CN115785539B - 一种高耐磨橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种高耐磨橡胶材料及其制备方法。本发明以天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶作为主要原料，通过向其中加入抗磨剂和复合硫化剂以及气相二氧化硅和碳纤维等配剂，经过先塑炼再混炼以及将炭黑分步加入和中间停放一定时间的制备过程，得到的橡胶材料的硬度、耐磨性和力学性能均同时获得提高。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种高耐磨橡胶材料及其制备方法。
背景技术
橡胶材料作为一种高分子材料，具有良好的物理性能和化学性能，被广泛应用于建筑、电线电缆、体育器材或医疗器具等领域。橡胶板作为一种常见的橡胶材料，因具有较高的硬度和一定的弹性而被广泛应用于工矿企业、交通运输及房屋地面等领域。但是在某些特殊工况条件比如在矿山或者采石场中使用时，普通橡胶板因其耐磨性较差，导致其使用年限较短，需要高频率地更换橡胶板才可满足施工需求。这不仅造成橡胶材料的浪费以及施工成本的提高，对橡胶板的大量使用及更换的同时也对环境带来不利影响。
为提高橡胶材料的耐磨性，目前已有通过改变原料配方的方法，但对橡胶材料耐磨性的改善十分有限，或者橡胶材料的耐磨性和力学性能并不能同时兼顾。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，该高耐磨橡胶材料同时具有优异的耐磨性和力学性能，其硬度也可满足特殊工况下的使用要求。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种高耐磨橡胶材料，其特征在于，以质量份数计，包括以下组成：
其中，所述抗磨剂包括聚酰亚胺树脂和聚对羟基苯甲酸酯中的至少一种；所述复合硫化剂包括二硫化四甲基秋兰姆、叔丁基苯酚甲醛树脂和叔辛基苯酚甲醛树脂中的至少一种。
本发明以天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶作为主要原料，丁苯橡胶的分子链中含有双键和苯环，顺丁橡胶的分子链中含有双键，丁苯橡胶和顺丁橡胶中的聚合物分子可以形成交联网状结构，提高橡胶材料内部的交联程度，从而使橡胶材料的硬度有所提高；抗磨剂聚酰亚胺树脂和聚对羟基苯甲酸酯的分子链中均含有刚性的环状结构，有助于提高所得橡胶材料的耐磨性和力学性能。复合硫化剂可以使上述天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶中聚合物分子的分子链之间产生交联变为网状聚合物，使分子链的自由运动受到限制，从而减少橡胶中聚合物分子链之间的滑移，增强橡胶材料的耐磨性，与此同时，网状聚合物中仍然保留着一定量的具有活动能力的链段，从而使橡胶材料仍然具有一定的弹性。通过向天然橡胶和合成橡胶中加入一定量的炭黑、气相二氧化硅和碳纤维，能够进一步增强橡胶材料的耐磨性、硬度和力学性能。通过以上材料在上述用量范围内的配合，得到的橡胶材料在具有优异耐磨性的同时，还具有优异的硬度和力学性能，能够满足多种工况条件的施工需求。
结合第一方面，所述抗磨剂为聚酰亚胺树脂和聚对羟基苯甲酸酯的混合物，所述聚酰亚胺树脂和聚对羟基苯甲酸酯的质量比为0-5：0-5，优选为2-4：2-4。
结合第一方面，所述复合硫化剂为二硫化四甲基秋兰姆、叔丁基苯酚甲醛树脂和叔辛基苯酚甲醛树脂的混合物，所述二硫化四甲基秋兰姆、叔丁基苯酚甲醛树脂和叔辛基苯酚甲醛树脂的质量比为0-10：0-5：0-5，优选为4-6：2-4：2-4。
结合第一方面，所述炭黑选自炭黑N110、炭黑N220或炭黑N330，炭黑在橡胶材料中起补强作用，可用于提高橡胶材料的耐磨性。
结合第一方面，所述防老剂为防老剂RD、防老剂MB和防老剂DNP中的至少两种，两种防老剂共同使用可以产生协同效应，更有效地延缓橡胶材料的老化。
结合第一方面，所述气相二氧化硅的粒径为300-600nm，该粒径范围的气相二氧化硅可以起到补强作用，提高橡胶材料的强度和硬度。
结合第一方面，所述碳纤维的直径为50-100nm，长度为50-150μm。碳纤维具有高强度、高模量的优点，其引入可以提高橡胶材料的力学性能。
本发明的第二方面提供一种高耐磨橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将天然橡胶、顺丁橡胶和丁腈橡胶混合，在70-110℃内于开炼机中进行塑炼，得塑炼胶；
S2、将所述塑炼胶与所述抗磨剂、防老剂、气相二氧化硅和碳纤维投于密炼机中密炼120-180s，密炼期间将所述炭黑分为2-3次加入，出料，立即降温至50-70℃，薄通2-3遍，下片，得混炼胶；
S3、将所述混炼胶于室温下停放12-48h，再与复合硫化剂投于密炼机密炼180-300s，出料，薄通2-3遍，下片，得高耐磨橡胶材料。
结合第二方面，S2中所述密炼步骤的初始温度为120-140℃，优选为125-135℃，此温度范围可以保证各原料之间混合均匀，并同时可避免出现焦烧现象。
