CN114763419B - 一种高性能橡胶、橡胶履带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡胶领域，特别涉及一种高性能橡胶、橡胶履带及其制备方法。具体地，本发明涉及一种用于制备橡胶的组合物、由所述组合物炼制获得的橡胶，以及包含所述橡胶的橡胶履带。本发明还涉及制备所述橡胶或橡胶履带的方法。

Description

一种高性能橡胶、橡胶履带及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶领域，具体地，涉及一种用于制备橡胶的组合物、由所述组合物炼制获得的橡胶，以及包含所述橡胶的橡胶履带。本发明还涉及制备所述橡胶或橡胶履带的方法。
背景技术
橡胶履带是为了适应各种机械技术发展，模拟金属履带而研发的新型行走部件。上世纪60年代，普利司通开发出第一条替代金属履带的橡胶履带。由于橡胶履带具有接地比压小、牵引力大、噪声低、湿田地通过性好、不损伤路面、行驶速度快等特点，已在农业机械、工程机械、特种设备等领域得到应用。然而，在使用过程中，橡胶履带承载能力差、行驶速度低、发热严重、耐磨性能差等缺点逐渐暴露出来，无法进行长时间的重载高速行驶，严重影响橡胶履带的使用效率，制约着橡胶履带的大规模推广应用。
目前，国内外针对高性能橡胶及履带的研究较少，主要通过改进橡胶的组成物来实现橡胶性能的改善。如俄罗斯专利(RU2017110708A)提供了橡胶组合物的制造方法，以至少80％重量的丁苯共聚物橡胶为主体，添加二氧化硅、硅烷偶联剂和硫化剂，通过两步捏合的方式制备出高性能轮胎橡胶组合物；印度专利(IN3426DEN2014A)涉及一种用于高性能胎面橡胶组合物，包含交联与未交联橡胶颗粒，制备出具有低滚动阻力、优良的抗湿滑性和优异的耐磨性。这些虽然可提高橡胶的某些性能，却无法达到高速重载橡胶履带的要求。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种高性能橡胶及履带。本发明在生胶中按比例加入甲基乙烯基苯基硅橡胶，并采用独特的配合剂体系，通过配料准备、塑炼、混炼、打包下片，制备出高性能的橡胶。本发明的橡胶可以使橡胶履带的承载能力、行驶速度和磨损性能等得到提升。
在一个方面，本申请提供了一种用于制备橡胶的组合物，其按重量比计包含：生胶100份、甲基乙烯基苯基硅橡胶10-30份(例如10、15、20、25或30份)、DTBP(二叔丁基过氧化物，CAS号：110-05-4)0.5-1.5份(例如0.5、1或1.5份)、硬脂酸0.5-2份、纳米氧化锌1-2份、纳米氧化镁1-2份、硫化促进剂0.5-1.2份、防老剂0.2-1.5份、防焦剂CTP(N-环己基硫代邻苯二甲酞亚胺，CAS号:17796-82-6)0.3-1.5份、氧化石墨烯3-10份、纳米二氧化硅5-15份、白炭黑分散剂2-5份、炭黑15-30份、硅烷偶联剂0.5-2.5份、阻燃剂0.8-2份；
其中，所述的生胶为天然橡胶、稀土顺丁橡胶、氯丁橡胶的组合；在某些实施方案中，按重量计，天然橡胶：稀土顺丁橡胶：氯丁橡胶的比例为(50-65)：(20-30)：(15-20)；在某些实施方案中，按重量计，所述生胶包含天然橡胶60份、稀土顺丁橡胶20份、氯丁橡胶20份；在某些实施方案中，按重量计，所述生胶包含天然橡胶65份、稀土顺丁橡胶20份、氯丁橡胶15份；在某些实施方案中，按重量计，所述生胶包含天然橡胶50份、稀土顺丁橡胶30份、氯丁橡胶20份；
所述的硫化促进剂为促进剂TBSI(N-叔丁基-双(2-笨并噻唑)次磺酰亚胺CAS号：3741-80-8)、促进剂CZ(N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺CAS号：95-33-0)或其组合；
