CN115678131B - 履带用橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种履带用橡胶组合物，含有二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物、炭黑、氧化石墨烯、异癸酸锌、203树脂、硫化剂、防老剂等物质。可实现橡胶材料的耐久性、耐磨性、抗撕裂性的提升。

Description

履带用橡胶组合物及其制备方法

技术领域

本申请涉及一种履带用橡胶组合物及其制备方法。

背景技术

履带是坦克、农用拖拉机、联合收割机、撒布机、工程挖掘机以及各种土方机械等机械设备的主要行走装置。履带式车辆包括在车辆本体两侧的履带，通过履带旋转运动实现车辆本体的前进、后退或转向。履带通常由多个履带板首尾相连而形成封闭的环形，在车辆行进过程中，履带不仅承载驱动链轮的驱动力，而且履带直接与地面接触，通过与地面的摩擦，实现车辆的运动。过去履带一般采用金属材料制作，存在着许多无法克服的缺点。例如，金属履带销孔和销轴在泥水环境作业中磨损严重，金属链板对路面的破坏以及剧烈的机器震动对整机零部件寿命产生不良影响，链板生锈、被腐蚀等等。因此，使用弹性好、减震性能优异、耐腐蚀的橡胶材料制作履带显得十分必要。履带由橡胶组合物和金属件组成，橡胶组合物不仅具有减震、减少噪音等作用，还具有良好的耐磨性能以及抗撕裂性能，由于其重量轻，还能减轻车辆的自重，降低油耗等。对于现代履带式车辆而言，车辆运行时将处于巨大的应变和严重的磨损条件下，研究适合履带使用的橡胶组合物具有重大意义。

橡胶的耐久性、耐磨性、抗撕裂性以及履带的寿命一直是胶料配方设计中的问题。橡胶构件最常见的问题是：过热，导致橡胶爆裂和灾难性故障；碎裂，大块橡胶材料从胎面构件上掉落；磨损，由于橡胶材料的耐磨性差而导致快速过度磨耗。胶块在装备行驶过程中会受到高应力应变作用，胶块材料能否在高负荷、高动态的恶劣工作环境下保持良好的性能，是决定其寿命长短的关键因素。

因此，急需对橡胶组合物的性能进行改进，需要提供一种具有增强的抗撕裂性、抗耐磨性以及耐久性的橡胶组合物，该橡胶组合物可应用于履带式车辆中，并显示出不可替代的优良性能，尤其适用于环形橡胶履带和其它农用、军事高负荷履带。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请的目的在于提供一种履带用橡胶组合物，实现橡胶材料的耐久性、耐磨性、抗撕裂性的提升。

本发明提供一种履带用橡胶组合物，由以下重量份配比的物质组成：二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物100-120份、炭黑40-50份、氧化石墨烯6-8份、异癸酸锌4-8份、203树脂6-8份、硫化剂6-10份、防老剂4-8份；其中所述炭黑为中超耐磨炭黑N231与N582的混合物；硫化剂为氧化锌与2-巯基苯并噻唑的混合物；防老剂为N-（1,3-二甲基丁基）-N’-苯基对苯二胺与2 ,2 ,4-三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体的混合物。

其中所述二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物为丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和天然橡胶按照5:3:2形成的组合物。

所述炭黑为中超耐磨炭黑N231与N582按照2:3形成的混合物。

所述硫化剂为氧化锌与2-巯基苯并噻唑按照2:1形成的混合物。

所述防老剂为N-（1,3-二甲基丁基）-N’-苯基对苯二胺与2 ,2 ,4-三甲基-1 ,2-二氢化喹啉聚合体按照3:1形成的混合物。

本发明还提供一种履带用橡胶组合物的制备方法：

步骤一、原材料准备：准备好二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物，将其切成楔形块，然后烘干；将组合物中的其它成分分别粉碎干燥后过筛，按比例称重备用；

