CN115322412A - 一种柔性接头弹性体用橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性接头弹性体用橡胶及其制备方法，方法包括：1、取氢化丁腈生胶100份、二氧化硅15‑35份、芳纶纤维浆粕10‑25份、炭黑30‑50份、液态丁腈橡胶5‑15份、氧化锌3‑7份、硬脂酸0.5‑3份、防老剂0.5‑5份、过氧化物交联剂2‑8份；2、氢化丁腈生胶投入密炼机在125～135℃下塑炼后排料冷却得到塑炼胶；3、将液态丁腈橡胶在80～85℃下预热；步骤4、塑炼胶、芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸和防老剂加入密炼机进行第一次混炼；炭黑加入密炼机进行第二次混炼；二氧化硅补强剂和预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼至140℃时开始排料；5、待排料冷却后投入开炼机中并加入过氧化物交联剂在辊温45～55℃下薄通5～7遍得柔性接头弹性体用橡胶，具有优异的撕裂强度且与钢板粘接良好。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶，具体是一种柔性接头弹性体用橡胶及其制备方法。
背景技术
柔性接头是海洋石油平台立管系统中的核心机构，具有一定的承载和转动能力。当海洋石油平台与钢悬链立管受到海风、洋流的作用发生相对运动时，柔性接头通过弹性体的扭转变形可实现一定角度偏转，从而减小平台和立管受到的弯曲应力。
弹性体是柔性接头中的关键部件，其由若干橡胶层和球形增强钢板交替粘接硫化而成。由于弹性体的设计、分析、制造难度大，一直被国外公司所垄断，其中具有代表性的是美国的LORD公司和Oil States公司。随着柔性接头向高温高压高腐蚀方向发展，国外加快了弹性体用氢化丁晴橡胶材料的研究步伐，并有部分产品投入使用。目前，我国的柔性接头完全依赖国外进口，使得国内柔性接头弹性体用氢化丁晴橡胶材料方面的研究目前还处于空白，这严重制约了海洋油气行业的发展。
柔性接头在工作中最容易疲劳失效的部件为弹性体，加之柔性接头弹性体的使用工况恶劣，因此很容易损坏。但是，弹性体一旦损坏，不但现场无法修复，而且会导致柔性接头泄漏事故。因此，对其可靠性要求极高，通常为30年使用寿命及10倍的安全系数设计。目前，技术人员发现导致弹性体疲劳失效的最关键因素为橡胶胶料的抗撕裂性能，其对疲劳失效起着支配性地位。
亟待通过橡胶材料配方中各组分的配比调整，以及适宜的生产工艺来进行胶料制备，使弹性体用橡胶胶料具有优异的撕裂强度和耐高温老化性能，从而大幅延长柔性接头弹性体的疲劳寿命。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目是提供一种柔性接头弹性体用橡胶及其制备方法，制得的胶料不仅具有优异的撕裂强度，而且与增强钢板具有良好的粘接性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种柔性接头弹性体用橡胶的方法，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份数分别称取氢化丁腈生胶100份、二氧化硅补强剂15-35份、芳纶纤维浆粕10-25份、炭黑30-50份、液态丁腈橡胶5-15份、氧化锌3-7份、硬脂酸0.5-3份、防老剂0.5-5份、过氧化物交联剂2-8份；
步骤2、将氢化丁腈生胶投入密炼机在125～135℃下进行塑炼，塑炼结束后将排料冷却，得到塑炼胶；
步骤3、将称量好的液态丁腈橡胶在80～85℃下预热；
步骤4、先将塑炼胶加入密炼机，再将芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸和防老剂加入密炼机，接着进行第一次混炼；再接着将炭黑加入密炼机进行第二次混炼；然后将二氧化硅补强剂和步骤3预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼，当密炼机温度达到140℃时，开始排料；
步骤5、待步骤4的排料冷却后将其投入开炼机中并加入步骤1称取的过氧化物交联剂，在辊温45～55℃条件下薄通5～7遍，得到柔性接头弹性体用橡胶。
进一步地，所述二氧化硅补强剂为气相二氧化硅。
进一步地，所述过氧化物交联剂为二叔丁基过氧化异丙基苯。
进一步地，所述步骤2的塑炼时间为3～4min。
进一步地，所述步骤2的冷却时间为15～20h。
进一步地，所述步骤3预热时间为3～4h。
进一步地，所述步骤4的第一次混炼和第二次混炼的时间均为2～3min，第三次混炼的时间均为3～5min。
本发明还保护一种柔性接头弹性体用橡胶。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明以来源很广泛的氢化丁腈生胶、二氧化硅补强剂、芳纶纤维浆粕和炭黑为主要原料，通过简单的工艺制备出柔性接头弹性体用橡胶，其具有优异的撕裂强度和耐高温老化性能，且与增强钢板具有良好的粘接性能，适用于接头弹性体。