所述的防老剂为AW(6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉CAS号：91-53-2)、RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体CAS号：26780-96-1)、BLE(9,9-二甲基吖啶CAS号：6267-02-3)或其任意组合；
所述的纳米二氧化硅氮吸附比表面积在145-200m2/g之间；
所述的炭黑为N330、N550或其组合；
所述的硅烷偶联剂为Si69(双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物CAS号：40372-72-3)、Si75(双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物CAS号：56706-10-6)或其组合；
所述的阻燃剂为三氧化二锑与氯化石蜡的组合，以重量计，三氧化二锑：氯化石蜡的比例为(1-2):(1-3)，例如1:1、1:2或2:1。
在某些实施方案中，所述组合物包含甲基乙烯基苯基硅橡胶10、15、20、25或30份。
在某些实施方案中，所述组合物包含DTBP 0.5、1或1.5份。
在某些实施方案中，所述组合物包含硬脂酸0.5、1、1.5或2份。
在某些实施方案中，所述组合物包含纳米氧化锌1、1.5或2份。
在某些实施方案中，所述组合物包含纳米氧化镁1、1.5或2份。
在某些实施方案中，所述组合物包含硫化促进剂0.5、0.7、1或1.2份。
在某些实施方案中，所述组合物包含0.2、0.5、1、1.2或1.5份。
在某些实施方案中，所述组合物包含防焦剂CTP 0.3、0.5、1、1.2或1.5份。
在某些实施方案中，所述组合物包含氧化石墨烯3、4、5、6、7、8、9或10份。
在某些实施方案中，所述组合物包含纳米二氧化硅5、6、7、8、9或10、12或15份。
在某些实施方案中，所述组合物包含白炭黑分散剂2、3、4或5份。
在某些实施方案中，所述组合物包含炭黑15、20、25或30份。
在某些实施方案中，所述组合物包含硅烷偶联剂0.5、1、1.5、2或2.5份。
在某些实施方案中，所述组合物包含阻燃剂0.8、1、1.5、1.8或2份。
本发明所使用的甲基乙烯基苯基硅橡胶属于硅橡胶的一种，其主链由硅和氧原子交替构成，耐低温性能良好，在-55℃仍可工作；耐热性能较突出，在180℃下可长期工作，瞬时可耐300℃高温。
本发明所使用的氧化石墨烯是石墨粉末经过化学氧化剂剥离后的产物，是单一的原子层，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，可有效分散附着材料，防止团聚。
本发明所使用的白炭黑分散剂是一种加工助剂，主要由锌皂、酯和表面活性剂等制备而成，主要作用是改善胶料加工性能，提高白炭黑在胶料中的分散程度和分散均匀度，并且具有良好的润滑作用，可提高胶料的流动性。
本发明中，可以通过不同比例的天然橡胶、稀土顺丁橡胶、氯丁橡胶以及添加甲基乙烯基苯基硅橡胶、DTBP、硬脂酸、纳米氧化锌、纳米氧化镁、硫化促进剂、防老剂、防焦剂CTP、氧化石墨烯、纳米二氧化硅、白炭黑分散剂、炭黑、硅烷偶联剂、阻燃剂等来提高橡胶的性能。可根据实际需要，调整生胶的比例以及配合剂的比例，满足不同用户的需求。
本发明采用氧化石墨烯、纳米二氧化硅、白炭黑分散剂、炭黑等提高橡胶拉断强度、撕裂强度、磨损等性能，并防止添加剂发生团聚现象。采用氧化石墨烯达到降低橡胶的生热，提高橡胶及履带的综合性能。
