CN114058095A - 一种耐磨丁腈橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及橡胶制品领域，特别涉及一种耐磨丁腈橡胶及其制备方法。所述耐磨丁橡胶由以下重量份的原料制备而成：100份丁腈橡胶、4‑5份氧化锌、0.8‑1.3份硬脂酸、0.5‑1份聚乙烯蜡、1.5‑3份防老剂、2‑10份抗磨剂、60‑90份炭黑、5‑25份高岭土、6‑9份乙酰柠檬酸三丁酯、1.2‑1.5份硫化剂、1.5‑2.5份促进剂。本发明制备的橡胶材料具有耐磨、表面摩擦系数低、拉伸强度高、扯断伸长率高等特性。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶制品领域，特别涉及一种耐磨丁腈橡胶材料及其制备方法。
背景技术
丁腈橡胶(NBR)，是由丙烯腈与丁二烯单体聚合而成的共聚物，主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性好，广泛用于制作各种耐油橡胶制品。在某些工况条件下，橡胶耐磨性差导致制品易磨损，性能失效，特别是一些动态密封制品要求材料具有良好的耐磨性能，耐磨性能好能够延长橡胶制品的使用年限，提高整个产品的使用性能。
目前提高丁腈橡胶材料耐磨性的方法主要是采用高丙烯腈含量的丁腈橡胶并添加高耐磨炭黑，对胶料的耐磨性能改善有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种耐磨丁腈橡胶材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种耐磨丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料制备而成：100份丁腈橡胶、4-5份氧化锌、0.8-1.3份硬脂酸、0.5-1份聚乙烯蜡、1.5-3份防老剂、2-10份抗磨剂、60-90份炭黑、5-25份高岭土、6-9份乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、1.2-1.5份硫化剂、1.5-2.5份促进剂。
所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为30-50％。
所述炭黑为M8203、M8303、M8503中的至少一种。
所述防老剂为RD、4010NA。
所述硫化剂为硫磺。
所述的促进剂为促进剂CZ、促进剂DM。
在上述方案的基础上，进一步地，所述耐磨丁腈橡胶材料由以下重量份的原料制备而成：100份丁腈橡胶、4份氧化锌、0.8份硬脂酸、0.5份聚乙烯蜡、0.8份防老剂RD、0.8份防老剂4010NA、2.5份抗磨剂、20份炭黑M8203、45份炭黑M8303、7份ATBC油、6份高岭土、1.3份硫磺、1份促进剂DM、1份促进剂CZ。
优选耐磨丁腈橡胶材料的重量份配比，可以进一步降低耐磨丁腈橡胶制品的表面摩擦系数低，提高耐磨、拉伸强度和扯断伸长率。
进一步地，所述抗磨剂的制备方法为：
将纳米二硫化钼和聚乙二醇按照质量比为100:(1-2)置于球磨机内进行球磨，球磨转速为40-50r/min，所述聚乙二醇为PEG4000；
将纳米二硫化钼和聚乙二醇球磨达到温度130-150℃后，以10-15mL/min的速率滴入十二烷基溴化铵，所述十二烷基溴化铵和纳米二硫化钼的质量比为(1.5-2):100，然后继续球磨1-1.5h，制成抗磨剂。
本发明所述耐磨丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用开炼机在辊距0.5-1.5mm，辊温40-55℃的条件下对丁腈橡胶进行塑炼15-20min，停放4h以上，得到塑炼丁腈橡胶；
步骤2：将上述塑炼丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、聚乙烯蜡、防老剂、抗磨剂投入密炼机密炼，搅拌均匀，密炼时间为90-120s，密炼机转速为40-50r/min；
步骤3：将炭黑、ATBC油投入密炼机密炼，密炼时间为2-3min，期间将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边混合料，清扫时间为9-10s；
步骤4：将高岭土投入密炼机继续密炼4-7min，直至密炼机温度达到95-100℃时，将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边混合料，直至密炼机温度达到135-140℃；
步骤5：当密炼机温度升到135-140℃时，把密炼机中混合料倒在升料斗上，所述混合料通过升料斗，移到开炼机上，将辊筒间距调到1-3mm，薄通三遍，急速降温到60-80℃后出片，得到A胶；
