CN115124771B - 一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶领域，具体的说是一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶及其制备方法，毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶包括丁腈橡胶100份、毛竹粉5‑60份、氧化锌5‑10份、硬脂酸0.5‑5份、促进剂DM 1‑3份、硫磺2份。毛竹粉表面纤维素的羟基可与丁腈橡胶中的氰基在硫化过程能够形成氢键作用，这能极大增加橡胶基体与毛竹粉的粘结力，进而提高了改性丁腈橡胶的力学性能；本发明制备方法，与橡胶的加工过程相同，便于大规模的生产；本发明的毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶混炼胶的硫化时间大幅缩短，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率都大幅提高。本发明有效的增加毛竹粉和丁腈橡胶的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于橡胶领域，具体的说是一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶及其制备方法。
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，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强。其缺点是耐低温性差、耐臭氧性差，绝缘性能低劣，弹性稍低。NBR因其耐油性和物理机械性能优异，广泛应用于制造各种耐油像胶制品，如O型圈、垫圈、软管以及燃料箱衬胶、印刷滚筒、油罐衬里、绝缘地面塾板、耐油鞋底、硬橡胶零件、织物涂层、管螺纹保护层、泵的叶轮以及电线包皮、胶粘剂、食品包装用薄膜、橡胶手套等领域。
NBR通常用炭黑、滑石粉、白炭黑、钙粉、高岭土等粉料增强。全世界对生态环境问题的迫切关注，已经引发了一轮观念转变，即设计与自然相适应的材料。对上述情况的担忧，令众多政府与社会组织开始大力资助天然纤维素纤维利用的研究与开发，旨在努力使其成为合成纤维的可行替代品，并充分利用其生产出更加生态友好的复合材料。各种天然植物基木质纤维素纤维中，竹纤维凭借其独特的解剖结构与较快的生长速度，被视为潜在用途最广泛的生物纤维之一，竹纤维的体积分数从竹竿中心到外围存在变化，从而在宏观结构上产生了径向模量梯度；由于比强度高，竹纤维有时被称为天然玻璃纤维，在汽车与风力发电等行业，是石油基合成纤维的潜在替代品。毛竹粉是毛竹经过蒸煮后粉碎后的高强度竹纤维，具有很高的应用价值。毛竹粉改性的丁腈橡胶的硫化时间缩短，材料的拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率都提高。目前现有技术没有公开毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的技术。
为此，本发明提供一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶及其制备方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决上述中的问题，本发明提出的一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶，包括以下重量份原料：
优选的，所述毛竹粉粒径1500目。
优选的，所述促进剂选自2'-二硫代二苯并噻唑(DM)。
一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的制备方法，该制备方法适用于上述的毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶，该制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的丁腈橡胶和毛竹粉分别进行热烘；
S2：将经过步骤S1处理后的丁腈橡胶塑炼；
S3：再依次加入配方量的硬脂酸、硫磺、氧化锌、毛竹粉和促进剂，混炼，得混炼胶体；
S4：硫化，即得。
优选的，S1中所述热烘是指50-60℃下热烘1-3h。
优选的，S2中所述塑炼是指：采用双辊开炼机进行塑炼，当前辊温度为40℃，后辊温度为45℃，加入经过S1处理的丁腈橡胶塑炼；采用捣胶、打卷、打三角包使胶均匀连续的包于前辊，在辊距上方留适量的堆积胶，经过2-3分钟的滚压、翻炼，形成光滑无隙的包辊胶。
优选的，S3具体为：依次沿辊筒轴线方向均匀加入配方量其余各原料，每次加料后，待其全部吃进去后，左右3/4割刀各两次，两次割刀间隔20秒钟；加料顺序：硬脂酸、硫磺、氧化锌、毛竹粉、促进剂；最后割断并取下胶料，将辊距调整加入胶料薄通，并打三角包，薄通5遍，得到混炼胶。
优选的，S4中所述硫化具体为：将混炼胶停放24h后在平板硫化机上硫化，硫化温度150-170℃；硫化时间5-30min。
本发明的有益效果如下：
1.本发明中毛竹粉是天然纤维素，硬度高密度小。毛竹粉的表面纤维素有大量的羟基，可与丁腈橡胶的氰基形成强的作用氢键。混炼过程中，橡胶基体与毛竹粉表面纤维素形成氢键作用，可降低毛竹粉的团聚现象，增加基体与填料的粘结力。并且每个毛竹粉颗粒与橡胶基体可形成多个氢键，在材料受力时络合结构逐个破坏。改性丁腈橡胶的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度都有大幅度的提高。