在一个方面，本申请提供了一种橡胶，其由上述任一项的组合物炼制获得。
本发明的橡胶综合性能优异。在某些实施方案中，所述橡胶具有以下特征中的一个或多个：
橡胶硬度：74-78HS；
抗拉强度：25-33MPa；
扯断伸长率：480％-530％；
扯断永久变形：21％-25％；
撕裂强度/直角:115-131kN/m；
压缩永久变形：2.5％-3.5％；
压缩生热：26-35℃；
阿克拉磨耗/1.61km：0.12-0.22cm3。
上述性能参数可参照本领域通常使用的方法测定，例如GB/T528-2009、GB/T529-2008、GB/T1687-2008、GB/T1689-2014或GB/T531.1-2008规定的方法。
另外，本申请还提供了上述任一项的橡胶用于制备橡胶履带的用途。
本申请还提供了一种橡胶履带，其包含上述任一项的橡胶，或由上述任一项的组合物或橡胶制得。
进一步地，本申请提供了一种车辆或工程机械，其包含上述橡胶履带。
本申请还提供了制备本发明橡胶或橡胶履带的方法，所述方法包括使用上述任一项的组合物进行炼制的步骤。
在某些实施方案中，所述方法包括：配料准备、塑炼、混炼、打包下片。
在某些实施方案中，所述方法包括以下步骤：
步骤一：准备好硬脂酸、纳米氧化镁、纳米氧化锌、防焦剂CTP，粉碎干燥后过筛，按比例称重放入容器内搅拌均匀；
步骤二：将生胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、DTBP、纳米二氧化硅、白炭黑分散剂加入开炼机中进行塑炼(在某些实施方案中，塑炼温度60-75℃，时间20-30min)，前后辊的速比为1:(1-1.2)(例如1：1.15)，辊距调至0.8-0.9mm(例如0.85mm)，塑化完成后加入步骤一中的配料继续进行塑炼(在某些实施方案中，塑炼温度60-75℃，时间20-30min)，塑炼完成后冷却停放20-25小时(例如20小时)；
步骤三：将开炼机辊距调整到0.6-0.7mm(例如0.65mm)，然后将塑炼完成后的橡胶与硅烷偶联剂、阻燃剂进行混炼(在某些实施方案中，混炼温度135-155℃，时间10-25min)；混炼完成后，冷却停放15-17小时(例如16小时)，然后在橡胶中加入炭黑、氧化石墨烯、防老剂进行再次混炼(在某些实施方案中，混炼温度135-155℃，时间10-25min)；混炼完成后，在橡胶中加入硫化促进剂进行最终混炼(在某些实施方案中，混炼温度135-155℃，时间10-25min)；
步骤四：待完成吃粉后，进行6-8次(例如6次)打包，使生胶和配合剂均匀分散，随后胶料下片，停放6-8小时(例如6小时)。
发明的有益效果
本发明提供的橡胶具有强度高、韧性好、压缩生热低、耐磨性好等优点，可以使橡胶履带的承载能力、行驶速度和磨损性能等得到提升。本发明提供的橡胶履带可满足高速重载的使用要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种橡胶及橡胶履带，原料包括(按照重量份数)：天然橡胶60份、稀土顺丁橡胶20份、氯丁橡胶20份、甲基乙烯基苯基硅橡胶15份、DTBP 0.5份、硬脂酸0.5份、纳米氧化锌1份、纳米氧化镁1份、硫化促进剂TBSI 0.7份、防老剂AW 0.5份、防焦剂CTP 0.5份、氧化石墨烯4份、纳米二氧化硅8份、白炭黑分散剂3份、炭黑N33025份、硅烷偶联剂Si691份、三氧化二锑+氯化石蜡1份(1:1)。
制备方法
步骤一：
准备好硬脂酸、纳米氧化镁、纳米氧化锌、防焦剂CTP，粉碎干燥后过筛，按比例称重放入容器内搅拌均匀。
步骤二：
