胶组合物，其特征在于，所述的橡胶组合物包含以下重量份数的组分：天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份；功能性助剂5份；补强剂60份；防老剂4份；硫化剂4份；促进剂2份；氧化锌4份；硬脂酸3份；防焦剂0.5份；硅烷偶联剂2份；增塑剂10份。

7.一种用于压雪车履带的橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括，

第一步骤（S1），制备功能性助剂：所述功能性助剂以天然橡胶为原料，通过点击化学反应，将功能性小分子化合物接枝到天然橡胶的分子链中得到，所述功能性小分子化合物为1,2,4-三唑啉-3,5-二酮（TAD）及其衍生物；

第二步骤（S2），将密炼机初始温度控制在70℃-80℃，转速为60-80转/分钟，加入天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶共100份和功能性助剂2-10份，混炼0.5-1分钟，得到第一产物；

第三步骤（S3），向第一产物中加入防老剂2-6.5份、氧化锌1-7份、硬脂酸0.5-5份和防焦剂0.1-1份，混炼1-1.5分钟，得到第二产物；

第四步骤（S4），向第二产物中加入补强剂40-80份、硅烷偶联剂0.5-3份和增塑剂1-20份，混炼2.5-3.5分钟，得到橡胶组合物的一段母炼胶；

第五步骤（S5），将一段母炼胶放入开炼机，加入硫化剂2-5份和促进剂0.7-3份，薄通6次，得到橡胶组合物的混炼胶；

第六步骤（S6），将混炼胶停放16小时以上，在150℃下硫化，得到橡胶组合物。

Images