步骤二、塑炼：将开炼机前后辊的速比为1：1.5，将开炼机辊距调至0.9mm，加入二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物进行塑炼，打包3次；

步骤三、混炼：将二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物加入混炼；

步骤四、终炼：在开炼机中加入混炼胶，然后加入其它成分进行终炼，待完成吃粉后，进行多次打包，使各成分均匀分散；随后胶料下片，停放5小时。

本申请的橡胶组合物具有较好的耐久性、耐磨性和抗撕裂性能，能够适用于环形履带，特别是载重能力要求高的农用、军事用机械装备。

本发明组合物中各物质组分如下：

<橡胶成分>

在本发明的橡胶组合物中，使用由二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物构成的混合物作为橡胶成分。选择综合性能较好的天然橡胶与耐天候老化性能、耐磨性能较好的二烯系合成橡胶混合，优选丙烯腈丁二烯橡胶和无硫氯丁橡胶。上述三种橡胶组合配伍使用从而达到优良的动态性能，耐天候老化性能，以及优异的耐磨性和抗撕裂性能。

在本发明中，丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和天然橡胶按照5:3:2的重量份配比进行混合。在本发明中，其加入量优选为100-120质量份。

<炭黑>

在本发明的橡胶组合物中，为了提高补强性，耐磨耗性等，优选添加中超耐磨炭黑N231和N582。将中超耐磨炭黑N231与N582配合使用，还表现出橡胶组合物的耐高温特性，更好的发热性能，在行驶过程中使履带体橡胶的温度保持较低，施加了循环载荷的履带体具有显示出更优的耐久性的特性，并可全面改善耐磨性和耐穿刺性能。

所述炭黑为中超耐磨炭黑N231与N582按照2:3形成的混合物，在本发明中，其加入量优选为40-50质量份。

< 氧化石墨烯>

橡胶履带行驶面直接接触地面，在工程机械设备中承受载荷非常大、冲击力大，需起到传递驱动力和制动力、提供转向操纵性的作用。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，氧化石墨烯具有超薄片层结构和大比表面积，表面含有大量羧基、羟基和环氧基等含氧官能团，其物化性能优异，纳米尺寸效应、分散性和吸附性良好。本发明的橡胶组合物在氧化石墨烯加入后，胶料的拉断伸长率和撕裂强度增大，阿克隆磨耗量减小，耐热老化性能改善，成品工程橡胶履带的使用寿命明显延长。可以提高橡胶材料的强度性能、气体阻隔性能、耐磨性能和导电性能等。在本发明中，其加入量优选为6-8质量份。

<异癸酸锌>

加入异癸酸锌可以提高橡胶组合物的拉伸强度和伸长率，提高抗撕裂性能，能降低混炼或塑炼温度，缩短混炼时间，提高生产效率，降低能量消耗。其加入量优选为4-8质量份。

<聚酯树脂>

203树脂的加入量为6-8质量份，加入后可改善胶料的自粘性，提高胶料的物理机械性能及热老化性能，且对胶体的物性无不良影响。

<硫化剂>

将硫化剂以6-10质量份的比例添加至本发明的橡胶组合物中，硫化剂为氧化锌与2-巯基苯并噻唑按照2:1形成的混合物。使用两种不同种类的硫化剂配合使用，能够针对本发明所使用的三种橡胶，起到较好的硫化作用，解决了催化剂在预硫化时产生的集中放热问题，降低了硫化成本。

<防老剂>

防老剂为4，4^'—双（2，2-二甲基苄基）二苯胺与2 ,2 ,4-三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体按照3:1形成的混合物。将上述两种防老剂配合使用，可增加橡胶组合物的弹性，防止龟裂，可以有效的吸收和延缓高温对丙烯腈丁二烯橡胶和氯丁橡胶的破坏，提高橡胶材料的耐高温性和耐疲劳老化性。在本发明中，其加入量优选为4-8质量份。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的履带用高性能复合橡胶材料，采用丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和天然橡胶三种橡胶配合使用，具有优异的耐油性和耐热性，适中的成本和加工性，更好的耐酸性，从而使得橡胶组合物物理机械性能提升，具有更好的耐磨性和抗撕裂性能。