将天然橡胶、稀土顺丁橡胶、氯丁橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、DTBP、纳米二氧化硅、白炭黑分散剂加入开炼机中进行塑炼(塑炼温度60℃，时间30min)，前后辊的速比为1：1.15，辊距调至0.85mm，塑化完成后加入步骤一中的配料继续进行塑炼(塑炼温度70℃，时间20min)，塑炼完成后冷却停放20小时。
步骤三：
将开炼机辊距调整到0.65mm，然后将塑炼完成后的橡胶与硅烷偶联剂Si69、三氧化二锑+氯化石蜡进行混炼(混炼温度140℃，时间15min)；混炼完成后，冷却停放16小时，然后在橡胶中加入炭黑N330、氧化石墨烯、防老剂AW进行再次混炼(混炼温度140℃，时间20min)；混炼完成后，在橡胶中加入硫化促进剂TBSI进行最终混炼(混炼温度150℃，时间20min)。
步骤四：
待完成吃粉后，进行6次打包，使生胶和配合剂均匀分散。随后胶料下片，停放6小时。
实施例2
本实施例提供一种橡胶及橡胶履带，原料包括(按照重量份数)：天然橡胶65份、稀土顺丁橡胶20份、氯丁橡胶15份、甲基乙烯基苯基硅橡胶25份、DTBP 1.5份、硬脂酸1.5份、纳米氧化锌1.5份、纳米氧化镁1.5份、硫化促进剂CZ1份、防老剂RD1份、防焦剂CTP1份、氧化石墨烯7份、纳米二氧化硅10份、白炭黑分散剂4份、炭黑N55020份、硅烷偶联剂Si752份、三氧化二锑+氯化石蜡1.5份(1:2)。
制备方法
步骤一：
准备好硬脂酸、纳米氧化镁、纳米氧化锌、防焦剂CTP，粉碎干燥后过筛，按比例称重放入容器内搅拌均匀。
步骤二：
将天然橡胶、稀土顺丁橡胶、氯丁橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、DTBP、纳米二氧化硅、白炭黑分散剂加入开炼机中进行塑炼(塑炼温度60℃，时间25min)，前后辊的速比为1：1.15，辊距调至0.85mm，塑化完成后加入步骤一中的配料继续进行塑炼(塑炼温度65℃，时间30min)，塑炼完成后冷却停放20小时。
步骤三：
将开炼机辊距调整到0.65mm，然后将塑炼完成后的橡胶与硅烷偶联剂Si75、三氧化二锑+氯化石蜡进行混炼(混炼温度135℃，时间15min)；混炼完成后，冷却停放16小时，然后在橡胶中加入炭黑N550、氧化石墨烯、防老剂RD进行再次混炼(混炼温度145℃，时间18min)；混炼完成后，在橡胶中加入硫化促进剂CZ进行最终混炼(混炼温度150℃，时间20min)。
步骤四：
待完成吃粉后，进行6次打包，使生胶和配合剂均匀分散。随后胶料下片，停放6小时。
实施例3
本实施例提供一种橡胶及橡胶履带，原料包括(按照重量份数)：天然橡胶50份、稀土顺丁橡胶30份、氯丁橡胶20份、甲基乙烯基苯基硅橡胶20份、DTBP 1份、硬脂酸1份、纳米氧化锌2份、纳米氧化镁1份、硫化促进剂TBSI 0.5份、CZ0.5份、防老剂AW 0.2份、RD 0.3份、BLE0.5份、防焦剂CTP1.2份、氧化石墨烯10份、纳米二氧化硅12份、白炭黑分散剂5份、炭黑N330 15份、N55015份、硅烷偶联剂Si69 1份、Si751份、三氧化二锑+氯化石蜡1.8份(2:1)。
制备方法
步骤一：
准备好硬脂酸、纳米氧化镁、纳米氧化锌、防焦剂CTP，粉碎干燥后过筛，按比例称重放入容器内搅拌均匀。
步骤二：
将天然橡胶、稀土顺丁橡胶、氯丁橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、DTBP、纳米二氧化硅、白炭黑分散剂加入开炼机中进行塑炼(塑炼温度70℃，时间20min)，前后辊的速比为1：1.15，辊距调至0.85mm，塑化完成后加入步骤一中的配料继续进行塑炼(塑炼温度73℃，时间25min)，塑炼完成后冷却停放20小时。
