CN116693955B - 一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及橡胶复合材料技术领域，提出了一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料及其制备方法，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶50‑60份、聚氨酯橡胶50‑60份、磺化密胺树脂10‑16份、氧化物基金属硅酸盐30‑40份、钛酸酯偶联剂0.1‑2份、防老剂0.5‑3份、促进剂0.5‑3份、硫磺0.4‑0.6份；所述氧化物基金属硅酸盐为Cr/Al2O3粉末颗粒。通过上述技术方案，解决了现有技术中的衬套橡胶材料耐腐蚀性较差问题。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶复合材料技术领域，具体的，涉及一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
衬套是用于机械部件外，以达到密封、磨损、腐蚀保护等作用的配套件。橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，且在很小的外力作用下就能产生较大形变，而除去外力后能恢复原状。因此，橡胶是制造衬套的常用材质。
随着科学技术的发展，工业生产对衬套耐腐蚀性能的要求不断提高，天然橡胶或合成橡胶因耐腐蚀性能较差已无法满足工业生产的需求。因此，亟需研究一种新型橡胶复合材料，以提高衬套的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明提出一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料及其制备方法，解决了相关技术中衬套橡胶材料耐腐蚀性较差的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出了一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶50-60份、聚氨酯橡胶50-60份、磺化密胺树脂10-16份、氧化物基金属硅酸盐30-40份、钛酸酯偶联剂0.1-2份、防老剂0.5-3份、促进剂0.5-3份、硫磺0.4-0.6份；
所述氧化物基金属硅酸盐为Cr/Al2O3粉末颗粒。
作为进一步的技术方案，所述Cr/Al2O3粉末颗粒的制备方法为：将Cr粉和Al2O3粉混合球磨，经烧结、破碎后，得到Cr/Al2O3粉末颗粒。
作为进一步的技术方案，所述Cr粉与所述Al2O3粉的质量比为1:20-30。
作为进一步的技术方案，所述Cr粉的平均粒径为50nm；所述Al2O3粉的平均粒径为30μm。
作为进一步的技术方案，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯和/或异丙基三（硬脂酰基）钛酸酯。
作为进一步的技术方案，所述防老剂为N-异丙基-N’-苯基对苯二胺和/或N-苯基-β-萘胺。
作为进一步的技术方案，所述促进剂为对称二苯胍和/或四甲基二硫化秋兰姆。
本发明还提出一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述磺化密胺树脂、Cr/Al2O3粉末颗粒、钛酸酯偶联剂溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Cr/Al2O3粉末颗粒；
S2、将所述丁腈橡胶和所述聚氨酯橡胶混炼6-8min后，加入防老剂和促进剂混炼3-5min，待分散均匀后，加入所述改性Cr/Al2O3粉末颗粒，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入所述硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S3、将所述混炼胶硫化处理，得到橡胶复合材料。
作为进一步的技术方案，步骤S3中，所述硫化时的温度为100-120℃、预压压力为6-8MPa、硫化压力为10-12MPa、硫化时间为8-10min。
本发明还提出了所述耐腐蚀衬套橡胶复合材料在衬套中的应用。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中引入的Cr/Al2O3粉末颗粒具有良好的耐腐蚀性能，再经磺化密胺树脂和钛酸酯偶联剂改性后，可以更好地分散于胶体中，从而增强了橡胶复合材料的耐腐蚀性能。在经盐酸溶液腐蚀后，橡胶复合材料的拉伸强度最高可达27.8MPa，扯断伸长率最高可达582%；在经氢氧化钠溶液腐蚀后，橡胶复合材料的拉伸强度最高可达28.1MPa，扯断伸长率最高可达594%。
2、本发明中利用纳米粉比表面积大、易于吸附的特性，选用纳米Cr粉吸附于微米Al2O3粉表面，经烧结破碎后，Cr能弥散分布于Cr/Al2O3粉末颗粒中，进而提升了Cr/Al2O3粉末颗粒的耐腐蚀性能，从而进一步增强了橡胶复合材料的耐腐蚀性能。
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。
下述实施例和对比例中，丁腈橡胶的型号为N-3330、聚氨酯橡胶的型号为S-306、磺化密胺树脂的型号为SM-F。
实施例1
一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将3份Cr粉和60份Al2O3粉混合球磨，经烧结、破碎后，得到Cr/Al2O3粉末颗粒；
其中，Cr粉的平均粒径为50nm；Al2O3粉的平均粒径为30μm；
S2、将10份磺化密胺树脂、30份Cr/Al2O3粉末颗粒、0.1份异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Cr/Al2O3粉末颗粒；
S3、将50份丁腈橡胶和50份聚氨酯橡胶加入炼胶机中混炼6min后，加入0.5份N-异丙基-N’-苯基和0.5份对称二苯胍混炼3min，待分散均匀后，加入改性Cr/Al2O3粉末颗粒，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入0.4份硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S4、将混炼胶置于平板硫化机中进行硫化处理，得到橡胶复合材料；
其中，硫化时的温度为100℃、预压压力为6MPa、硫化压力为10MPa、硫化时间为8min。
实施例2
