CN114957814A - 一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及消防技术领域，具体涉及一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料及其制备方法；包括以下质量份数的原料为橡胶100～120份、正硅酸乙酯5～10份、纳米金属氧化物2～5份、改性炭黑5～10份、玻璃纤维4～8份、耐腐蚀剂10～20份、耐火剂10～20份、抗氧化剂5～15份、多乙烯基硅油10～20份，以天然橡胶、氯丁橡胶和顺丁橡胶为基础橡胶，使用正硅酸乙酯水解成‑Si‑O‑Si‑包裹在耐腐蚀剂和耐火剂表面或者穿插在耐腐蚀剂和耐火剂内部，加入纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维并用多乙烯基硅油包裹，制成的消防鞋用橡胶材料在具有良好耐腐蚀性能和耐火性能的同时具有较好的耐磨性能，提高了橡胶材料的耐划伤性能，整体性能稳定。

Description

一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及消防技术领域，具体涉及一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料及其制备方法。
背景技术
消防鞋是消防员救援过程中穿着的鞋，对于保护消防员的安全起着至关重要的作用。在消防工作中，消防鞋接触燃烧物体的机会较多，特殊情况下，消防鞋的鞋底还会接触到腐蚀、易爆、带电等物品。为有效保障消防员的自身安全，保证消防救援工作的顺利进行，要求消防鞋具有较好的耐火性、阻燃、隔热、耐腐蚀性和绝缘性，此外，由于消防鞋使用环境的特殊性，消防鞋的鞋底橡胶必须具备足够的耐磨性能，才能发挥其综合性能。
目前，一般常用硫元素增加鞋底橡胶的耐磨性能，然而，硫元素的加入往往使用硫磺，加工过程中污染较大，最终增加耐磨性能有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料及其制备方法，制成的消防鞋用橡胶材料在具有良好耐腐蚀性能和耐火性能的同时具有较好的耐磨性能，提高了橡胶材料的耐划伤性能，整体性能稳定。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料，包括以下质量份数的原料：
Figure BDA0003694360400000011
Figure BDA0003694360400000021
所述用于消防鞋的耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的正硅酸乙酯，加入正硅酸乙酯质量20倍的无水乙醇，以80～120r/min的速度搅拌30min，用氨水调节pH为8，之后在60～80℃的水浴中，以300r/min的速度搅拌12h，溶液透明后，加入质量份数的耐腐蚀剂和耐火剂，再次以200～300r/min的速度搅拌4～8h，在80℃的烘箱中干燥12h，得到混合物A；
步骤二：将质量份数的纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维，加入纳米金属氧化物质量200倍的无水乙醇，加入质量份数的多乙烯基硅油，超声分散均匀，形成混合溶液B；
步骤三：取质量份数的橡胶加入到密炼机中，密炼均匀，形成基础橡胶；
步骤四：向步骤三中得到的基础橡胶中加入步骤二中得到的混合溶液B，缓慢加入步骤一中得到的混合物A，缓慢加入质量份数的抗氧化剂，继续密炼8～12h，密炼温度为150～160℃，得到用于消防鞋的耐磨橡胶材料。
所述橡胶为天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶的混合，质量比例为1：1：1。
所述纳米金属氧化物为纳米氧化铝、纳米氧化钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铁、纳米二氧化钛、纳米氧化锆中的一种或多种。
所述改性炭黑为，将炭黑与γ-氨丙基三乙氧基硅烷按照质量比例10：2～3加入反应釜中，在N2氛围下，加热到150℃，以200～300r/min的速度搅拌6～8h，得到改性炭黑。
所述耐腐蚀剂为聚四氟乙烯、磷酸三丁氧基乙酯中的一种或混合。
所述耐火剂为十溴二苯醚、氯化石蜡、硫酸铝晶须、硼酸锌、氮化硅中的一种或多种。
所述抗氧化剂为N-N'-二苯基-对苯二胺和水杨酸按照质量比为5：1～2混合而成。
正硅酸乙酯发生如下水解反应，在耐腐蚀剂和耐火剂中或上交联成-Si-O-Si-网状结构：
Figure BDA0003694360400000031
本发明的有益效果：
1、以天然橡胶、氯丁橡胶和顺丁橡胶为基础橡胶，使用正硅酸乙酯水解成-Si-O-Si-包裹在耐腐蚀剂和耐火剂表面或者穿插在耐腐蚀剂和耐火剂内部，为其引入了网状的Si元素，增加了耐磨性能，使得最终制成的消防鞋用橡胶材料在具有良好耐腐蚀性能和耐火性能的同时具有较好的耐磨性能，加入纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维并用多乙烯基硅油包裹，进一步增强了消防鞋用橡胶材料的耐磨性能。