步骤6：将得到的A胶冷却到常温时，再投入密炼机，将促进剂、硫化剂投入密炼机，与A胶通过密炼搅拌均匀，直至密炼机温度达到80℃后将混合料倒在升料斗上，通过升料斗将混合料移到开炼机上，将辊筒间距调到1-3mm，薄通三遍；根据相应的规格出片，得到成品。
本发明涉及的耐磨丁腈橡胶材料制备方法中，通过丁腈橡胶塑炼以及对混合料二次密炼、二次薄通，以及在制备工艺条件上的优化，使制得的成品同时满足耐磨、表面摩擦系数低、拉伸强度及扯断伸长率高的要求，且加工工序易于实现。
进一步地，所述密炼机的转速为43r/min，优选密炼机的转速条件，在保证混合料捏炼均匀的同时，减少混合料飞洒至密炼室周边。
进一步地，所述清扫投料口周边混合料的清扫时间为9-10s。优选清扫投料口周边的混合料的时间，在保证清扫干净的同时，提高清扫效率，节省工时。
进一步地，步骤1中将辊筒间距调到1mm，步骤5或步骤6中将辊筒间距调到2mm。优选开炼机中混合料的薄通厚度，可有效提高混炼胶的混炼效果，使混炼胶中的各组分进一步均匀分散。
本发明的有益效果在于：1、本发明对耐磨丁腈橡胶原料的成分及重量份配比进行了改良，在现有技术基础上提高了丁腈橡胶的耐磨性能；2、本发明采用乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)为增塑剂，具有环保特征，有利于混料可操作性和质量稳定性；3、本发明采用高耐磨炭黑、抗磨剂、聚乙烯蜡和高岭土协同并用，保证橡胶材料具有较高的耐磨性能和拉伸性能等；4、本发明采用硫磺加促进剂硫化体系，配比合理，赋予材料良好耐磨性能，同时后续加工工序简便。5、本发明制得的耐磨橡胶制品同时具有耐磨、表面摩擦系数低、拉伸强度高、扯断伸长率高特性。制得的耐磨橡胶制品阿克隆磨耗体积小于1cm3，拉伸强度达到20MPa，扯断伸长率达到280％。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键构思在于：本发明采用丁腈橡胶为生胶原料，采用了抗磨剂，并对各原料成分及重量份配比进行了改良，提高丁腈橡胶材料耐磨性能。
实施例1
一种耐磨丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料制备而成：
100份丁腈橡胶、4份氧化锌、0.8份硬脂酸、0.5份聚乙烯蜡、0.8份防老剂RD、0.8份防老剂4010NA、2.5份抗磨剂、20份炭黑M8203、45份炭黑M8303、7份ATBC油、6份高岭土、1.3份硫磺、1份促进剂DM、1份促进剂CZ。
所述抗磨剂的制备方法为：将纳米二硫化钼和PEG4000按质量比100:1.5置于球磨机内进行球磨，球磨转速45r/min，达到温度145℃后，以15mL/min的速率滴入十二烷基溴化铵，十二烷基溴化铵和纳米二硫化钼质量比为2:100，继续球磨1.5h，制成抗磨剂。
耐磨丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用开炼机在辊距1mm，辊温50℃的条件下对丁腈橡胶进行塑炼15min，停放8h，得到塑炼丁腈橡胶；
步骤2：将上述塑炼丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、聚乙烯蜡、RD、4010NA、抗磨剂投入密炼机密炼，搅拌均匀，密炼时间为90s，密炼机转速为43r/min；
步骤3：将炭黑M8203、炭黑M8303、ATBC油投入密炼机密炼，密炼时间为3min，密炼2min后将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边混合料，清扫时间为10s；
步骤4：将高岭土投入密炼机继续密炼，直至密炼机温度达到100℃时，将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边混合料，清扫时间为10s，直至密炼机温度达到140℃；
步骤5：当密炼机温度升到140℃时，把密炼机中的混合料倒在升料斗上，所述混合料通过升料斗，移到开炼机上，将辊筒间距调到2mm，薄通三遍，急速降温到70℃后出片，得到A胶；
步骤6：将得到的A胶冷却到常温时，再投入密炼机，将促进剂CZ、促进剂DM、硫磺投入密炼机，与A胶通过密炼搅拌均匀，直至密炼机温度达到80℃后将混合料倒在升料斗上，通过升料斗将混合料移到开炼机上，将辊筒间距调到2mm，薄通三遍；根据相应的规格出片，得到成品。
实施例2
一种耐磨丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料制备而成：
