CN115926436A

CN115926436A - 一种超耐磨橡塑材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN115926436A
Application number: CN202310120068.2A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 张伟; 刘楠; 李肖建; 菅灵辉
Original assignee: Hebei Huami New Material Technology Co ltd
Current assignee: Hebei Huami New Material Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-16
Filing date: 2023-02-16
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2043-02-16
Also published as: CN115926436B

Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，提出了一种超耐磨橡塑材料及其制备方法和应用。所述一种超耐磨橡塑材料，包括以下重量份数的组分：热塑性聚氨酯弹性体50~70份、聚丙烯20~40份、硫化橡胶粉25~35份、相容剂2~4份、填料15~25份、光稳定剂0.1~0.5份、抗氧剂0.1~0.5份，所述相容剂为马来酸酐和/或巯基丁二酸；所述橡塑材料的制备方法，包括：将硫化橡胶粉与相容剂混合均匀后，加入剩余组分熔融共混，成型，得到橡塑材料；所述橡塑材料在密封制品中的应用。通过上述技术方案，解决了相关技术中提高橡塑材料的耐磨性时，导致力学性能下降的问题。

Description

一种超耐磨橡塑材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体的，涉及一种超耐磨橡塑材料及其制备方法和应用。

背景技术

橡塑材料因具有弹性模量小、高回弹性、低压缩永久变形、摩擦系数小、耐磨性好、耐介质等优点，因而被广泛应用于密封制品中，如密封条、圈垫等。近年来，随着科学技术的进步，机械装备不断的向极端环境和恶劣条件的应用场所发展，如空天探索、极低科考、海洋及沙漠风电场的建立、深井钻探与深海作用、核能利用等。为了满足机械装备使用条件的需求，橡塑密封的使用工况也越来越苛刻，因而对橡塑密封材料的耐磨性能提出了更高的要求。

磨损是相互接触的金属部件工作面与磨料有相对运动，表面上的材料粒子受到磨料的作用（如物理的、化学的作用）而脱离部件本体，致使部件的形状、尺寸及重量发生变化的过程。材料要抵抗磨损，才能有效发挥其性能，而抵抗磨损的能力就是耐磨性。

耐磨性是密封制品最重要的性能指标，耐磨性的好坏直接影响密封制品的使用效果和使用寿命，材料的耐磨性往往由材料自身性质、磨料性质以及服役工况三方面因素构成，任何一个参量的改变，都会引起磨损机理和材料耐磨性的变化。

硫化橡胶粉由于具有可塑性好、耐候性好、耐磨性强、不易老化的优良特性在橡塑材料中得到广泛应用。但是，硫化橡胶粉的主要成分为橡胶、炭黑、软化剂及硫化促进剂等，在提高橡塑材料耐磨性的同时，由于其表面呈现惰性，与橡塑材料的相容性差，直接掺用在橡塑材料中难以形成良好的粘结界面，进而导致材料的力学性能差，因此，将硫化橡胶粉应用于橡塑材料中的报道很少。

发明内容

本发明提出一种超耐磨橡塑材料及其制备方法和应用，解决了相关技术中提高橡塑材料的耐磨性时，导致力学性能下降的问题。

本发明的技术方案如下：

一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：热塑性聚氨酯弹性体50~70份、聚丙烯20~40份、硫化橡胶粉25~35份、相容剂2~4份、填料15~25份、光稳定剂0.1~0.5份、抗氧剂0.1~0.5份；