本发明选用芳纶纤维浆粕作为增强纤维，可以赋予弹性体用橡胶优异的耐高温老化性能和高撕裂强度，因为芳纶纤维高度原纤化的品种，长度和直径呈一定的规律分布，表面含有大量呈绒毛状的超细纤维，使得其比表面积大、韧性高，在混合加工过程中不会发生断裂，也不会降低纤维的长径比，而且芳纶浆粕纤维的表面含有极性基团，如酰胺基、磺酸基以及末端胺基、羧酸基等，这些官能团能够与橡胶基体上的一些官能团缔合，其作用原理类似于炭黑增强橡胶的结合橡胶理论，即弹性体与填充粒子的活性点相互作用，使其与橡胶基质有较高的机械嵌合力，分散混合性能良好，具有尺寸稳定性好、密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳性能好的优点，所以其可以赋予弹性体用橡胶优异的耐高温老化性能和高撕裂强度。
本发明选用的液态丁腈橡胶是反应型增塑剂，且相对分子质量较大，分子链结构与氢化丁腈橡胶接近，因此在硫化过程中会发生交联反应，能提高氢化丁腈胶料的交联密度，赋予其更高的机械强度和耐高温性能。将液态丁腈橡胶在混炼前进行预热，可以增加液态丁腈橡胶的分子活性，有利于液态丁腈橡胶与氢化丁腈生胶分子间的互溶，进一步增加了弹性体用橡胶的机械强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
实施例1
步骤1、按照质量份数分别称取Therban 4307氢化丁腈生胶100份、气相二氧化硅25份、芳纶纤维浆粕20份、卡博特N330炭黑40份、液态丁腈橡胶10份、氧化锌5份、硬脂酸1份、防老剂4010NA 1份、防老剂RD 1.5份、二叔丁基过氧化异丙基苯4.5份；
步骤2、将氢化丁腈生胶投入密炼机在130℃下进行塑炼4min，塑炼结束后将排料冷却20h，得到塑炼胶；
步骤3、将称量好的液态丁腈橡胶置于电磁炉内80℃下预热3h；
步骤4、先将塑炼胶加入密炼机，再将芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA和防老剂RD加入密炼机，接着进行第一次混炼2min；再接着将卡博特N330 炭黑加入密炼机进行第二次混炼3min；然后将气相二氧化硅和步骤3预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼5min，当密炼机温度达到140℃时，开始排料；
步骤5、将步骤4的排料投入开炼机中并加入二叔丁基过氧化异丙基苯，在辊温 45℃条件下薄通7遍，得到柔性接头弹性体用橡胶。
实施例2
步骤1、按照质量份数分别称取Therban 4307氢化丁腈生胶100份、气相二氧化硅30份、芳纶纤维浆粕15份、卡博特N330炭黑35份、液态丁腈橡胶12份、氧化锌6份、硬脂酸1.5份、防老剂4010NA 2份、防老剂RD 3份、二叔丁基过氧化异丙基苯8份；
步骤2、将氢化丁腈生胶投入密炼机在125℃下进行塑炼3min，塑炼结束后将排料冷却15h，得到塑炼胶；
步骤3、将称量好的液态丁腈橡胶置于电磁炉内85℃下预热4h；
步骤4、先将塑炼胶加入密炼机，再将芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA和防老剂RD加入密炼机，接着进行第一次混炼3min；再接着将卡博特N330 炭黑加入密炼机进行第二次混炼3min；然后将气相二氧化硅和步骤3预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼4min，当密炼机温度达到140℃时，开始排料；
步骤5、将步骤4的排料投入开炼机中并加入二叔丁基过氧化异丙基苯，在辊温 55℃条件下薄通6遍，得到柔性接头弹性体用橡胶。
实施例3
步骤1、按照质量份数分别称取Therban 4307氢化丁腈生胶100份、气相二氧化硅20份、芳纶纤维浆粕20份、卡博特N330炭黑45份、液态丁腈橡胶8份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂4010NA 0.2份、防老剂RD 0.3份、二叔丁基过氧化异丙基苯2份；
步骤2、将氢化丁腈生胶投入密炼机在125℃下进行塑炼3min，塑炼结束后将排料冷却18h，得到塑炼胶；
步骤3、将称量好的液态丁腈橡胶置于电磁炉内80℃下预热3.5h；
步骤4、先将塑炼胶加入密炼机，再将芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA和防老剂RD加入密炼机，接着进行第一次混炼2min；再接着将卡博特N330 炭黑加入密炼机进行第二次混炼2min；然后将气相二氧化硅和步骤3预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼5min，当密炼机温度达到140℃时，开始排料；
步骤5、将步骤4的排料投入开炼机中并加入二叔丁基过氧化异丙基苯，在辊温 50℃条件下薄通5遍，得到柔性接头弹性体用橡胶。
实施例4