100份丁腈橡胶、4份氧化锌、0.9份硬脂酸、0.8份聚乙烯蜡、1.5份防老剂RD、3份抗磨剂、30份炭黑M8203、30份炭黑M8303、6份ATBC油、5份高岭土、1.2份硫磺、1.2份促进剂DM、0.8份促进剂CZ。
所述抗磨剂制备方法为：将纳米二硫化钼和PEG4000按质量比100:1置于球磨机内进行球磨，球磨转速40r/min，达到温度150℃后，以12mL/min的速率滴入十二烷基溴化铵，十二烷基溴化铵和纳米二硫化钼质量比为1.8:100，继续球磨1.5h，制成抗磨剂。
耐磨丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用开炼机在辊距1.5mm，辊温55℃的条件下对丁腈橡胶进行塑炼18min，停放10h，得到塑炼丁腈橡胶；
步骤2：将上述塑炼丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、聚乙烯蜡、RD、抗磨剂投入密炼机密炼，搅拌均匀，密炼时间为100s，密炼机转速为45r/min；
步骤3：将炭黑M8203、炭黑M8303、ATBC油投入密炼机密炼，密炼时间为3min，密炼2min后将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边的混合料，清扫时间为10s；
步骤4：将高岭土投入密炼机继续密炼，直至密炼机温度达到100℃时，将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边的混合料，清扫时间为10s，直至密炼机温度达到139℃；
步骤5：当密炼机温度升到139℃时，把密炼机中的混合料倒在升料斗上，所述混合料通过升料斗，移到开炼机上，将辊筒间距调到2mm，薄通三遍，急速降温到60℃后出片，得到A胶；
步骤6：将得到的A胶冷却到常温时，再投入密炼机，将促进剂CZ、促进剂DM、硫磺投入密炼机，与A胶通过密炼搅拌均匀，直至密炼机温度达到80℃后将混合料倒在升料斗上，通过升料斗将混合料移到开炼机上，将辊筒间距调到2mm，薄通三遍；根据相应的规格出片，得到成品。
实施例3
一种耐磨丁腈橡胶材料，由以下重量份的原料制备而成：
100份丁腈橡胶、5份氧化锌、1份硬脂酸、1份聚乙烯蜡、2份防老剂4010NA、10份抗磨剂、40份炭黑M8203、40份炭黑M8503、9份ATBC油、10份高岭土、1.5份硫磺、0.8份促进剂DM、1.5份促进剂CZ。
所述抗磨剂的制备方法为：将纳米二硫化钼和PEG4000按质量比100:2置于球磨机内进行球磨，球磨转速50r/min，达到温度140℃后，以15mL/min的速率滴入十二烷基溴化铵，十二烷基溴化铵和纳米二硫化钼质量比为1.5:100，继续球磨1.5h，制成抗磨剂。
一种耐磨丁腈橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用开炼机在辊距1.5mm，辊温45℃的条件下对丁腈橡胶进行塑炼16min，停放8h，得塑炼丁腈橡胶；
步骤2：将上述塑炼丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、聚乙烯蜡、4010NA、抗磨剂投入密炼机密炼，搅拌均匀，密炼时间为110s，密炼机转速为45r/min；
步骤3：将炭黑M8203、炭黑M8503、ATBC油投入密炼机密炼，密炼时间为2.5min，密炼1.5min后将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边的混合料，清扫时间为10s；
步骤4：将高岭土投入密炼机继续密炼，直至密炼机温度达到100℃时，将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边的混合料，清扫时间为10s，直至密炼机温度达到135℃；
步骤5：当密炼机温度升到135℃时，把密炼机中的混合料倒在升料斗上，所述混合料通过升料斗，移到开炼机上，将辊筒间距调到3mm，薄通三遍，急速降温到80℃后出片，得到A胶；
步骤6：将得到的A胶冷却到常温时，再投入密炼机，将促进剂CZ、促进剂DM、硫化剂S投入密炼机，与A胶通过密炼搅拌均匀，直至密炼机温度达到80℃后将混合料倒在升料斗上，通过升料斗将混合料移到开炼机上，将辊筒间距调到3mm，薄通三遍；根据相应的规格出片，得到成品。
上述实施例测试结果见表1，可见本发明对耐磨丁腈橡胶材料的原料的成分及重量份配比进行了改良，提高了耐磨的性能，使制得的耐磨橡胶制品同时具有耐磨、表面摩擦系数低、拉伸强度高、扯断伸长率高特性。使制得的耐磨橡胶制品阿克隆磨耗体积小于1cm3，拉伸强度达到20MPa，扯断伸长率达到280％。
表1