步骤三：
将开炼机辊距调整到0.65mm，然后将塑炼完成后的橡胶与硅烷偶联剂Si69+Si75、三氧化二锑+氯化石蜡进行混炼(混炼温度145℃，时间20min)；混炼完成后，冷却停放16小时，然后在橡胶中加入炭黑N330+N550、氧化石墨烯、防老剂AW+RD+BLE进行再次混炼(混炼温度145℃，时间15min)；混炼完成后，在橡胶中加入硫化促进剂TBSI+CZ进行最终混炼(混炼温度150℃，时间20min)。
步骤四：
待完成吃粉后，进行6次打包，使生胶和配合剂均匀分散。随后胶料下片，停放6小时。
对比例：参照CN109233028A和CN102827403A公开的方法制备。
参照GB/T528-2009、GB/T529-2008、GB/T1687-2008、GB/T1689-2014、GB/T531.1-2008对样件进行性能检测，结果如表1所示：
表1橡胶性能检测结果
从检测结果可以看出，实施例1-3制得的样件具有强度高、韧性好、压缩生热低、耐磨性好等优点，性能优于对比例。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解：根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改和变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

Claims (4)

1.一种橡胶，其通过对组合物炼制获得：所述组合物按重量计包含：生胶100份、甲基乙烯基苯基硅橡胶20份、DTBP 1份、硬脂酸1份、纳米氧化锌2份、纳米氧化镁1份、硫化促进剂TBSI 0.5份、硫化促进剂CZ0.5份、防老剂AW 0.2份、防老剂RD 0.3份、防老剂BLE 0.5份、防焦剂CTP 1.2份、氧化石墨烯10份、纳米二氧化硅12份、白炭黑分散剂5份、炭黑N330 15份、炭黑N550 15份、硅烷偶联剂Si69 1份、硅烷偶联剂Si75 1份、阻燃剂1.8份；
其中，所述的生胶为天然橡胶、稀土顺丁橡胶、氯丁橡胶的组合，其中天然橡胶50份、稀土顺丁橡胶30份、氯丁橡胶20份；
所述的纳米二氧化硅氮吸附比表面积在145-200m2/g之间；
所述的阻燃剂为三氧化二锑与氯化石蜡的组合，以重量计，三氧化二锑：氯化石蜡的比例为2:1；
所述炼制包括以下步骤：
步骤一：准备好硬脂酸、纳米氧化镁、纳米氧化锌、防焦剂CTP，粉碎干燥后过筛，按比例称重放入容器内搅拌均匀；
步骤二：将生胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、DTBP、纳米二氧化硅、白炭黑分散剂加入开炼机中进行塑炼，塑炼温度70℃，时间20min，前后辊的速比为1:1.15，辊距调至0.85mm，塑化完成后加入步骤一中的配料继续进行塑炼，塑炼温度73℃，时间25min，塑炼完成后冷却停放20小时；
步骤三：将开炼机辊距调整到0.65mm，然后将塑炼完成后的橡胶与硅烷偶联剂、阻燃剂进行混炼，混炼温度145℃，时间20min；混炼完成后，冷却停放16小时，然后在橡胶中加入炭黑、氧化石墨烯、防老剂进行再次混炼，混炼温度145℃，时间15min；混炼完成后，在橡胶中加入硫化促进剂进行最终混炼，混炼温度150℃，时间20min；
步骤四：待完成吃粉后，进行6次打包，使生胶和配合剂均匀分散，随后胶料下片，停放6小时。
2.权利要求1的橡胶用于制备橡胶履带的用途。
3.一种橡胶履带，其包含权利要求1的橡胶。
4.一种车辆或工程机械，其包含权利要求3的橡胶履带。
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