所述相容剂为马来酸酐和/或巯基丁二酸。

作为进一步的技术方案，所述马来酸酐和巯基丁二酸的质量比为1~3:1。

作为进一步的技术方案，所述马来酸酐和巯基丁二酸的质量比为2:1。

作为进一步的技术方案，所述填料包括碳酸钙、石英粉、白炭黑中的一种或几种。

作为进一步的技术方案，所述光稳定剂包括光稳定剂UV326、光稳定剂770、光稳定剂622中的一种或几种。

作为进一步的技术方案，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。

作为进一步的技术方案，还包括稀土金属氧化物4~6份。

作为进一步的技术方案，所述稀土金属氧化物包括氧化铈、氧化镧、氧化钇中的一种或几种。

本发明还提出了一种超耐磨橡塑材料的制备方法，将硫化橡胶粉与相容剂混合均匀后，加入剩余组分熔融共混，成型，得到橡塑材料。

一种超耐磨橡塑材料在密封制品中的应用。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明选用热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯作为橡塑基体材料，通过添加硫化橡胶粉解决了橡塑基体材料耐磨性能差的问题，但是由于硫化橡胶粉与橡塑基体材料的相容性差，导致添加硫化橡胶粉后虽然橡塑材料的耐磨性能提升，但是力学性能显著下降。因此，本发明使用马来酸酐和/或巯基丁二酸作为硫化橡胶粉与橡塑基体材料间的相容剂，制备的橡塑材料不仅耐磨性能大幅度提升，而且提高了力学性能，解决了现有技术中存在的硫化橡胶粉与橡塑材料的相容性差、直接掺用在橡塑材料中难以形成良好的粘结界面、进而导致材料的力学性能差的问题，达到了制备的橡塑材料具有优异的耐磨性能和力学性能的效果。

2、本发明通过使用马来酸酐和巯基丁二酸质量比为1~3:1的混合物作为体系的相容剂，进一步提高了橡塑材料的耐磨性能和力学性能。一方面是由于巯基丁二酸分子链上的羧基与填料表面的羟基形成氢键，提高了填料在基体材料中的分散性；另一方面是由于马来酸酐和巯基丁二酸分子结构中含的极性基团较多，对硫化橡胶粉的渗透能力强，马来酸酐和巯基丁二酸二者具有协同作用，进一步改善了硫化橡胶粉与基体材料的相容性，从而进一步提高了橡塑材料的耐磨性能和力学性能。

3、本发明中还添加了适量的稀土氧化物，进一步提高了橡塑材料的耐磨性能和力学性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

以下实施例及对比例中热塑性聚氨酯弹性体的牌号为1180A；硫化橡胶粉为100目硫化橡胶粉，购自灵寿县中石恒达矿产品加工厂。

实施例1

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体60份、聚丙烯40份、硫化橡胶粉35份、马来酸酐3份、白炭黑20份、光稳定剂770 0.3份、抗氧剂1010 0.1份；

S2、将硫化橡胶粉与马来酸酐在混合机中混合均匀后，加入热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯、白炭黑、光稳定剂770、抗氧剂1010在180℃熔融共混后，挤出成型，得到橡塑材料。

实施例2

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体60份、聚丙烯40份、硫化橡胶粉35份、巯基丁二酸3份、白炭黑20份、光稳定剂770 0.3份、抗氧剂1010 0.1份；

S2、将硫化橡胶粉与巯基丁二酸在混合机中混合均匀后，加入热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯、白炭黑、光稳定剂770、抗氧剂1010在180℃熔融共混后，挤出成型，得到橡塑材料。

实施例3

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体60份、聚丙烯40份、硫化橡胶粉35份、相容剂3份、白炭黑20份、光稳定剂770 0.3份、抗氧剂1010 0.1份，相容剂由质量比为2:1的马来酸酐和巯基丁二酸组成；

S2、将硫化橡胶粉与相容剂在混合机中混合均匀后，加入热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯、白炭黑、光稳定剂770、抗氧剂1010在180℃熔融共混后，挤出成型，得到橡塑材料。

实施例4

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体60份、聚丙烯40份、硫化橡胶粉35份、相容剂3份、白炭黑20份、光稳定剂770 0.3份、抗氧剂1010 0.1份，相容剂由质量比为3:1的马来酸酐和巯基丁二酸组成；

实施例5

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体60份、聚丙烯40份、硫化橡胶粉35份、相容剂3份、白炭黑20份、光稳定剂770 0.3份、抗氧剂1010 0.1份，相容剂由质量比为1:1的马来酸酐和巯基丁二酸组成；

实施例6

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体60份、聚丙烯40份、硫化橡胶粉35份、氧化铈5份、相容剂3份、白炭黑20份、光稳定剂770 0.3份、抗氧剂1010 0.1份，相容剂由质量比为2:1的马来酸酐和巯基丁二酸组成；

S2、将硫化橡胶粉与相容剂在混合机中混合均匀后，加入热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯、氧化铈、白炭黑、光稳定剂770、抗氧剂1010在180℃熔融共混后，挤出成型，得到橡塑材料。

