CN114672081B - 一种用于空气弹簧的橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及橡胶组合物领域，具体涉及一种用于空气弹簧的橡胶组合物及其制备方法。本发明首先提供一种用于空气弹簧的橡胶组合物，按重量份计，所述橡胶组合物包括：100份氯丁橡胶、25～50份补强剂；所述补强剂包括质量比为(20～35)：(5～15)的炭黑和白炭黑。本发明通过合理的配方设计，使橡胶组合物在囊皮较薄的情况下达到了优异的材料力学性能、耐疲劳性能和抗老化性能，其拉伸强度达23MPa以上，扯断伸长率达500％以上，从而使空气弹簧兼具舒适性及各项性能，在汽车(尤其包括新能源汽车)生产中得到很好的应用。同时，本发明原料简单易得，工艺简单，且成本较低，有利于在大批量生产中进行推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶组合物领域，具体涉及一种用于空气弹簧的橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业和交通运输业的高速发展，人们对汽车的乘坐舒适性和平稳性等有了更高的要求。橡胶空气弹簧作为一种利用空气压缩弹性进行工作的柔性弹性密闭容器件，在汽车的减震、缓冲和高频隔震方面有着不可替代的作用。但目前国内市场上的汽车用橡胶空气弹簧主要为进口产品，价格较高，国内产品空气弹簧囊皮较厚，舒适性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异的材料力学性能、良好的加工工艺性能、优异的耐疲劳性能、优异的抗老化性能的用于空气弹簧的橡胶组合物及其制备方法。
具体而言，本发明首先提供一种用于空气弹簧的橡胶组合物，按重量份计，所述橡胶组合物包括：100份氯丁橡胶、25～50份补强剂；
所述补强剂包括质量比为(20～35)：(5～15)的炭黑和白炭黑。
本发明发现，通过上述配方，可以在降低囊皮厚度的情况下，进一步兼顾并改善橡胶组合物的材料力学性能、耐疲劳性能和抗老化性能。其中，氯丁橡胶本身具有较优的有良好的物理机械性能，良好的耐油，耐老化，耐酸碱性能，但其在单独作为橡胶基体时会具有粘棍、加工困难的缺陷，而复配后的补强剂则可以改善其加工性能，从而弥补上述缺陷，使橡胶材料的各方面性能更优。
作为优选，所述氯丁橡胶为日本电气化学公司(DENKA)的氯丁橡胶S-40V。在本发明组合物中使用该牌号橡胶时，橡胶结晶速度很慢，更加不易粘棍和污染模具，且生产的橡胶有更优的强度。
作为优选，所述炭黑包括质量比为(10～15)：(10～20)的炭黑N330和炭黑N660时，橡胶组合物的硬度和扯断伸长率更优。
作为优选，所述白炭黑用氮气测定的BET表面积为120～200m2/g，邻苯二甲酸二丁酯吸收值为2.00～3.50cm3/g，并且当该白炭黑分散在水中形成5％的水溶液时其pH值为5.0～8.0。
作为优选，所述橡胶组合物还包括：4～8份活性剂；
所述活性剂包括质量比为(2～7)：(1～2)的纳米氧化锌和硬脂酸；
优选所述纳米氧化锌包括80％粒径为100nm以下的一次粒子和20％粒径为100nm以上的一次粒子。
作为优选，所述橡胶组合物还包括：3～5份氧化镁，其在本发明组合物中作为硫化剂使用。
作为优选，所述橡胶组合物还包括：2～4份防老剂；
所述防老剂包括质量比为(1～3)：(1～2)的防老剂4020和防老剂RD。
作为优选，所述橡胶组合物还包括：1～3份促进剂；
所述促进剂包括质量比为(0.5～2.5)：(0.5～1)的促进剂NA-22和促进剂CZ。
本领域人员可根据常识对上述方案进行组合，得到有关本发明橡胶组合物的较优实施例。
作为本发明的一种优选实施方式，所述橡胶组合物包括如下重量份组分：
本发明还提供一种制备所述的用于空气弹簧的橡胶组合物的方法，其包括：
将氯丁橡胶与除硫化体系外的所有配合剂进行第一混炼，并在100～115℃下排胶，得到母炼胶；
将所述母炼胶与硫化体系的配合剂进行第二混炼，并在95～105℃排胶，得到终炼胶。
本领域人员知晓，上述的“除硫化体系外的所有配合剂”一般包括补强剂、活性剂和防老剂，“硫化体系的配合剂”一般包括硫化剂和促进剂。
作为优选的实施方案，所述第一混炼的时间为3～4分钟。
作为优选的实施方案，得到母炼胶后，将胶片停放4～8小时，而后进行所述第二混炼。
作为优选的实施方案，所述第二混炼的时间为1～3分钟。
作为优选的实施方案，所述的第一混炼及第二混炼在密炼机中进行。
本领域人员可依照常识对上述的方案进行组合，得到有关本发明制备方法的较优实施例。
进一步的，本发明还提供一种空气弹簧用橡胶成型体，所述空气弹簧用橡胶成型体通过硫化所述的用于空气弹簧的橡胶组合物而形成。
作为优选，硫化温度为155～165℃。
作为优选方案，硫化时间为5～15min。
本发明的橡胶组合物和空气弹簧用橡胶成型体可应用于汽车(比如新能源汽车)中。
本发明的有益效果如下：
本发明通过合理的配方设计，使橡胶组合物在囊皮较薄的情况下达到了优异的材料力学性能、耐疲劳性能和抗老化性能，其拉伸强度达23MPa以上，扯断伸长率达500％以上，从而使空气弹簧兼具舒适性及各项性能，在汽车(尤其包括新能源汽车)生产中得到很好的应用。同时，本发明原料简单易得，工艺简单，且成本较低，有利于在大批量生产中进行推广应用。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例中所使用的白炭黑通过市售途径获得，且符合如下参数要求：用氮气测定的BET表面积为120～200m2/g，邻苯二甲酸二丁酯吸收值为2.00～3.50cm3/g，并且当该白炭黑分散在水中形成5％的水溶液时其pH值为5.0～8.0。