结合第二方面，S3中所述密炼步骤的初始温度为80-100℃，所述密炼机的转速为30-40r/min，加入复合硫化剂之后的转速不宜过快，以免混炼胶与密炼机内壁剧烈摩擦而使局部温度过高。
本发明采用的制备方法先对橡胶原料进行塑炼得到塑性改善的塑炼胶，再将所得塑炼胶与其余配剂依次投入密炼机中进行密炼，通过在密炼过程中将炭黑进行分步加入，避免了一次加入造成炭黑凝结导致分布不均的情况。首次混炼后对所得混炼胶进行一定时间的停放，可使混炼时橡胶内部所受的机械应力得以松弛，降低后续加工工序中的收缩程度；同时，在停放过程中，所用配剂可以继续分散，从而促进其分散均匀；而且，还可以使橡胶与炭黑发生进一步结合，从而提高炭黑的补强效果。
本发明以天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶作为主要原料，向其中加入抗磨剂和复合硫化剂，使所得橡胶材料的硬度、耐磨性和力学性能均有所提高。气相二氧化硅和碳纤维的加入可以起到补强作用，可进一步提高橡胶材料的耐磨性和力学性能。采用此配方和制备方法制备得到的橡胶材料的硬度、耐磨性和力学性能均得到显著的提高，可以满足特殊工况下的使用要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。
本发明实施例及对比例所使用的试剂原料均为市售产品，所用气相二氧化硅的粒径为300-600nm；碳纤维的直径为50-100nm、长度为50-150μm。
实施例1
本发明实施例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方如表1所示，制备方法如下：
S1、将天然橡胶、顺丁橡胶和丁腈橡胶混合，在90℃下于开炼机中进行塑炼，得塑炼胶；
S2、将塑炼胶与抗磨剂、防老剂RD和防老剂MB、气相二氧化硅和碳纤维依次投于密炼机中，以130℃为初始温度密炼150s，密炼期间将炭黑220分为3次加入(每次加入配方量的1/3)，出料，之后立即降温至60℃，薄通3遍，下片，得混炼胶；
S3、将混炼胶于室温下停放24h，再与复合硫化剂投于密炼机，以90℃为初始温度，密炼240s，密炼机转速设置为35r/min，出料，薄通3遍，下片，得高耐磨橡胶材料。
实施例2
本发明实施例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方如表1所示，制备方法如下：
S1、将天然橡胶、顺丁橡胶和丁腈橡胶混合，在70℃下于开炼机中进行塑炼，得塑炼胶；
S2、将所述塑炼胶与所述抗磨剂、防老剂RD和防老剂DNP、气相二氧化硅和碳纤维依次投于密炼机中，以120℃为初始温度密炼180s，密炼期间将炭黑110分为2次加入(每次加入配方量的1/2)，出料，之后立即降温至50℃，薄通3遍，下片，得混炼胶；
S3、将所述混炼胶于室温下停放12h，再与复合硫化剂投于密炼机，以80℃为初始温度，密炼300s，密炼机转速设置为30r/min，出料，薄通2遍，下片，得高耐磨橡胶材料。
实施例3
本发明实施例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方如表1所示，制备方法如下：
S1、将天然橡胶、顺丁橡胶和丁腈橡胶混合，在110℃下于开炼机中进行塑炼，得塑炼胶；
S2、将所述塑炼胶与所述抗磨剂、防老剂MB和防老剂DNP、气相二氧化硅和碳纤维依次投于密炼机中，以140℃为初始温度密炼120s，密炼期间将炭黑330分为3次加入(每次加入配方量的1/3)，出料，之后立即降温至70℃，薄通3遍，下片，得混炼胶；
S3、将所述混炼胶于室温下停放48h，再与复合硫化剂投于密炼机，以100℃为初始温度，密炼180s，密炼机转速设置为40r/min，出料，薄通3遍，下片，得高耐磨橡胶材料。
实施例4
本发明实施例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方如表1所示，制备方法与实施例1相同。
对比例1
本发明对比例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方如表1所示，其与实施例1的配方的区别仅在于将抗磨剂替换为硅丙烯酸混合树脂和聚氨酯树脂的混合物，制备方法与实施例1相同。
对比例2
本发明对比例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方如表1所示，其与实施例1的配方的区别仅在于硫化剂为普通硫磺，制备方法与实施例1相同。
对比例3
本发明对比例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方如表1所示，其与实施例1的配方的区别仅在于未添加气相二氧化硅和碳纤维，制备方法与实施例1相同。
对比例4
本发明对比例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方与实施例1的配方相同，制备方法与实施例1相似，区别仅在于将炭黑一次性加入，而非分步添加。
对比例5
本发明对比例提供一种高耐磨橡胶材料及其制备方法，高耐磨橡胶材料的具体配方与实施例1的配方相同，制备方法与实施例1相似，区别仅在于S3步骤中未对混炼胶进行停放操作。
