CN115991963B - 耐臭氧橡胶坝 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了耐臭氧橡胶坝，外层胶，其特征在于，所述外层胶的配方包括：生胶100份，增塑剂10～15份，炭黑70～80份，防老剂4份，以重量份计；还包括活性剂和硫化剂；所述生胶包括三元乙丙橡胶75～80份，天然橡胶20～25份，生胶合计100份，以重量份计。经检测，本发明耐高臭氧橡胶坝耐臭氧性能优异，而且其拉伸强度及扯断伸长率等物理机械性能也均符合行业标准，能够满足在高臭氧环境下水利行业对橡胶坝耐臭氧性能及物理机械性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于橡胶坝技术领域，具体涉及耐臭氧橡胶坝。
背景技术
橡胶坝，又称橡胶水闸，是用高强度合成纤维织物做受力骨架，内外涂敷橡胶作保护层，加工成胶布，再将其锚固于底板上成封闭状的坝袋，通过充排管路用水(气)将其充胀形成的袋式挡水坝。坝顶可以溢流，并可根据需要调节坝高，控制上游水位，以发挥灌溉、发电、航运、防洪、挡潮等效益。现有橡胶坝在长期使用过程中经常会出现表面的外层胶龟裂的现象，龟裂严重会导致表层损坏，使用寿命短。而橡胶产生龟裂的主要因素是使用过程中的臭氧老化。其耐臭氧性已不能满足高臭氧环境下水利行业对橡胶坝耐臭氧性能的要求。橡胶坝的使用环境不能通过涂覆石蜡的能方式防止臭氧老化，只能依靠外层胶自身的耐臭氧老化能力。
发明内容
针对上述缺陷，本发明研发具有更好的抗龟裂性能的外层胶配方，防止长时间使用后外层胶龟裂导致橡胶坝失效，从而达到提高橡胶坝的使用寿命的目的。
基于上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
作为本发明的基本构思，提供耐高臭氧橡胶坝：包括外层胶，所述外层胶的配方包括：生胶100份，增塑剂10～15份，炭黑70～80份，防老剂4份，以重量份计；还包括活性剂和硫化剂；所述生胶包括三元乙丙橡胶75～80份，天然橡胶20～25份，生胶合计100份，以重量份计。
基于上述外层胶配方，活性剂与硫化剂的种类可根据本领域技术人员的经验进行常规选择；本发明提供优选的用量为：活性剂6份，硫化剂9份，以重量份计。
在本发明的一优选实施例中，所述生胶包括：EPDM7270 60份，EPDM464015～20份，天然橡胶20～25份，生胶合计100份，以重量份计。
本发明提供了两组生胶配方，其一为包含EPDM7270 60份，EPDM4640 15份，天然橡胶25份，以重量份计。其二为包含EPDM7270 60份，EPDM4640 20份，天然橡胶20份，以重量份计。
在本发明的一优选实施例中，所述防老剂包括CTU和CPL，CTU：CPL的重量比为1：3～2.5：1.5。上述防老剂配比均能够满足耐臭氧性能的需求。
本发明经试验验证发现，防老剂的最优配比为CTU：CPL的重量比为2.5：1.5。
优选的，所述增塑剂为石蜡油。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：经检测，本发明的外层胶均在试验中表现的耐臭氧时长超过120min，通过调整防老剂的配比甚至可达180min不龟裂，耐臭氧性能优异。而且其拉伸强度及扯断伸长率等物理机械性能也均符合行业标准，能够满足在高臭氧环境下水利行业对橡胶坝耐臭氧性能及物理机械性能的要求。
附图说明
图1为本发明的外层胶的耐臭氧性能测试结果。
图2为本发明是实施例1的拉伸试验应力应变图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：耐臭氧橡胶坝的外层胶配方设计及性能测试
耐臭氧橡胶坝包括外层胶、骨架层和内层胶，外层胶为主要的曝露在外，承受环境包括水及水中杂物的冲刷碰撞、日晒、环境温度变化等；外层胶贴在骨架层上，骨架层为受力部件，一般采用覆胶的帘布，骨架层与内层胶粘合，内层胶为密封层，实现橡胶坝内密封充气(或水)。申请人根据大量的使用反馈发现，一般情况下，橡胶坝的外层胶最常见的损坏方式一般为老化造成的龟裂和意外性的机械损伤。因此，提高外层胶的耐臭氧老化性能是提高橡胶坝寿命的主要方式之一。因此，本实施例通过对外层胶的配方进行改进，提高外层胶的耐老化性能。
1、主要原材料
生胶：三元乙丙橡胶(EPDM7270)、三元乙丙橡胶(EPDM4640)、天然橡胶；增塑剂：石蜡油；其它配合剂：炭黑，防老剂，活性剂，硫化剂；其它配合剂可根据本领域技术人员的经验进行常规选择。以上均为市售原材料。
2、基础配方设计
生胶100份、增塑剂15份、炭黑70份、防老剂4份、活性剂6份与硫化剂9份。
3、主要试验设备
密炼机；平板硫化机；拉力试验机；耐臭氧老化仪。
4、生胶配比设计见下表1。
表1：生胶配方
