CN115197505A - 一种无反弹橡胶组合物、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及手锤领域，公开了一种无反弹橡胶组合物、制备方法及其应用，包括质量份数比为30~40：10~20：10~20：1~2：5~10：4~8的丁基橡胶基体、补强剂、阻尼填料、抗老化剂、活化剂和促进剂，阻尼填料为二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的混合物，二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的质量比为1:2.5~4；本申请的原料采用丁基橡胶基体和阻尼填料制备而成，阻尼填料均匀分散在丁基橡胶基体内部，增强丁基橡胶结构的同时，还能够增强丁基橡胶基体的吸能减震性，显著增加了组合物的吸能减震性和耐用性，此外，阻尼填料均匀分散在丁基橡胶基体中，在发生锤体解体后不会对使用者造成安全威胁，显著增加了组合物的安全性和耐用性。
Description
技术领域
本发明涉及手锤领域，尤其是涉及一种无反弹橡胶组合物、制备方法及其应用。
背景技术
橡胶锤在装修、装潢等领域应用极其广泛，橡胶锤在使用过程中可以保护被锤击的材料不受到损伤，传统的橡胶锤多采用天然胶和再生胶混配后制成，但其存在过度反弹的缺点，在使用过程中，对使用者产生较大的发作用力，降低使用舒适性和操作效率。
为了解决橡胶锤的过度反弹的问题，现有技术中常采用阻尼缓冲装置，对橡胶锤的发弹力进行对冲，如公开号CN208629352U，公开了一种阻尼式消震无反弹锤其结构包括弹性锤柄，其特征在于，所述的弹性锤柄呈Y形，其上端两个分叉端部分别连接固定有分体式锤头，所述的分体式锤头之间连接有阻尼器，所述的分叉之间设置有复位弹簧。该申请其能够实现手持锤在敲击物体时消除震动和反弹的效果，且因手持锤锤头部分采用实心锤头，可弥补空心无反弹手持锤的应用范围有限的不足，扩大适用范围。
再如公开号CN214446090U，公开了一种轴承安装用无反弹锤，包括锤体，锤体的下端固定设置有下锤头，下锤头的上端一体成型设置有固定块，通过将下锤头设置为碳钢材料制成的下锤头，上锤头设置为橡胶材料制成的上锤头，便于工人使用时自由切换，对需要重锤或敲击带有棱角的坚硬物体使用下锤头，对轴承安装敲击时使用上锤头，通过在锤体的内部填充固体颗粒，固体颗粒在锤体内部惯性作用下沿着锤子击打的方向运动，在上锤头或下锤头与物体碰撞时增加上锤头或下锤头的敲击力，能提升敲击的效果，敲击碰撞产生的反弹或回弹作用力通过固体颗粒进行吸收，使得敲击更准确，更稳定，具有抑制振颤的作用，能减少或消除反作用在使用者手臂上的振颤。
现有技术虽然克服了橡胶锤的过度反弹问题，但是其在使用过程中发生橡胶锤锤体解体时，橡胶锤内部的阻尼材料会向四周溅射，威胁操作者的安全，此外，阻尼与橡胶锤内部空腔长期的对冲过程中加速了橡胶锤的老化破损，从而导致橡胶锤在使用过程中安全性和耐用性显著降低。
发明内容
为了克服现有技术中无反弹橡胶锤存在的安全性低和耐用性低的问题，本申请提供了一种无反弹橡胶组合物、制备方法及其应用，本申请的无反弹橡胶组合物的原料采用丁基橡胶基体和阻尼填料制备而成，丁基橡胶经过硫化和结构增强，阻尼填料均匀分散在丁基橡胶基体内部，起到增强丁基橡胶结构的同时，阻尼填料本身的结构特性还能够在橡胶锤受到应力作用时，抵消缓冲应力，显著增加了无反弹橡胶的吸能减震性能，同时阻尼填料均匀分散在丁基橡胶基体中，且阻尼填料的粒径小，在发生锤体解体后也不会对使用者造成安全威胁，显著增加了无反弹橡胶的安全性和耐用性。
本发明的具体技术方案为：
一种无反弹橡胶组合物，其特征是，包括质量份数比为30～40：10～20：10～20：1～2：5～10：4～8的丁基橡胶基体、补强剂、阻尼填料、抗老化剂、活化剂和促进剂，所述阻尼填料为二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的混合物，二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的质量比为1:2.5～4。