实施例7

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体50份、聚丙烯20份、硫化橡胶粉25份、相容剂2份、碳酸钙15份、光稳定剂UV326 0.5份、抗氧剂1076 0.3份，相容剂由质量比为2:1的马来酸酐和巯基丁二酸组成；

S2、将硫化橡胶粉与相容剂在混合机中混合均匀后，加入热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯、碳酸钙、光稳定剂UV326、抗氧剂1076在180℃熔融共混后，挤出成型，得到橡塑材料。

实施例8

S1、备料：热塑性聚氨酯弹性体70份、聚丙烯30份、硫化橡胶粉30份、相容剂4份、石英粉25份、光稳定剂622 0.1份、抗氧剂168 0.5份，相容剂由质量比为2:1的马来酸酐和巯基丁二酸组成；

S2、将硫化橡胶粉与相容剂在混合机中混合均匀后，加入热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯、石英粉、光稳定剂622、抗氧剂168在180℃熔融共混后，挤出成型，得到橡塑材料。

对比例1

与实施例1的区别仅在于不添加相容剂。

对比例2

与实施例1的区别仅在于不添加硫化橡胶粉和相容剂。

将实施例1~8及对比例1~2得到的橡塑材料参考GB/T 9867-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定（旋转辊筒式磨耗机法）》进行耐磨性能测试；参考GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行力学性能测试；测试结果记录在表1。

表1 橡塑材料的耐磨性能和力学性能

由表1可以看出本发明实施例1~8提供的橡塑材料的相对体积磨耗量在26 mm³以下，具有优异的耐磨性能，拉伸强度在60.7MPa以上，具有良好的力学性能。

对比例1与对比例2相比，对比例2以热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯作为橡塑基体材料，未添加硫化橡胶粉和相容剂，对比例1以热塑性聚氨酯弹性体、聚丙烯作为橡塑基体材料，并添加了硫化橡胶粉，未添加相容剂，对比例1橡塑材料的耐磨性能比对比例2好，但是力学性能低于对比例2，说明由于硫化橡胶粉的加入，虽然提高了耐磨性能，但是硫化橡胶粉与橡塑基体材料的相容性差，会导致橡塑材料的力学性能下降。

对比例1与实施例1~5相比，对比例1未添加相容剂，实施例1中相容剂为马来酸酐，实施例2中相容剂为巯基丁二酸，实施例3~5中相容剂为马来酸酐和巯基丁二酸，对比例1得到的橡塑材料的耐磨性能和力学性能均不如实施例1~5，说明使用马来酸酐和/或巯基丁二酸作为相容剂时，可以改善硫化橡胶粉与橡塑基体材料的相容性，进而提高橡塑材料的耐磨性能和力学性能。此外，实施例3~5橡塑材料的耐磨性能和力学性能均高于实施例1~2，发明人发现相比于使用单一组分的马来酸酐或巯基丁二酸作为相容剂，当相容剂为马来酸酐和巯基丁二酸时，改善硫化橡胶粉与橡塑基体材料的相容性效果更好，橡塑材料的耐磨性能和力学性能最佳。

以上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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：热塑性聚氨酯弹性体50~70份、聚丙烯20~40份、硫化橡胶粉25~35份、相容剂2~4份、填料15~25份、光稳定剂0.1~0.5份、抗氧剂0.1~0.5份；

所述相容剂为马来酸酐和/或巯基丁二酸。

2.根据权利要求1所述的一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，所述马来酸酐和巯基丁二酸的质量比为1~3:1。

3.根据权利要求1所述的一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，所述马来酸酐和巯基丁二酸的质量比为2:1。

4.根据权利要求1所述的一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，所述填料包括碳酸钙、石英粉、白炭黑中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，所述光稳定剂包括光稳定剂UV326、光稳定剂770、光稳定剂622中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，还包括稀土金属氧化物4~6份。

8.根据权利要求7所述的一种超耐磨橡塑材料，其特征在于，所述稀土金属氧化物包括氧化铈、氧化镧、氧化钇中的一种或几种。

9.根据权利要求1~8任意一项所述的一种超耐磨橡塑材料的制备方法，其特征在于，将硫化橡胶粉与相容剂混合均匀后，加入剩余组分熔融共混，成型，得到橡塑材料。

10.如权利要求1~8任意一项所述的一种超耐磨橡塑材料在密封制品中的应用。