本发明采用三元乙丙橡胶(EPDM)作为生胶体系的主要组分，三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，二烯烃具有特殊的结构，只有双键之一的才能共聚，不饱和的双键主要是作为交联处。另一个不饱和的不会成为聚合物主链，只会成为边侧链，所以三元乙丙的主要聚合物链是完全饱和的。这个特性使得三元乙丙橡胶具有优异的耐老化特性，耐天候、耐臭氧、耐日光、耐热、耐水、耐水蒸气、耐紫外线、耐辐射等老化性能。考虑到外层胶需要与覆胶的骨架层进行贴合，三元乙丙橡胶的粘合性能较差，容易产生气泡，导致硫化后的橡胶坝具有破坏点，易损坏，因此申请人将三元乙丙橡胶与天然橡胶按一定配比并用，通过密练机反馈发现，天然橡胶20～35份相容性更好，可以改善工艺性能，并且提高屈挠性能和粘合性能。天然橡胶相对三元乙丙橡胶具有更高的物理机械性能，并用时能够起到补强效果。
在本实施例中，申请人选用60份EPDM7270高门尼粘度，用于提高胶料强度，并用低门尼粘度EPDM4640使胶料具有良好的压延性能，通过两种三元乙丙的协同效应，使硫化胶显示出优异的工艺性能和耐臭氧性能，满足耐高臭氧橡胶坝的需求。
4、性能测试
(1)物理机械性能：
依据GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定进行测试；配方C对应的拉伸试验应力应变曲线如图2所示，实测生胶配方A、B、C、D硫化后的扯断强度≥14MPa。
(2)耐热空气老化性能
依据GB/T 3512-2014硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验进行测试；生胶配方A、B、C、D硫化后的经100℃×96h的热空气老化，扯断强度≥12MPa，伸长率≥300％。
(3)耐臭氧老化性能
依据GB/T7762-2014硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验进行测试，测试条件为温度40℃，拉伸20％，结果如图1和表2所示。
表2：耐臭氧性能测试结果
备注：耐臭氧条件10000×10-8，温度40℃，拉伸20％。
按照表1的生胶配比后，硫化胶的物理机械性能、耐热空气老化性能均表现优异，臭氧老化性能上差别较大，结合表2中的数据，而在橡胶坝的使用中，一般需要耐臭氧时长≥120min申请人选用耐臭氧性能高的生胶并用体系，尤其EPDM7270/EPDM4640/天然橡胶为60/20/20(以重量份计)为最优。
实施例2：耐臭氧性能的优化试验
为了探究在三元乙丙橡胶/天然橡胶体系下防老剂的影响，本实施例按以下重量份配比进行试验：生胶100份(EPDM7270/EPDM4640/天然橡胶为60/20/20)，增塑剂15份，炭黑70份，防老剂4，活性剂6份，硫化剂9份；活性剂与硫化剂可根据本领域技术人员的经验进行常规选择；防老剂为环保型抗臭氧剂CTU/或抗热氧剂CPL，改变防老剂的重量份配比，试验结果如下表3。
表3：防老剂对硫化胶耐臭氧性能的优化试验结果
对表3中的数据进行分析可以看出，三元乙丙橡胶/天然橡胶体系下，调控防老剂的配比可以一定程度上提高耐臭氧性能，但优化到一定程度存在峰值，按以上配方制得的橡胶坝外层胶耐臭氧性能均大于120分钟，耐臭氧性能优异，而且拉伸强度及扯断伸长率等物理机械性能也均符合行业标准。申请人综合考虑橡胶坝的耐臭氧性能及物理机械性能，优选CTU：CPL的重量比1：3～2.5：1.5，其中CTU：CPL的重量比以2.5：1.5为最优。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.耐臭氧橡胶坝，所述耐臭氧橡胶坝包括外层胶，其特征在于，所述外层胶的配方包括：生胶100份，增塑剂10～15份，炭黑70～80份，防老剂4份，以重量份计；还包括活性剂和硫化剂；
所述生胶包括三元乙丙橡胶75～80份，天然橡胶20～25份，生胶合计100份，以重量份计；
所述生胶包括：EPDM727060份，EPDM464015～20份，天然橡胶20～25份，生胶合计100份，以重量份计；
所述防老剂包括CTU和CPL，CTU：CPL的重量比为1：3～2.5：1.5。
2.根据权利要求1所述的耐臭氧橡胶坝，其特征在于，生胶包含EPDM727060份，EPDM464015份，天然橡胶25份，以重量份计。
3.根据权利要求1所述的耐臭氧橡胶坝，其特征在于，生胶包含EPDM727060份，EPDM464020份，天然橡胶20份，以重量份计。
4.根据权利要求1所述的耐臭氧橡胶坝，其特征在于，CTU：CPL的重量比为2.5：1.5。
5.根据权利要求1所述的耐臭氧橡胶坝，其特征在于，所述增塑剂为石蜡油。
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