2.本发明提供的制备方法，虽然降低了改性丁腈橡胶混炼胶的流动性，但是改性混炼胶的硫化时间缩短，改性硫化胶的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度都有大幅度的提高。这是由于每个毛竹粉颗粒与橡胶基体可形成多个氢键作用，受外力时低先于主链断裂，消耗能量避免应力集中以及断裂释放隐藏长度来保护主链，提高材料的强度以及断裂伸长率。所述含40份毛竹粉的改性丁腈橡胶比丁腈橡胶的撕裂强度最高增加52％，所述含30份毛竹粉的改性丁腈橡胶比丁腈橡胶的拉伸强度最高增加87％，断裂伸长率最高增加64.7％。
3.与现有技术相比，本发明提供的毛竹粉改性的丁腈橡胶力学性能优异，制备方法简便、实用，易于工业化，可直接与橡胶产品的现有生产工艺结合。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是实施例1不同滑石粉含量的NBR混炼胶的储能模量(G′)的应变依赖性。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶，包括以下重量组分的原料组分：丁腈橡胶NBR100份、氧化锌5份、硬脂酸2份、促进剂(DM)1份、硫磺2份，滑石粉(1500目)分别为0份、10份、20份、30份和40份，依次分别标记为样品0#、1#、2#、3#、4#。
上述毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的制备方法为：
S1、将配方量的丁腈橡胶、毛竹粉放入烘箱内烘2h，设置烘箱温度55℃；
S2、设置双辊开炼机的前辊温度为45℃，后辊温度为40℃，当开炼机的温度达到预设温度时，加入经过S1处理的三元乙丙橡胶塑炼；
S3、依次沿辊筒轴线方向均匀加入配方量的各种配合剂，每次加料后，待其全部吃进去后，左右3/4割刀各两次，两次割刀间隔20秒钟；加料顺序：硬脂酸、硫黄、氧化锌、毛竹粉、促进剂。割断并取下胶料，将辊距调整加入胶料薄通，并打三角包，薄通5遍，得到混炼胶；
S4、将混炼胶停放24h后在平板硫化机上硫化，硫化温度170℃，按照t90时间硫化；
S3制备的混炼胶试样的动态力学性能用RPA3000(高铁公司)测试。应变扫描的测试条件为：温度：60℃；频率：1Hz；应变：0～280％。填充橡胶动态力学性能的应变依赖性经常被称之为Payne effect。这一效应与填料的分散性和填料与橡胶基体间相互作用有关。图1是实施例1混炼胶的储能模量(G′)随应变变化曲线，随着毛竹粉份数的增加，混炼胶的储能模量(G′)逐渐增大，这说明实施例1中毛竹粉改性丁腈橡胶的Payne effect逐渐增强。
S4制备的等温硫化曲线采用橡胶加工分析仪(RPA3000，高铁公司)测试。拉伸性能测试：依据GB/T 528-2009标准，哑铃状试样的测试尺寸为2×4×20mm3。测试速度为500mm/min。数据见下表1。
表1实施例1制备的不同样品的性能
由表1中数据可知实施例1中材料(1#、2#、3#、4#)的正硫化时间(t90)远低于纯的丁腈橡胶0#，其中4#的正硫化时间(t90)只有0#的54.8％，毛竹粉的加入极大的缩短了混炼胶的硫化时间，提高了生产效率。实施例1中材料(1#、2#、3#、4#)的最大扭矩(MH)远高于纯的丁腈橡胶0#；其中4#混炼胶的最大扭矩(MH)是7#材料的156％。实施例1(1#、2#、3#、4#)材料的拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率远高于丁腈橡胶0#，其中3#材料的拉伸强度是0#材料的1.87倍，断裂伸长率是0#材料的1.647倍。4#材料的撕裂强度是0#材料的1.52倍，毛竹粉改性的丁腈橡胶达到同时增强增韧的效果，并且拉伸强度和撕裂强度同时提高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶，其特征在于：由以下重量份原料制备获得：
丁腈橡胶 100份；
粒径为1500目的毛竹粉 5-60份；
氧化锌 5-10份；
硬脂酸 0.5-5份；
2'-二硫代二苯并噻唑(DM) 1-3份；
硫磺 2份。
2.一种如权利要求1所述的毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
S1：将配方量的丁腈橡胶和毛竹粉分别进行热烘；
S2：将经过步骤S1处理后的丁腈橡胶塑炼；
S3：再依次加入配方量的硬脂酸、硫磺、氧化锌、毛竹粉和2'-二硫代二苯并噻唑(DM)，混炼，得混炼胶体；
S4：硫化，即得。
3.根据权利要求2所述的一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：S1中所述热烘是指50-60℃下热烘1-3h。
4.根据权利要求2所述的一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：S2中所述塑炼是指：采用双辊开炼机进行塑炼，当前辊温度为40℃，后辊温度为45℃，加入经过S1处理的丁腈橡胶塑炼；采用捣胶、打卷、打三角包使胶均匀连续的包于前辊，在辊距上方留适量的堆积胶，经过2-3分钟的滚压、翻炼，形成光滑无隙的包辊胶。
5.根据权利要求2所述的一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：S3具体为：依次沿辊筒轴线方向均匀加入配方量其余各原料，每次加料后，待其全部吃进去后，左右3/4割刀各两次，两次割刀间隔20秒钟；加料顺序：硬脂酸、硫磺、氧化锌、毛竹粉、2'-二硫代二苯并噻唑(DM)；最后割断并取下胶料，将辊距调整加入胶料薄通，并打三角包，薄通5遍，得到混炼胶。
6.根据权利要求2所述的一种毛竹粉改性的高强度丁腈橡胶的制备方法，其特征在于：S4中所述硫化具体为：将混炼胶停放24 h后在平板硫化机上硫化，硫化温度150-170℃；硫化时间5-30min。
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