以下实施例中所使用的纳米氧化锌包括80％粒径为100nm以下的一次粒子和20％粒径为100nm以上的一次粒子。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
本实施例首先提供一种用于空气弹簧的橡胶组合物，按重量份计，其配方如下：
本实施例进一步提供上述橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：在密炼机中加入氯丁橡胶、炭黑、白炭黑以及除硫化体系外的所有配合剂，混炼3分钟，而后在105℃的温度下排胶，得到母炼胶；将胶片停放8小时后，在密炼机中加入母炼胶、所有硫化体系的配合剂，混炼2分钟，在100℃的温度下排胶，得到终炼胶。
用蒸汽平板硫化机硫化试样，条件为：温度161℃，时间为10min。
实施例2
本实施例首先提供一种用于空气弹簧的橡胶组合物，按重量份计，其配方如下：
本实施例进一步提供上述橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：在密炼机中加入氯丁橡胶、炭黑、白炭黑以及除硫化体系外的所有配合剂，混炼3分钟，而后在105℃的温度下排胶，得到母炼胶；将胶片停放8小时后，在密炼机中加入母炼胶、所有硫化体系的配合剂，混炼2分钟，在100℃的温度下排胶，得到终炼胶。
用蒸汽平板硫化机硫化试样，条件为：温度161℃，时间为10min。
实施例3
本实施例首先提供一种用于空气弹簧的橡胶组合物，按重量份计，其配方如下：
本实施例进一步提供上述橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：在密炼机中加入氯丁橡胶、炭黑、白炭黑以及除硫化体系外的所有配合剂，混炼3分钟，而后在105℃的温度下排胶，得到母炼胶；将胶片停放8小时后，在密炼机中加入母炼胶、所有硫化体系的配合剂，混炼2分钟，在95～105℃的温度下排胶，得到终炼胶。
用蒸汽平板硫化机硫化试样，条件为：温度161℃，时间分别为10min。
实施例4
本实施例首先提供一种用于空气弹簧的橡胶组合物，按其与实施例1的区别仅在于，炭黑的选用不同，具体为：将N330和N660分别等量替换为N326和N774。
其制备方法同实施例1。
具体的，按重量份计，其配方如下：
本实施例进一步提供上述橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：在密炼机中加入氯丁橡胶、炭黑、白炭黑以及除硫化体系外的所有配合剂，混炼3分钟，而后在105℃的温度下排胶，得到母炼胶；将胶片停放8小时后，在密炼机中加入母炼胶、所有硫化体系的配合剂，混炼2分钟，在100℃的温度下排胶，得到终炼胶。
用蒸汽平板硫化机硫化试样，条件为：温度161℃，时间分别为10min。
对比例1
本对比例提供一种橡胶组合物，其与实施例1的区别仅在于，补强剂配比不同，具体为：
其制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例提供一种橡胶组合物，按重量份计，其配方如下：
外层胶：
骨架层胶：
内层胶：
所述橡胶组合物通过如下方法制得：在密炼机中加入天然橡胶、氯化丁基橡胶、氯丁橡胶、炭黑、白炭黑以及除硫化体系外的所有配合剂，混炼4分钟，而后在140℃范围内排胶，完成一段母炼胶的制备；胶片停放8小时后，在密炼机中加入二段母炼胶、所有硫化体系的配合剂，混炼2分钟，温度在100℃范围内排胶，完成终炼胶的制备。用蒸汽平板硫化机硫化试样，条件为：温度161℃，时间分别为10min。
实验例
1、按国家标准(邵尔A硬度参照标准：GB/T6031-2017硫化橡胶或热塑性橡胶硬度的测定，拉伸强度、扯断伸长率参照标准：GB/T528-92硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定，屈挠参照标准：GB/T1687.4-2021硫化橡胶在屈挠试验中温升和耐疲劳性能的测定)对实施例及对比例橡胶组合物测试性能，实施例1～4及对比例1的具体性能测试结果见表1，对比例2的具体性能测试结果见表2。
表1
表2
2、将实施例及对比例配方进行炼胶、压延、成型、硫化等工艺制作成空气弹簧，将所得产品进行性能测试(老化性能、气囊24h的内降压、台架寿命参考GB/T 13061—91汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊，层间粘合强度参考GB/T 532—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定》)，结果见表3。
表3
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (22)
1.一种用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，按重量份计，所述橡胶组合物包括：100份氯丁橡胶、25～50份补强剂；
所述补强剂包括质量比为(20～35)：(5～15)的炭黑和白炭黑；所述炭黑包括质量比为(10～15)：(10～20)的炭黑N330和炭黑N660。