2、橡胶采用天然橡胶、氯丁橡胶和顺丁橡胶为基础橡胶材料，天然橡胶具有良好的回弹性、绝缘性和耐腐蚀性，用于鞋底用橡胶的基础材料，会增加鞋底的柔软性、完全程度和舒适性；顺丁橡胶主链结构规整无取代基，分子间作用力小，分子链非常柔顺，回弹性好、耐磨性好、抗屈挠性好、耐寒性好、滞后损失小；天然橡胶、顺丁橡胶与氯丁橡胶配合使用，天然橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶的分子链相互穿插交联，交联密度增大，增加了橡胶的耐热、耐腐蚀性能。
3、正硅酸乙酯水解后形成-Si-O-Si-网，在橡胶材料中引入硅元素，其形式类似于SiO2，具有较好的耐磨性，增加了橡胶的耐磨性能；添加纳米金属氧化物，基于橡胶复合材料磨损机理中能量耗散机理，粒径越小、结构度越高，沙拉马赫条纹间距越窄，橡胶的耐磨性能越好，纳米级金属氧化物的使用，有利于提高橡胶复合材料的耐磨性能；改性黑由炭黑经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性得到，一方面炭黑与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的接枝，C和Si元素形成混合物，且连接稳固，相对于单一炭黑，增强其耐磨性能，另一方面，γ-氨丙基三乙氧基硅烷对炭黑的改性，使得制成的高耐磨炭黑与橡胶中其它材料相容性好，高耐磨炭黑与橡胶中其它材料能够以化学键相连。玻璃纤维，为纤维状结构，主要成分为SiO2，复合进橡胶材料中，提高橡胶材料的力学强度，同时，纤维状的SiO2能够在一定程度上提高橡胶材料的耐划伤性能。
4、耐腐蚀剂和耐火剂的进一步添加，配合其它添加材料的使用，为消防鞋用橡胶耐腐蚀和耐火性能的进一步提高提供保障支持，确保消防鞋的遇到腐蚀性物品、燃烧性环境的安全。
5、N-N'-二苯基-对苯二胺和水杨酸的配合使用增强消防鞋用橡胶遇火遇高温的抗老化性能，使得消防鞋用橡胶在长期高温环境中不易老化变性，有利于消防鞋用橡胶性能的稳定。
6、在制备过程中，使用多乙烯基硅油和无水乙醇分散并包裹纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维材料，使得纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维微小颗粒不会团聚成大颗粒，同时，增加颗粒间的润滑性、颗粒于橡胶材料的相容性，最终使得橡胶材料整体性能的稳定。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料，包括以下质量份数的原料：橡胶100份，正硅酸乙酯5份，纳米金属氧化物2份，改性炭黑5份，玻璃纤4份，耐腐蚀剂10份，耐火剂10份，抗氧化剂5份，多乙烯基硅油10份；
所述用于消防鞋的耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的正硅酸乙酯，加入正硅酸乙酯质量20倍的无水乙醇，以80r/min的速度搅拌30min，用氨水调节pH为8，之后在60℃的水浴中，以300r/min的速度搅拌12h，溶液透明后，加入质量份数的耐腐蚀剂和耐火剂，再次以200r/min的速度搅拌4h，在80℃的烘箱中干燥12h，得到混合物A；
步骤二：将质量份数的纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维，加入纳米金属氧化物质量200倍的无水乙醇，加入质量份数的多乙烯基硅油，超声分散均匀，形成混合溶液B；
步骤三：取质量份数的橡胶加入到密炼机中，密炼均匀，形成基础橡胶；
步骤四：向步骤三中得到的基础橡胶中加入步骤二中得到的混合溶液B，缓慢加入步骤一中得到的混合物A，缓慢加入质量份数的抗氧化剂，继续密炼8h，密炼温度为150℃，得到用于消防鞋的耐磨橡胶材料。
实施例2
一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料，包括以下质量份数的原料：橡胶120份，正硅酸乙酯10份，纳米金属氧化物5份，改性炭黑10份，玻璃纤8份，耐腐蚀剂20份，耐火剂20份，抗氧化剂15份，多乙烯基硅油20份；
所述用于消防鞋的耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的正硅酸乙酯，加入正硅酸乙酯质量20倍的无水乙醇，以120r/min的速度搅拌30min，用氨水调节pH为8，之后在80℃的水浴中，以300r/min的速度搅拌12h，溶液透明后，加入质量份数的耐腐蚀剂和耐火剂，再次以300r/min的速度搅拌8h，在80℃的烘箱中干燥12h，得到混合物A；
步骤二：将质量份数的纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维，加入纳米金属氧化物质量200倍的无水乙醇，加入质量份数的多乙烯基硅油，超声分散均匀，形成混合溶液B；
步骤三：取质量份数的橡胶加入到密炼机中，密炼均匀，形成基础橡胶；