（2）本发明提供的橡胶组合物中，采用将中超耐磨炭黑N231与N582配合使用替代普通炭黑作为补强剂，使橡胶组合物的力学性能得到显著的提高，可全面改善耐磨性和持久性。

（3）本发明提供的橡胶组合物中加入了异癸酸锌，可以提高橡胶组合物的拉伸强度和伸长率，显著提高抗撕裂性能，能降低混炼或塑炼温度，缩短混炼时间，提高生产效率，降低能量消耗。减少履带式装备使用过程中的崩花、掉块问题，延长使用寿命。

（4）本发明提供的橡胶组合物中，采用将4，4^'—双（2，2-二甲基苄基）二苯胺与2 ,2 ,4-三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体两种防老剂配合使用，提高橡胶材料的耐高温性和耐老化性。

(5)本发明提供的履带用高性能复合橡胶组合物，可大大减少金属履带与地面间的冲击以及引发的噪音，减轻履带对地面的破坏，对司乘人员和仪器设备起到防震、吸震作用；改善司乘人员乘坐舒适度，缓解疲劳。

具体实施方式

一种履带用橡胶组合物：按照重量份计，包含丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和天然橡胶按照5:3:2形成的混合物100-120份、中超耐磨炭黑N231与N582按照2:3形成的混合物40-50份、氧化石墨烯6-8份、异癸酸锌4-8份、203树脂6-8份、氧化锌与2-巯基苯并噻唑按照2:1形成的混合物6-10份、4，4^'—双（2，2-二甲基苄基）二苯胺与2 ,2 ,4-三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体按照3:1形成的混合物4-8份。

其通过以下制备方法制备：

步骤一、原材料准备：准备好丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和天然橡胶的混合物，将其切成楔形块，然后烘干；将组合物中的其它成分分别粉碎干燥后过筛，按比例称重备用；

步骤二、塑炼：将开炼机前后辊的速比为1：1.5，将开炼机辊距调至0.9mm，加入丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和和天然橡胶的混合物进行塑炼，打包3次；

步骤三、混炼：将丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和天然橡胶加入混炼；

步骤四、终炼：在开炼机中加入混炼胶，然后加入其它成分进行终炼，待完成吃粉后，进行多次打包，使各成分均匀分散；随后胶料下片，停放5小时。

实施例1：一种橡胶组合物包括50份丙烯腈丁二烯橡胶、30份无硫化氯丁胶、20份天然橡胶、16份炭黑N231、24份炭黑N582、6份氧化石墨烯、4份异癸酸锌、6份203树脂、4份氧化锌、2份2-巯基苯并噻唑、4.5份N-（1,3-二甲基丁基）-N’-苯基对苯二胺和1.5份三甲基-1,2- 二氢化喹啉聚合体。

实施例2：一种橡胶组合物包括55份丙烯腈丁二烯橡胶、33份无硫化氯丁胶、22份天然橡胶、18份炭黑N231、27份炭黑N582、7份氧化石墨烯、6份异癸酸锌、7份203树脂、5份氧化锌、2.5份2-巯基苯并噻唑、6份N-（1,3-二甲基丁基）-N’-苯基对苯二胺和2份三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体。

实施例3：一种橡胶组合物包括60份丙烯腈丁二烯橡胶、36份无硫化氯丁胶、24份天然橡胶、20份炭黑N231、30份炭黑N582、8份氧化石墨烯、8份异癸酸锌、8份203树脂、5份氧化锌、2.5份2-巯基苯并噻唑、6份N-（1,3-二甲基丁基）-N’-苯基对苯二胺和2份三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体。