本申请提供了一种无反弹橡胶组合物，具有极高的吸能减震性、安全性以及耐用性；首先，本申请提供的组合物的基体为丁基橡胶，丁基橡胶与天然橡胶相比，具备更高的气密性、耐热性、耐老化性、耐酸碱性、耐溶剂性、电绝缘性和减震吸能性，其次，本申请的组合物中采用了阻尼填料，阻尼填料的是由二氧化钛晶须和轻质碳酸钙组成，二氧化钛晶须的形状为为四方柱型，将二氧化钛晶须作为填料均匀分散在丁基橡胶基体中时，四方柱型的二氧化钛晶须会在丁基橡胶的内部形成交错连接的网络结构，该网络结构可以增强丁基橡胶基体的结构强度，阻尼填料中的轻质碳酸钙选用了具备占据三维结构的纺锤形、球形和立方体形的轻质碳酸钙，上述结钩的轻质碳酸钙可以填充在二氧化钛晶须形成的网络结构的孔隙之间，二氧化钛晶须形成网络结构和其空隙内的轻质碳酸钙形成了一种阻尼结构，当无反弹橡胶组合物受到外部应力作用时，无反弹橡胶组合物会随着收到的应力的大小发生不同的反应，当所受应力较小时，丁基橡胶本身的吸能减震性即可缓冲所受应力，当所受应力超过丁基橡胶所能承受的应力范围后，由二氧化钛晶须组成的网络结构开始缓冲超过丁基橡胶极限受力范围内的剩余应力，当所受应力继续增加后，由二氧化钛晶须网络结构和其空隙内的轻质碳酸钙形成的阻尼结构开始发挥作用，此时的二氧化钛晶须网络结构开始发生形变，构成网络结构的二氧化钛晶须单体开始发生扭转，此时网络结构间的轻质碳酸钙就会组织二氧化钛晶须发生扭转，多余的能量就会转化为二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的对冲作用，从而显著增加了无反弹橡胶组合物的减震吸能性，同时本申请采用的阻尼填料均匀分散在丁基橡胶基体中，在丁橡胶发生解体后也不会向四周发生溅射，安全性显著增加。
作为优选，所述二氧化钛晶须的长径比为10～100，长度为0.4～5μm。
作为优选，所述轻质碳酸钙的晶体形状选自纺锤形、球形和立方体形的中的一种或几种，所述轻质碳酸钙的平均粒径为0.25～2.5μm。
作为优选，所述丁基橡胶基体的不饱和度为0.8～1.5mol％，数均分子量为10×104～30×104。
一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，包括以下制备步骤：
(1)一段混炼：将丁基橡胶基体、补强剂和软化剂进行一段混炼制得一段混胶，混炼为60～100℃，混炼时间为10～20min；
(2)二段混炼：将一段混胶、活化剂和阻尼填料进行二段混炼制得二段混胶，混炼温度为100～130℃，混炼时间为5～10min；
(3)三段混炼：将二段混胶、促进剂、抗老化剂和硫化剂进行三端混炼制得三端混胶，混炼温度为120～130℃，混炼时间为15～35min；
(4)硫化：将三端混胶进行硫化制得无反弹橡胶，硫化温度为150～170℃，硫化压力为10～20MPa，硫化时间为15min～20min。
本申请还提供了一种无反弹橡胶组合物的制备方法，丁基橡胶在硫化过程中，硫化温度越高，硫化速度越快，本申请中通过三次混炼使最后硫化速度显著增加，一段混炼过程中在丁基橡胶基体中添加了补强剂和软化剂，补强剂增加了丁基橡胶的材料强度，软化剂在混炼过程中可以使补强剂更加分散在丁基橡胶的内部，同时降低丁基橡胶的结晶性，起到增塑作用；二段混炼过程中，将阻尼填料和活化剂均匀分散在一段混胶内，为氧化锌和硬脂酸的混合物，活化剂可以增加阻尼填料的分散性，三段混炼过程中，将促进剂和硫化剂混入二段混胶中形成丁基橡胶-硫磺-促进剂-氧化锌体系，再通过将三段混胶进行高温高压硫化，加速丁基橡胶的硫化时间，提高丁基橡胶的硫化安全性，防止出现焦化；抗老化剂在硫化过程中也能够提高丁基橡胶靠老化能力，防止丁基橡胶出现焦化现象。
作为优选，所述补强剂选自高岭土、白炭黑中的至少一种。
作为优选，所述促进剂选自二正丁基二硫代氨基甲酸锌(BZ)、二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC)中的至少一种，所述抗老化剂为抗氧化剂2246，所述软化剂为白油。
作为优选，所述活化剂为金属氧化物和脂肪酸的混合物，所述脂肪酸为硬脂酸，所述金属氧化物为氧化锌。
作为优选，所述硫化剂选自硫磺给予体中的任意一种。
一种使用无反弹橡胶组合物的制备方法制得的无反弹橡胶组合物在手锤领域中的应用。
与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：
本申请的提供无反弹橡胶组合物吸能减震性能、安全性和耐用性显著增强；本申请提供的无反弹橡胶组合物制备方法硫化速度显著减小。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
一种无反弹橡胶组合物，其特征是，包括质量份数比为丁基橡胶基体、补强剂、阻尼填料、抗老化剂、活化剂和促进剂，所述阻尼填料为二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的混合物，二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的质量比为1:2.5；丁基橡胶基体：丁基橡胶1751(中国石化北京燕山石化分公司)，不饱和度为1.74mol％，数均分子量为23.6×104；补强剂：高岭土(平均粒径500目)，白炭黑(PH值:7.0，平均比表面积:175.5m2/g；平均粒径500目，济南今日和石化有限公司)；二氧化钛晶须的长径比为100，长度为5μm；轻质碳酸钙的晶体形状为纺锤形、球形和立方体形，平均粒径为2.5μm；