2.根据权利要求1所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述氯丁橡胶为氯丁橡胶S-40V。
3.根据权利要求1或2所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述白炭黑用氮气测定的BET表面积为120～200m2/g，邻苯二甲酸二丁酯吸收值为2.00～3.50cm3/g，并且当该白炭黑分散在水中形成5％的水溶液时其pH值为5.0～8.0。
4.根据权利要求1或2所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：4～8份活性剂；
所述活性剂包括质量比为(2～7)：(1～2)的纳米氧化锌和硬脂酸。
5.根据权利要求3所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：4～8份活性剂；
所述活性剂包括质量比为(2～7)：(1～2)的纳米氧化锌和硬脂酸。
6.根据权利要求4所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述纳米氧化锌包括80％粒径为100nm以下的一次粒子和20％粒径为100nm以上的一次粒子。
7.根据权利要求5所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述纳米氧化锌包括80％粒径为100nm以下的一次粒子和20％粒径为100nm以上的一次粒子。
8.根据权利要求1～2、5～7中任一项所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：3～5份氧化镁。
9.根据权利要求3所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：3～5份氧化镁。
10.根据权利要求4所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：3～5份氧化镁。
11.根据权利要求1～2、5～7、9～10中任一项所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：2～4份防老剂；
所述防老剂包括质量比为(1～3)：(1～2)的防老剂4020和防老剂RD。
12.根据权利要求3所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：2～4份防老剂；
所述防老剂包括质量比为(1～3)：(1～2)的防老剂4020和防老剂RD。
13.根据权利要求4所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：2～4份防老剂；
所述防老剂包括质量比为(1～3)：(1～2)的防老剂4020和防老剂RD。
14.根据权利要求8所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：2～4份防老剂；
所述防老剂包括质量比为(1～3)：(1～2)的防老剂4020和防老剂RD。
15.根据权利要求1～2、5～7、9～10、12～14中任一项所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：1～3份促进剂；
所述促进剂包括质量比为(0.5～2.5)：(0.5～1)的促进剂NA-22和促进剂CZ。
16.根据权利要求3所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：1～3份促进剂；
所述促进剂包括质量比为(0.5～2.5)：(0.5～1)的促进剂NA-22和促进剂CZ。
17.根据权利要求4所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：1～3份促进剂；
所述促进剂包括质量比为(0.5～2.5)：(0.5～1)的促进剂NA-22和促进剂CZ。
18.根据权利要求8所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：1～3份促进剂；
所述促进剂包括质量比为(0.5～2.5)：(0.5～1)的促进剂NA-22和促进剂CZ。
19.根据权利要求11所述的用于空气弹簧的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括：1～3份促进剂；
所述促进剂包括质量比为(0.5～2.5)：(0.5～1)的促进剂NA-22和促进剂CZ。
20.一种制备权利要求1～19中任一项所述的用于空气弹簧的橡胶组合物的方法，其特征在于，其包括：
将氯丁橡胶与除硫化体系外的所有配合剂进行第一混炼，并在100～115℃下排胶，得到母炼胶；
将所述母炼胶与硫化体系的配合剂进行第二混炼，并在95～105℃排胶，得到终炼胶。
21.一种空气弹簧用橡胶成型体，其特征在于，所述空气弹簧用橡胶成型体通过硫化权利要求1～19中任一项所述的用于空气弹簧的橡胶组合物而形成。
22.根据权利要求21所述的空气弹簧用橡胶成型体，其特征在于，硫化温度为155～165℃。
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