CN113817240B - 一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，40‑80份功能补强剂、5‑10份活化剂、1‑3份防老剂、20‑40份环保增塑剂、5‑15份硫化剂、4‑10份硫化促进剂；其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶中丙烯腈的含量为小于等于24%；所述功能补强剂为CF炭黑；所述活化剂为氨基甲烷。同时，本发明还公开所述橡胶材料的制备方法。所述丁腈橡胶材料具有优异的耐热氧高温老化、低温脆性性能和力学性能。

Description

一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶制备技术领域，具体涉及一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料及其制备方法。
背景技术
目前，几乎所有的工程橡胶制品，特别是支座类橡胶制品，对耐天候都提出了比较高的要求，个别的要求在全天候使用寿命60-80年，有的要求甚至100年以上。橡胶热氧老化的祸根在于它的不饱和键上。一些通用合成橡胶每1000个碳原子就含有150个至250个双键，这些部位最容易发生化学反应，所以它们的热氧老化性能都不好。橡胶的老化虽然不可能完全避免，但是可以延缓，最方便有效的措施就是加入防老剂。防老剂能捕捉橡胶热氧老化过程产生的活性物质，从而起到保护橡胶的作用。防老剂的种类繁多，比较常用的有胺类和酚类两大系列，加入量一般为橡胶重量的1%至1.5%。
老化是在各种外部因素影响下橡胶结构发生变化的结果，其中最普遍的是热和氧作用下产生的热氧老化，多为耐天候老化。 橡胶加热到一定温度还会发生降解。橡胶热稳定性的好坏主要取决于其化学组成和结构。在通用橡胶中，丁腈橡胶的耐天候老化性能相较于其天候环境实际使用要求来说差强人意。 因此研究具有耐老化性能的丁腈橡胶有巨大的经济价值。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本申请公开一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料及其制备方法，所述丁腈橡胶材料具有较好的耐热氧高温老化、低温脆性性能。
一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，40-80份功能补强剂、5-10份活化剂、1-3份防老剂、20-40份环保增塑剂、5-15份硫化剂、4-10份硫化促进剂；
其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶中丙烯腈的含量为小于等于24%。
所述功能补强剂为CF炭黑；
所述活化剂为氨基甲烷。
优选地，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶为丁腈橡胶1965。
优选地，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶在所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料中的质量分数≥40%。
优选地，所述防老剂为防老剂AP、防老剂4010NA、防老剂4010、防老剂NBC、防老剂BLE中的任意一种或者任意两种。
优选地，所述环保增塑剂为增塑剂RS-107、增塑剂RS-735、3-羟基-3-羧基戊二酸三丁酯中的任意一种。
优选地，所述硫化剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、硫磺、氧化镁，氧化锌、2,5-二甲基-二叔丁基过氧化己烷、2,4-二氯过氧化苯甲酰中的任意一种或任意两种。
优选地，所述硫化促进剂为促进剂CZ、促进剂TCY、促进剂TMTD、促进剂TRA、促进剂DTDM、促进剂TAIC中的任意一种或任意两种。
所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混炼：将低丙烯腈含量的丁腈橡胶加入密炼机，然后向其中加入功能补强剂、活化剂、防老剂进行密炼，然后加入环保增塑剂进行混炼，将混炼得到的混炼胶排出，通入开炼机中薄通4-6次后，出胶片挂晾，将胶片停放24小时后再次放入开炼机中并加入硫化剂、硫化促进剂，薄通6-8次后出片冷却，得到混炼胶片；
（2）硫化：将混炼胶片停放24h后，再将混炼胶片热炼得到返炼胶，排胶温度为135-150℃，将返炼胶装入模具，进行硫化，即可。
优选地，所述密炼的条件为：密炼机的转速为50-70r/min，密炼时间为4-8min。
优选地，所述混炼的条件为：在140-160℃下混炼≥8min。
优选地，所述硫化的条件为：硫化时间为8-12min、硫化温度为160-180℃、硫化压力为15-18MPa。
本发明的优点：
（1）本发明制备得到的丁腈橡胶材料具有较好的耐热氧高温老化、低温脆性性能，二者可以同时兼顾，提高了耐天候老化性能，使得丁腈橡胶材料适用的军用、航空航天以及新能源汽车等行业的应用范围进一步得到扩充；
（2）提高了丁腈橡胶制品的耐天候老化性能，大大延长了丁腈橡胶的使用寿命；
（3）所述丁腈橡胶为环保友好型材料，具有深远的社会效益。
具体实施方式
实施例1
一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，40份功能补强剂、5份活化剂、2份防老剂、20份环保增塑剂、5份硫化剂、5份硫化促进剂；
其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶为丁腈橡胶1965；
所述功能补强剂为CF炭黑；
所述活化剂为氨基甲烷；
所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶在所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料中的质量分数为56.5%；
所述防老剂为质量比为3:1的防老剂AP与防老剂4010的混合物；
所述环保增塑剂为增塑剂RS-107；
所述硫化剂为等质量的过氧化二异丙苯与硫磺的混合物；