步骤四：向步骤三中得到的基础橡胶中加入步骤二中得到的混合溶液B，缓慢加入步骤一中得到的混合物A，缓慢加入质量份数的抗氧化剂，继续密炼12h，密炼温度为160℃，得到用于消防鞋的耐磨橡胶材料。
实施例3
一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料，包括以下质量份数的原料：橡胶110份，正硅酸乙酯7份，纳米金属氧化物3份，改性炭黑7份，玻璃纤6份，耐腐蚀剂15份，耐火剂15份，抗氧化剂10份，多乙烯基硅油15份；
所述用于消防鞋的耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的正硅酸乙酯，加入正硅酸乙酯质量20倍的无水乙醇，以100r/min的速度搅拌30min，用氨水调节pH为8，之后在70℃的水浴中，以300r/min的速度搅拌12h，溶液透明后，加入质量份数的耐腐蚀剂和耐火剂，再次以250r/min的速度搅拌6h，在80℃的烘箱中干燥12h，得到混合物A；
步骤二：将质量份数的纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维，加入纳米金属氧化物质量200倍的无水乙醇，加入质量份数的多乙烯基硅油，超声分散均匀，形成混合溶液B；
步骤三：取质量份数的橡胶加入到密炼机中，密炼均匀，形成基础橡胶；
步骤四：向步骤三中得到的基础橡胶中加入步骤二中得到的混合溶液B，缓慢加入步骤一中得到的混合物A，缓慢加入质量份数的抗氧化剂，继续密炼10h，密炼温度为155℃，得到用于消防鞋的耐磨橡胶材料。
依据GA 6-2004消防员灭火防护靴中方法对橡胶材料进行力学性能测试，磨耗量按照GB/T9867-1988硫化橡胶耐磨性能的测定(旋转辊筒式磨耗机法)中方法测试，阻燃性能依据GBT13488-1992橡胶燃烧性能测定垂直燃烧法中方法测试：
实施例1 实施例2 实施例3
硬度(邵A) 72 75 68
拉伸强度(MPa) 21 25 18
撕裂强度(N/mm) 59 56 58
DIN磨耗量(mm<sup>3</sup>) 41.8 38.2 40.5
阻燃等级 FV-0 FV-0 FV-0
由上表所示，本发明方法所制备的用于消防鞋的耐磨橡胶材料，具有较好的力学性能，阻燃性能好，磨损量小，耐磨性能好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于消防鞋的耐磨橡胶材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：
Figure FDA0003694360390000011
所述用于消防鞋的耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的正硅酸乙酯，加入正硅酸乙酯质量20倍的无水乙醇，以80～120r/min的速度搅拌30min，用氨水调节pH为8，之后在60～80℃的水浴中，以300r/min的速度搅拌12h，溶液透明后，加入质量份数的耐腐蚀剂和耐火剂，再次以200～300r/min的速度搅拌4～8h，在80℃的烘箱中干燥12h，得到混合物A；
步骤二：将质量份数的纳米金属氧化物、改性炭黑、玻璃纤维，加入纳米金属氧化物质量200倍的无水乙醇，加入质量份数的多乙烯基硅油，超声分散均匀，形成混合溶液B；
步骤三：取质量份数的橡胶加入到密炼机中，密炼均匀，形成基础橡胶；
步骤四：向步骤三中得到的基础橡胶中加入步骤二中得到的混合溶液B，缓慢加入步骤一中得到的混合物A，缓慢加入质量份数的抗氧化剂，继续密炼8～12h，密炼温度为150～160℃，得到用于消防鞋的耐磨橡胶材料。
2.根据权利要求1所述的用于消防鞋的耐磨橡胶材料，其特征在于：所述橡胶为天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶的混合，质量比例为1：1：1。
3.根据权利要求1所述的用于消防鞋的耐磨橡胶材料，其特征在于：所述纳米金属氧化物为纳米氧化铝、纳米氧化钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铁、纳米二氧化钛、纳米氧化锆中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的用于消防鞋的耐磨橡胶材料，其特征在于：所述改性炭黑为，将炭黑与γ-氨丙基三乙氧基硅烷按照质量比例10：2～3加入反应釜中，在N2氛围下，加热到150℃，以200～300r/min的速度搅拌6～8h，得到改性炭黑。
5.根据权利要求1所述的用于消防鞋的耐磨橡胶材料，其特征在于：所述耐腐蚀剂为聚四氟乙烯、磷酸三丁氧基乙酯中的一种或混合。
6.根据权利要求1所述的用于消防鞋的耐磨橡胶材料，其特征在于：所述耐火剂为十溴二苯醚、氯化石蜡、硫酸铝晶须、硼酸锌、氮化硅中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于消防鞋的耐磨橡胶材料，其特征在于：所述抗氧化剂为N-N'-二苯基-对苯二胺和水杨酸按照质量比为5：1～2混合而成。
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