按照上述橡胶组合物制备方法对上述实施例1-实施例3进行制备，

在实施例3的各组份质量份数的基础上，去除无硫化氯丁胶得到对比例1，去除异癸酸锌得到对比例2，去除炭黑N582得到对比例3，分别取异癸酸锌为2质量份、10质量份得到对比例4和对比例5，上述实施例1-3以及对比例1-5各组份的重量份数如表1所示。制备方法与实施例1-3相同。

表1

将本发明上述实施例提供的橡胶组合物实施例1、实施例2、实施例3与对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5进行性能参数对比，如表2所示。

表2

从表2中的数据可以明显看出，实施例1-3的拉伸强度、撕裂强度、磨耗体积和硬度均显示了较好的综合性能，橡胶具备很好的拉伸强度、抗撕裂强度以及耐磨性能。

再比较各对比例的性能参数。从表2可以看出，对比例1和对比例3的各项性能参数明显低于实施例1-3，对比例2、对比例4和对比例5的撕裂强度大幅降低。当组合物中针对生橡胶混合物进行调整，不加入无硫化氯丁胶时，如对比例1所示，橡胶的拉伸强度显著降低，撕裂强度、磨耗体积及硬度等性能也有一定程度的下降；当组合物中针对炭黑种类进行调整，不加入N582时，如对比例3所示，橡胶的磨耗体积显著降低，撕裂强度、拉伸强度及硬度等性能也有一定程度的下降；当组合物中不加入异癸酸锌时，如对比例2所示，橡胶的撕裂强度显著降低，拉伸强度、磨耗体积及硬度等性能也有一定程度的下降；当组合物中针对异癸酸锌的重量份数进行调整，如对比例4-5所示，橡胶的各项参数也有一定程度的下降。

由此可以充分说明，本发明的橡胶组合物中各成分相互配合使用，并通过合理分配各组份的比例，能够显著提高履带橡胶组合物的各项性能，使橡胶具备更好的弹性和韧性，更好的抗撕裂性能以及更好的耐磨程度，延长了橡胶的使用寿命。并且，当组合物中无硫化氯丁胶、炭黑N582、异癸酸锌等成分调整时，将对橡胶组合物的各项性能造成一定程度的影响。

在本说明书中所谈到的“上述实施例”、 “实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1. 一种用于履带的橡胶组合物，其特征在于，由以下重量份的物质组成：二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物100-120份、炭黑40-50份、氧化石墨烯6-8份、异癸酸锌4-8份、203树脂6-8份、硫化剂6-10份、防老剂4-8；其中所述炭黑为中超耐磨炭黑N231与N582的混合物；硫化剂为氧化锌与2-巯基苯并噻唑的混合物；防老剂为N-（1,3-二甲基丁基）-N’-苯基对苯二胺与2 ,2 ,4-三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体的混合物；

二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物为丙烯腈丁二烯橡胶、无硫化氯丁胶和天然橡胶按照5:3:2形成的组合物；

所述炭黑为中超耐磨炭黑N231与N582按照2:3形成的混合物；

所述硫化剂为氧化锌与2-巯基苯并噻唑按照2:1形成的混合物。

2.根据权利要求1所述的用于履带的橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为N-（1,3-二甲基丁基）-N’-苯基对苯二胺与2 ,2 ,4-三甲基-1 ,2- 二氢化喹啉聚合体按照3:1形成的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物在履带中的用途。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于履带的橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤一、原材料准备：准备好二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物，将其切成楔形块，然后烘干；将组合物中的其它成分分别粉碎干燥后过筛，按比例称重备用；

步骤二、塑炼：将开炼机前后辊的速比为1：1.5，将开炼机辊距调至0.9mm，加入二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物进行塑炼，打包3次；

步骤三、混炼：将二烯系合成橡胶和天然橡胶的混合物加入混炼；

步骤四、终炼：在开炼机中加入混炼胶，然后加入其它成分进行终炼，待完成吃粉后，进行多次打包，使各成分均匀分散；随后胶料下片，停放5小时。