所述硫化促进剂为促进剂TAIC。
所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混炼：将低丙烯腈含量的丁腈橡胶加入密炼机，然后向其中加入功能补强剂、活化剂、防老剂进行密炼，其中，密炼机的转速为50r/min，密炼时间为4min；然后加入环保增塑剂进行混炼，在140℃下混炼8min，将混炼得到的混炼胶排出，通入开炼机中薄通6次后，出胶片挂晾，将胶片停放24小时后再次放入开炼机中并加入硫化剂、硫化促进剂，薄通6次后出片冷却，得到混炼胶片；
（2）硫化：将混炼胶片停放24h后，再将混炼胶片热炼得到返炼胶，排胶温度140℃，将返炼胶装入模具，在160℃、15MPa下硫化8min，即可。
实施例2
一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，55份功能补强剂、7份活化剂、2份防老剂、24份环保增塑剂、6份硫化剂、6份硫化促进剂；
其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶为丁腈橡胶1965；
所述功能补强剂为CF炭黑；
所述活化剂为氨基甲烷；
所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶在所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料中的质量分数为50%；
所述防老剂为质量比为1:1的防老剂AP与防老剂4010的混合物；
所述环保增塑剂为增塑剂RS-107；
所述硫化剂为质量比为2:1的过氧化二异丙苯与硫磺的混合物；
所述硫化促进剂为质量比为2:1的促进剂CZ与促进剂TMTD的混合物。
所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混炼：将低丙烯腈含量的丁腈橡胶加入密炼机，然后向其中加入功能补强剂、活化剂、防老剂进行密炼，其中，密炼机的转速为68r/min，密炼时间为7min；然后加入环保增塑剂进行混炼，在155℃下混炼10min，将混炼得到的混炼胶排出，通入开炼机中薄通6次后，出胶片挂晾，将胶片停放24小时后再次放入开炼机中并加入硫化剂、硫化促进剂，薄通7次后出片冷却，得到混炼胶片；
（2）硫化：将混炼胶片停放24h后，再将混炼胶片热炼得到返炼胶，排胶温度145℃，将返炼胶装入模具，在171℃、17MPa下硫化12min，即可。
实施例3
一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，70份功能补强剂、8份活化剂、3份防老剂、30份环保增塑剂、6份硫化剂、4份硫化促进剂；
其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶为丁腈橡胶1965；
所述功能补强剂为CF炭黑；
所述活化剂为氨基甲烷；
所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶在所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料中的质量分数为45.2%；
所述防老剂为质量比为1:1的防老剂AP与防老剂4010的混合物；
所述环保增塑剂为增塑剂RS-107；
所述硫化剂为质量比为3:1的过氧化二异丙苯与硫磺的混合物；
所述硫化促进剂为质量比为3:1的促进剂CZ与促进剂TMTD的混合物。
所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混炼：将低丙烯腈含量的丁腈橡胶加入密炼机，然后向其中加入功能补强剂、活化剂、防老剂进行密炼，其中，密炼机的转速为70r/min，密炼时间为8min；然后加入环保增塑剂进行混炼，在160℃下混炼10min，将混炼得到的混炼胶排出，通入开炼机中薄通6次后，出胶片挂晾，将胶片停放24小时后再次放入开炼机中并加入硫化剂、硫化促进剂，薄通7次后出片冷却，得到混炼胶片；
（2）硫化：将混炼胶片停放24h后，再将混炼胶片热炼得到返炼胶，排胶温度150℃，将返炼胶装入模具，在175℃、18MPa下硫化11min，即可。
实施例4
一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，70份功能补强剂、10份活化剂、1份防老剂、40份环保增塑剂、15份硫化剂、10份硫化促进剂；
其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶为丁腈橡胶1965；
所述功能补强剂为CF炭黑；
所述活化剂为氨基甲烷；
所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶在所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料中的质量分数为40.6%；
所述防老剂为质量比为3:1的防老剂NBC与防老剂4010NA的混合物；
所述环保增塑剂为增塑剂RS-735；
所述硫化剂为等质量的过氧化苯甲酰与氧化镁的混合物；
所述硫化促进剂为促进剂TCY。
所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）混炼：将低丙烯腈含量的丁腈橡胶加入密炼机，然后向其中加入功能补强剂、活化剂、防老剂进行密炼，其中，密炼机的转速为50r/min，密炼时间为8min；然后加入环保增塑剂进行混炼，在140℃下混炼8min，将混炼得到的混炼胶排出，通入开炼机中薄通6次后，出胶片挂晾，将胶片停放24小时后再次放入开炼机中并加入硫化剂、硫化促进剂，薄通8次后出片冷却，得到混炼胶片；
（2）硫化：将混炼胶片停放24h后，再将混炼胶片热炼得到返炼胶，排胶温度148℃，将返炼胶装入模具，在180℃、15MPa下硫化8min，即可。
实施例5
一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，80份功能补强剂、5份活化剂、1份防老剂、40份环保增塑剂、10份硫化剂、4份硫化促进剂；