一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，包括以下制备步骤：
(1)一段混炼：将30份丁基橡胶基体、8份高岭土、2份白炭黑和5份白油进行一段混炼制得一段混胶，混炼为60℃，混炼时间为10min，混炼转速为80rpm；
(2)二段混炼：将一段混胶、1.5份氧化锌、1.5份硬脂酸和10份阻尼填料进行二段混炼制得二段混胶，混炼温度为100℃，混炼时间为5min，混炼转速为80rpm；
(3)三段混炼：将二段混胶、1份ZDC、1份BZ、1份抗氧化剂2246、1份硫磺进行三端混炼制得三端混胶，混炼温度为120℃，混炼时间为15min，混炼转速为75rpm；
(4)硫化：将三端混胶进行硫化制得无反弹橡胶，硫化温度为150℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为30min。
实施例2
一种无反弹橡胶组合物，其特征是，包括质量份数比为丁基橡胶基体、补强剂、阻尼填料、抗老化剂、活化剂和促进剂，所述阻尼填料为二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的混合物，二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的质量比为1:3；丁基橡胶基体：丁基橡胶1751(中国石化北京燕山石化分公司)，不饱和度为1.74mol％，数均分子量为23.6×104；补强剂：高岭土(平均粒径500目)，白炭黑(PH值:7.0，平均比表面积:175.5m2/g；平均粒径500目，济南今日和石化有限公司)；二氧化钛晶须的长径比为50，长度为5μm；轻质碳酸钙的晶体形状为纺锤形、球形和立方体形，平均粒径为2.5μm；
一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，包括以下制备步骤：
(1)一段混炼：将35份丁基橡胶基体、10份高岭土、3份白炭黑和8份白油进行一段混炼制得一段混胶，混炼为60℃，混炼时间为10min，混炼转速为80rpm；
(2)二段混炼：将一段混胶、1.5份氧化锌、1.5份硬脂酸和15份阻尼填料进行二段混炼制得二段混胶，混炼温度为100℃，混炼时间为5min，混炼转速为80rpm；
(3)三段混炼：将二段混胶、1份ZDC、1份BZ、1份抗氧化剂2246、1.5份硫磺进行三端混炼制得三端混胶，混炼温度为110℃，混炼时间为15min，混炼转速为75rpm；
(4)硫化：将三端混胶进行硫化制得无反弹橡胶，硫化温度为160℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为20min。
实施例3
一种无反弹橡胶组合物，其特征是，包括质量份数比为丁基橡胶基体、补强剂、阻尼填料、抗老化剂、活化剂和促进剂，所述阻尼填料为二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的混合物，二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的质量比为1:2.5；丁基橡胶基体：丁基橡胶1751(中国石化北京燕山石化分公司)，不饱和度为1.74mol％，数均分子量为23.6×104；补强剂：高岭土(平均粒径500目)，白炭黑(PH值:7.0，平均比表面积:175.5m2/g；平均粒径500目，济南今日和石化有限公司)；二氧化钛晶须的长径比为100，长度为4μm；轻质碳酸钙的晶体形状为纺锤形、球形和立方体形，平均粒径为2.5μm；
一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，包括以下制备步骤：
(1)一段混炼：将40份丁基橡胶基体、15份高岭土、5份白炭黑和10份白油进行一段混炼制得一段混胶，混炼为60℃，混炼时间为10min，混炼转速为80rpm；
(2)二段混炼：将一段混胶、1.5份氧化锌、1.5份硬脂酸和10份阻尼填料进行二段混炼制得二段混胶，混炼温度为100℃，混炼时间为5min，混炼转速为80rpm；
(3)三段混炼：将二段混胶、1份ZDC、1份BZ、1份抗氧化剂2246、1.5份硫磺进行三端混炼制得三端混胶，混炼温度为110℃，混炼时间为15min，混炼转速为75rpm；
(4)硫化：将三端混胶进行硫化制得无反弹橡胶，硫化温度为170℃，硫化压力为15MPa，硫化时间为15min。
对比例1
与实施例3相比，对比例1中不加入阻尼填料。其余条件均与实施例3相同。
对比例2
与实施例3相比，对比例2中阻尼填料为二氧化钛晶须，其余条件与实施例3相同。
对比例3