表1实施例1-4和对比例1-5的组分及其质量份数
检验例
对实施例1-4以及对比例1-5所得的橡胶材料根据表2所示的测试标准进行力学性能、耐磨性、硬度及阿克隆磨耗的测试，各项性能的测试结果如表3所示。
表2 各项性能的测试标准
| 测试项目 | 单位 | 测试方法 |
| 邵氏硬度 | A | GB/T 531.1-2008 |
| 拉伸强度 | MPa | GB/T 528-2009 |
| 断裂伸长率 | ％ | GB/T 528-2009 |
| 阿克隆磨耗 | cm3/1.61km | GB/T 1689-2014 |
表3 实施例1-4及对比例1-5所得橡胶材料的各项测试结果
通过表3的测试结果可知，本发明提供的高耐磨橡胶材料的配方及制备方法，在加入本发明特定的抗磨剂和复合硫化剂以及气相二氧化硅和碳纤维等配剂后，所得橡胶材料的力学性能和耐磨性均获得明显提高，阿克隆磨耗低至0.030cm3/1.61km及以下，同时，所得橡胶材料的邵氏硬度也得以提高，且拉伸强度均在21.5MPa以上，断裂伸长率均在300％以上。该发明获得的橡胶材料实现了耐磨性和力学性能的同时提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高耐磨橡胶材料，其特征在于，以质量份数计，包括以下组成：
天然橡胶60-80份；
丁苯橡胶60-80份；
顺丁橡胶20-30份；
抗磨剂4-8份；
炭黑50-90份；
复合硫化剂2-6份；
防老剂2-4份；
硬脂酸0.5-2份；
氧化锌4-10份；
气相二氧化硅5-20份；
碳纤维2-6份；
其中，所述抗磨剂为聚酰亚胺树脂和聚对羟基苯甲酸酯的混合物，所述聚酰亚胺树脂和聚对羟基苯甲酸酯的质量比为1-5：3-5；所述复合硫化剂为二硫化四甲基秋兰姆、叔丁基苯酚甲醛树脂和叔辛基苯酚甲醛树脂的混合物，所述二硫化四甲基秋兰姆、叔丁基苯酚甲醛树脂和叔辛基苯酚甲醛树脂的质量比为2-10：0-5：0-5。
2.如权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述炭黑选自炭黑N110、炭黑N220或炭黑N330。
3.如权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD、防老剂MB和防老剂DNP中的至少两种。
4.如权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述气相二氧化硅的粒径为300-600nm。
5.如权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述碳纤维的直径为50-100nm，长度为50-150μm。
6.一种权利要求1~5任一项所述的高耐磨橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶混合，在70-110℃内于开炼机中进行塑炼，得塑炼胶；
S2、将所述塑炼胶与所述抗磨剂、防老剂、气相二氧化硅和碳纤维投于密炼机中密炼120-180s，密炼期间将所述炭黑分为2-3次加入，出料，立即降温至50-70℃，薄通2-3遍，下片，得混炼胶；
S3、将所述混炼胶于室温下停放12-48h，再与复合硫化剂投于密炼机密炼180-300s，出料，薄通2-3遍，下片，得高耐磨橡胶材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S2中所述密炼的初始温度为120-140℃。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S3中所述密炼的初始温度为80-100℃，所述密炼机的转速为30-40r/min。
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| US5167876A (en) * | 1990-12-07 | 1992-12-01 | Allied-Signal Inc. | Flame resistant ballistic composite |
| JP2019108543A (ja) * | 2017-12-19 | 2019-07-04 | 上野製薬株式会社 | 熱可塑性樹脂プリプレグおよび複合材料 |
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| CN113527771A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-10-22 | 威海佳航橡胶科技有限公司 | 一种防刺穿高耐磨矿山用轮胎胶料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-12-30 CN CN202211720005.2A patent/CN115785539B/zh active Active
Patent Citations (5)
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