其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶为丁腈橡胶1965；
所述功能补强剂为CF炭黑；
所述活化剂为氨基甲烷；
所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶在所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料中的质量分数为41.7%；
所述防老剂为防老剂BLE；
所述环保增塑剂为3-羟基-3-羧基戊二酸三丁酯；
所述硫化剂为等质量的氧化锌与2,5-二甲基-二叔丁基过氧化己烷的混合物；
所述硫化促进剂为等质量的促进剂TRA与促进剂DTDM的混合物。
所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，同实施例1。
对比例1
功能补强剂采用现有技术中的半补强炭黑N774，其他同实施例1。
对比例2
活化剂采用现有技术中的硬脂酸锌，其他同实施例1。
对比例3
功能补强剂采用现有技术中的半补强炭黑N774，活化剂采用现有技术中的硬脂酸锌，其他同实施例1。
性能检测
一. 检测各实施例和对比例丁腈橡胶材料的性能，其中，性能变化率P（%），经过28天的日光曝晒后，参照标准GB14835执行实验测试，结果见表1。
表1 各实施例和对比例丁腈橡胶材料的性能
Figure 63026DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，本发明中，制备得到的丁腈橡胶材料具有优异的基本力学、耐热氧高温老化、低温脆性性能；同时使用CF炭黑和氨基甲烷，对丁腈橡胶材料的耐热氧高温老化、低温脆性性能、压缩永久变形有着协同增强的作用，分别使用功能补强剂炭黑N774以及活化剂硬脂酸锌，得到的橡胶材料的综合性能明显弱于本发明橡胶材料。
二. CF炭黑的重量份的变化对橡胶材料性能的影响
不同CF炭黑质量份数对橡胶材料力学影响，其它组份均为定值且检测条件相同，检测结果见表2。
表2 不同重量份的CF炭黑对橡胶材料的性能影响结果
Figure 108342DEST_PATH_IMAGE002
通过表2可知，随着CF炭黑质量分数的不断增加，耐天候老化环保丁腈橡胶材料的拉伸强度、撕裂强度等先升高后降低，压缩永久变形有稍微的降低；经过28天的日光曝晒后，参照标准GB14835执行实验测试，得到：随着CF炭黑质量添加量的增加，曝晒的辐照量一定的情况下，材料的性能变化率越来越小。

Claims (10)

1.一种耐天候老化环保丁腈橡胶材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：100份低丙烯腈含量的丁腈橡胶，40-80份功能补强剂、5-10份活化剂、1-3份防老剂、20-40份环保增塑剂、5-15份硫化剂、4-10份硫化促进剂；
其中，所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶中丙烯腈的含量为小于等于24%；
所述功能补强剂为CF炭黑；所述活化剂为氨基甲烷。
2.根据权利要求1所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料，其特征在于：所述低丙烯腈含量的丁腈橡胶在所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料中的质量分数≥40%。
3.根据权利要求1或2所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料，其特征在于：所述防老剂为防老剂AP、防老剂4010NA、防老剂4010、防老剂NBC、防老剂BLE中的任意一种或者任意两种。
4.根据权利要求1或2所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料，其特征在于：所述环保增塑剂为增塑剂RS-107、增塑剂RS-735、3-羟基-3-羧基戊二酸三丁酯中的任意一种。
5.根据权利要求1或2所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料，其特征在于：所述硫化剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、硫磺、氧化镁，氧化锌、2,5-二甲基-二叔丁基过氧化己烷、2,4-二氯过氧化苯甲酰中的任意一种或任意两种。
6.根据权利要求1或2所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料，其特征在于：所述硫化促进剂为促进剂CZ、促进剂TCY、促进剂TMTD、促进剂TRA、促进剂DTDM、促进剂TAIC中的任意一种或任意两种。
7.根据权利要求1或2所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）混炼：将低丙烯腈含量的丁腈橡胶加入密炼机，然后向其中加入功能补强剂、活化剂、防老剂进行密炼，然后加入环保增塑剂进行混炼，将混炼得到的混炼胶排出，通入开炼机中薄通4-6次后，出胶片挂晾，将胶片停放24小时后再次放入开炼机中并加入硫化剂、硫化促进剂，薄通6-8次后出片冷却，得到混炼胶片；
（2）硫化：将混炼胶片停放24h后，再将混炼胶片热炼得到返炼胶，排胶温度为135-150℃，将返炼胶装入模具，进行硫化，即可。
8.根据权利要求7所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述密炼的条件为：密炼机的转速为50-70r/min，密炼时间为4-8min。
9.根据权利要求8所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述混炼的条件为：在140-160℃下混炼≥8min。
10.根据权利要求9所述耐天候老化环保丁腈橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述硫化的条件为：硫化时间为8-12min、硫化温度为160-180℃、硫化压力为15-18MPa。
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