与实施例3相比，对比例3中阻尼填料为立方体形轻质碳酸钙，其余条件均与实施例3相同。
检测例将上述实施例1～3和对比例1～3中制得无反弹橡胶组合物制成手锤的锤头，锤头的直径为15mm，锤头厚度为12.5mm，使用GB/T1681记载的方法对锤头进行回弹性测试；使用GB/T1697-82记载的方法对锤头进行抗冲击强度测试；
将上述制得锤头组装成手锤后，使用该手锤对金属台进行敲击，敲击力度为100KG，记录锤头破损后的最大敲击次数；
表1.检测例结果
| 回弹性(％) | 最大敲击次数(万次) | 抗冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>) | |
| 实施例1 | 12.3 | 251 | 721 |
| 实施例2 | 9.8 | 271 | 789 |
| 实施例3 | 7.1 | 288 | 828 |
| 对比例1 | 18.2 | 142 | 686 |
| 对比例2 | 15.4 | 178 | 788 |
| 对比例3 | 19.3 | 124 | 715 |
如表1所示，使用本申请的提供的方案制得的无反弹橡胶组合物(实施例1～3)的回弹性显著低于与对比例1中丁基橡胶组合物，这表明，本申请制得无反弹橡胶组合的减震吸能性显著增加；通过对比最大敲击次和抗冲击强度可以看出使用实施例1～3的最大敲击次数和抗冲击强度显著高于对比文件1～3，这表明使用本申请提供的方案制得的无反弹橡胶组合物的结构强度显著增加，耐用性显著增加，同时在破损后无反弹橡胶的碎片对周围并未产生破坏，安全性显著增加。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种无反弹橡胶组合物，其特征是，包括质量份数比为30~40：10~20：10~20：1~2：5~10：4~8的丁基橡胶基体、补强剂、阻尼填料、抗老化剂、活化剂和促进剂，所述阻尼填料为二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的混合物，二氧化钛晶须和轻质碳酸钙的质量比为1:2.5~4。
2.如权利要求1所述的一种无反弹橡胶组合物，其特征是，所述二氧化钛晶须的长径比为10~100，长度为0.4~5μm。
3.如权利要求1所述的一种无反弹橡胶组合物，其特征是，所述轻质碳酸钙的晶体形状选自纺锤形、球形和立方体形的中的一种或几种，所述轻质碳酸钙的平均粒径为0.25~2.5μm。
4.如权利要求1所述的一种无反弹橡胶组合物，其特征是，所述丁基橡胶基体的不饱和度为0.8~2.5mol％，数均分子量为10×104~30×104。
5.一种如权利要求1~4中任意一项所述的无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，包括以下制备步骤：
（1）一段混炼：将丁基橡胶基体、补强剂和软化剂进行一段混炼制得一段混胶，混炼为60~100℃，混炼时间为10~20min；
（2）二段混炼：将一段混胶、活化剂和阻尼填料进行二段混炼制得二段混胶，混炼温度为100~130℃，混炼时间为5~10min；
（3）三段混炼：将二段混胶、促进剂和硫化剂进行三端混炼制得三端混胶，混炼温度为120~130℃，混炼时间为15~35min；
（4）硫化：将三端混胶进行硫化制得无反弹橡胶，硫化温度为150~170℃，硫化压力为10~20MPa，硫化时间为15min~30min。
6.如权利要求5所述的一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，所述补强剂选自高岭土、白炭黑中的至少一种。
7.如权利要求5所述的一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，所述促进剂为二正丁基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌中的至少一种，所述抗老化剂为抗氧化剂2246，所述软化剂为白油。
8.如权利要求5所述的一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，所述活化剂为金属氧化物和脂肪酸的混合物，所述脂肪酸为硬脂酸，所述金属氧化物为氧化锌。
9.如权利要求5所述的一种无反弹橡胶组合物的制备方法，其特征是，所述硫化剂选自硫磺给予体中的任意一种。
10.一种使用如权利要求5~9中任意一项所述的无反弹橡胶组合物的制备方法制得的无反弹橡胶组合物在手锤领域中的应用。
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2022
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