步骤1、按照质量份数分别称取Therban 4307氢化丁腈生胶100份、气相二氧化硅15份、芳纶纤维浆粕25份、卡博特N330炭黑50份、液态丁腈橡胶5份、氧化锌3份、硬脂酸0.5份、防老剂4010NA 0.6份、防老剂RD 0.9份、二叔丁基过氧化异丙基苯6份；
步骤2、将氢化丁腈生胶投入密炼机在135℃下进行塑炼3min，塑炼结束后将排料冷却19h，得到塑炼胶；
步骤3、将称量好的液态丁腈橡胶置于电磁炉内85℃下预热3.5h；
步骤4、先将塑炼胶加入密炼机，再将芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA和防老剂RD加入密炼机，接着进行第一次混炼2min；再接着将卡博特N330 炭黑加入密炼机进行第二次混炼2min；然后将气相二氧化硅和步骤3预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼3min，当密炼机温度达到140℃时，开始排料；
步骤5、将步骤4的排料投入开炼机中并加入二叔丁基过氧化异丙基苯，在辊温 50℃条件下薄通6遍，得到柔性接头弹性体用橡胶。
实施例5
步骤1、按照质量份数分别称取Therban 4307氢化丁腈生胶100份、气相二氧化硅35份、芳纶纤维浆粕10份、卡博特N330炭黑30份、液态丁腈橡胶15份、氧化锌7份、硬脂酸3份、防老剂4010NA 1.6份、防老剂RD 2.4份、二叔丁基过氧化异丙基苯7份；
步骤2、将氢化丁腈生胶投入密炼机在130℃下进行塑炼4min，塑炼结束后将排料冷却16h，得到塑炼胶；
步骤3、将称量好的液态丁腈橡胶置于电磁炉内80℃下预热4h；
步骤4、先将塑炼胶加入密炼机，再将芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA和防老剂RD加入密炼机，接着进行第一次混炼3min；再接着将卡博特N330 炭黑加入密炼机进行第二次混炼2min；然后将气相二氧化硅和步骤3预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼4min，当密炼机温度达到140℃时，开始排料；
步骤5、将步骤4的排料投入开炼机中并加入二叔丁基过氧化异丙基苯，在辊温 50℃条件下薄通6遍，得到柔性接头弹性体用橡胶。
本发明抽取实施例1～实施例3制备的柔性接头弹性体用橡胶，按照常规方法取样后，按照本技术领域能使用的国家标准的方法对其进行撕裂强度和耐高温老化性能测试，性能检测结果见表1：
表1柔性接头弹性体用橡胶胶料性能数据
由表1可以看出，实施例1～实施例3制备的柔性接头弹性体用橡胶具有优异的撕裂强度，与增强钢板具有良好的粘接性。在150℃的温度下，经过168h的热空气老化后，橡胶的各项性能与老化前数值相比下降量很小，部分性能数据还略有增加。可见本发明制备的柔性接头弹性体用橡胶具有优异的撕裂强度和耐高温老化性能，因而将会大幅延长柔性接头弹性体的疲劳寿命。
Claims (8)
1.一种柔性接头弹性体用橡胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、按照质量份数分别称取氢化丁腈生胶100份、二氧化硅补强剂15-35份、芳纶纤维浆粕10-25份、炭黑30-50份、液态丁腈橡胶5-15份、氧化锌3-7份、硬脂酸0.5-3份、防老剂0.5-5份、过氧化物交联剂2-8份；
步骤2、将氢化丁腈生胶投入密炼机在125～135℃下进行塑炼，塑炼结束后将排料冷却，得到塑炼胶；
步骤3、将称量好的液态丁腈橡胶在80～85℃下预热；
步骤4、先将塑炼胶加入密炼机，再将芳纶纤维浆粕、氧化锌、硬脂酸和防老剂加入密炼机，接着进行第一次混炼；再接着将炭黑加入密炼机进行第二次混炼；然后将二氧化硅补强剂和步骤3预热后的液态丁腈橡胶加入密炼机进行第三次混炼，当密炼机温度达到140℃时，开始排料；
步骤5、待步骤4的排料冷却后将其投入开炼机中并加入过氧化物交联剂，在辊温45～55℃条件下薄通5～7遍，得到柔性接头弹性体用橡胶。
2.根据权利要求1所述的柔性接头弹性体用橡胶的方法，其特征在于，所述二氧化硅补强剂为气相二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的柔性接头弹性体用橡胶的方法，其特征在于，所述过氧化物交联剂为二叔丁基过氧化异丙基苯。
4.根据权利要求1所述的柔性接头弹性体用橡胶的方法，其特征在于，所述步骤2的塑炼时间为3～4min。
5.根据权利要求1所述的柔性接头弹性体用橡胶的方法，其特征在于，所述步骤2的冷却时间为15～20h。
6.根据权利要求1所述的柔性接头弹性体用橡胶的方法，其特征在于，所述步骤3预热时间为3～4h。
7.根据权利要求1所述的柔性接头弹性体用橡胶的方法，其特征在于，所述步骤4的第一次混炼、第二次混炼和第三次混炼的时间均为2～3min。
8.一种如权利要求1～7任一项所述方法制备的柔性接头弹性体用橡胶。
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