本发明涉及的耐磨丁腈橡胶材料，通过丁腈橡胶的塑炼以及对混合料的二次密炼、二次薄通，以及在制备工艺条件上的优化，使制得的成品同时满足耐磨、表面摩擦系数低、拉伸强度及扯断伸长率高的要求，且加工工序易于实现；所述清扫投料口周边的混合料的清扫时间为9-10s，优选清扫投料口周边的混合料的时间，在保证清扫干净的同时，提高清扫效率，节省工时；所述密炼机的转速为43r/min，优选密炼机的转速条件，在保证混合料捏炼均匀的同时，减少混合料飞洒至密炼室周边；所述步骤1中将辊筒间距调到1mm、步骤5或步骤6中将辊筒间距调到2mm，优选开炼机中混合料的薄通厚度，可有效提高混炼胶的混炼效果，使混炼胶中的各组分均匀分散。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种耐磨丁腈橡胶材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：100份丁腈橡胶、4-5份氧化锌、0.8-1.3份硬脂酸、0.5-1份聚乙烯蜡、1.5-3份防老剂、2-10份抗磨剂、60-90份炭黑、5-25份高岭土、6-9份乙酰柠檬酸三丁酯、1.2-1.5份硫化剂、1.5-2.5份促进剂。
2.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶材料，其特征在于，所述丁腈橡胶的丙烯腈含量为30-50%，所述炭黑为M8203、M8303、M8503中的至少一种，所述防老剂为RD、4010NA，所述硫化剂为硫磺，所述促进剂为促进剂CZ、促进剂DM。
3.根据权利要求2所述的耐磨丁腈橡胶材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：100份丁腈橡胶、4份氧化锌、0.8份硬脂酸、0.5份聚乙烯蜡、0.8份防老剂RD、0.8份防老剂4010NA、2.5份抗磨剂、20份炭黑M8203、45份炭黑M8303、7份乙酰柠檬酸三丁酯、6份高岭土、1.3份硫磺、1份促进剂DM、1份促进剂CZ。
4.根据权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶材料，其特征在于，所述抗磨剂的制备方法为：将纳米二硫化钼和聚乙二醇按质量比100:（1-2）置于球磨机内进行球磨，球磨转速40-50r/min，达到温度130-150 ℃后，以10-15 mL/min的速率滴入十二烷基溴化铵，十二烷基溴化铵和纳米二硫化钼质量比为（1.5-2）: 100 ，继续球磨1-1.5 h，制成抗磨剂。
5.一种如权利要求1所述的耐磨丁腈橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：使用开炼机在辊距0.5-1.5 mm，辊温40-55 ℃的条件下对丁腈橡胶进行塑炼15-20 min，停放4 h以上，得到塑炼丁腈橡胶；
步骤2：将上述塑炼丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、聚乙烯蜡、防老剂、抗磨剂投入密炼机密炼，搅拌均匀，密炼时间为90 -120 s，密炼机转速为40-50 r/min；
步骤3：将炭黑、乙酰柠檬酸三丁酯投入密炼机密炼，密炼时间为2-3 min，期间将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边的混合料；
步骤4：将高岭土投入密炼机继续密炼，直至密炼机温度达到95-100℃时，将密炼机设备内部的加压栓升起一次，清扫投料口周边的混合料，直至密炼机温度达到135-140 ℃；
步骤5：当密炼机温度升到135-140 ℃时，把密炼机中的混合料倒在升料斗上，所述混合料通过升料斗，移到开炼机上，将辊筒间距调到1-3 mm，薄通三遍，急速降温到60-80 ℃后出片，得到A胶；
步骤6：将得到的A胶冷却到常温，再投入密炼机，将促进剂、硫化剂投入密炼机，与A胶通过密炼搅拌均匀，直至密炼机温度达到80 ℃后将混合料倒在升料斗上，通过升料斗将混合料移到开炼机上，将辊筒间距调到1-3 mm，薄通三遍；根据相应的规格出片，得到成品。
6.根据权利要求5所述的耐磨丁腈橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述清扫投料口周边混合料的清扫时间为9-10 s。
7.根据权利要求5所述的耐磨丁腈橡胶材料制备方法，其特征在于，所述密炼机的转速设为43 r/min。
8.根据权利要求5所述的耐磨丁腈橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中将辊筒间距调到1 mm，步骤5或步骤6中将辊筒间距调到2 mm。
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