一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将3份Cr粉和75份Al2O3粉混合球磨，经烧结、破碎后，得到Cr/Al2O3粉末颗粒；
其中，Cr粉的平均粒径为50nm；Al2O3粉的平均粒径为30μm；
S2、将13份磺化密胺树脂、35份Cr/Al2O3粉末颗粒、1份异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Cr/Al2O3粉末颗粒；
S3、将55份丁腈橡胶和55份聚氨酯橡胶加入炼胶机中混炼7min后，加入2份N-异丙基-N’-苯基和2份对称二苯胍混炼4min，待分散均匀后，加入改性Cr/Al2O3粉末颗粒，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入0.5份硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S4、将混炼胶置于平板硫化机中进行硫化处理，得到橡胶复合材料；
其中，硫化时的温度为110℃、预压压力为7MPa、硫化压力为11MPa、硫化时间为9min。
实施例3
一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将3份Cr粉和90份Al2O3粉混合球磨，经烧结、破碎后，得到Cr/Al2O3粉末颗粒；
其中，Cr粉的平均粒径为50nm；Al2O3粉的平均粒径为30μm；
S2、将16份磺化密胺树脂、40份Cr/Al2O3粉末颗粒、2份异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Cr/Al2O3粉末颗粒；
S3、将60份丁腈橡胶和60份聚氨酯橡胶加入炼胶机中混炼8min后，加入3份N-异丙基-N’-苯基和3份对称二苯胍混炼5min，待分散均匀后，加入改性Cr/Al2O3粉末颗粒，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入0.6份硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S4、将混炼胶置于平板硫化机中进行硫化处理，得到橡胶复合材料；
其中，硫化时的温度为120℃、预压压力为8MPa、硫化压力为12MPa、硫化时间为10min。
实施例4
本实施例与实施例2的区别仅在于，步骤S1中，Cr粉和Al2O3粉的重量份数不同。本实施例中，Cr粉3份，Al2O3粉30份。
实施例5
本实施例与实施例2的区别仅在于，步骤S1中，Cr粉和Al2O3粉的重量份数不同。本实施例中，Cr粉3份，Al2O3粉120份。
实施例6
本实施例与实施例2的区别仅在于，步骤S1中，Cr粉的平均粒径不同。本实施例中，Cr粉的平均粒径为30μm。
对比例1
一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将13份磺化密胺树脂、35份Al2O3粉、1份异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Al2O3粉；
其中，Al2O3粉的平均粒径为1.25μm；
S2、将55份丁腈橡胶和55份聚氨酯橡胶加入炼胶机中混炼7min后，加入2份N-异丙基-N’-苯基和2份对称二苯胍混炼4min，待分散均匀后，加入改性Al2O3粉，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入0.5份硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S3、将混炼胶置于平板硫化机中进行硫化处理，得到橡胶复合材料；
其中，硫化时的温度为110℃、预压压力为7MPa、硫化压力为11MPa、硫化时间为9min。
对比例2
本对比例与实施例2的区别仅在于，步骤S2中，未加入磺化密胺树脂。
对比例3
一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将3份Cr粉和75份Al2O3粉混合球磨，经烧结、破碎后，得到Cr/Al2O3粉末颗粒；
其中，Cr粉的平均粒径为50nm；Al2O3粉的平均粒径为30μm；
S2、将8份磺化密胺树脂、25份Cr/Al2O3粉末颗粒、0.05份异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Cr/Al2O3粉末颗粒；
S3、将45份丁腈橡胶和45份聚氨酯橡胶加入炼胶机中混炼7min后，加入0.1份N-异丙基-N’-苯基和0.1份对称二苯胍混炼4min，待分散均匀后，加入改性Cr/Al2O3粉末颗粒，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入0.2份硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S4、将混炼胶置于平板硫化机中进行硫化处理，得到橡胶复合材料；
其中，硫化时的温度为110℃、预压压力为7MPa、硫化压力为11MPa、硫化时间为9min。
对比例4
一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将3份Cr粉和75份Al2O3粉混合球磨，经烧结、破碎后，得到Cr/Al2O3粉末颗粒；
其中，Cr粉的平均粒径为50nm；Al2O3粉的平均粒径为30μm；
S2、将20份磺化密胺树脂、45份Cr/Al2O3粉末颗粒、3份异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Cr/Al2O3粉末颗粒；
S3、将45份丁腈橡胶和45份聚氨酯橡胶加入炼胶机中混炼7min后，加入3.5份N-异丙基-N’-苯基和3.5份对称二苯胍混炼4min，待分散均匀后，加入改性Cr/Al2O3粉末颗粒，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入1份硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S4、将混炼胶置于平板硫化机中进行硫化处理，得到橡胶复合材料；
其中，硫化时的温度为110℃、预压压力为7MPa、硫化压力为11MPa、硫化时间为9min。
对比例5
本对比例与实施例2的区别仅在于，步骤S1中，将Cr粉替换为等量的Nb粉，其中Nb粉的平均粒径为50nm。
将实施例1-6和对比例1-5制得的橡胶复合材料分别置于质量分数10%的稀盐酸和质量分数10%的稀氢氧化钠溶液中，浸泡24h后，测试如下性能：
（1）拉伸强度：根据GB/T 528-2009《硫化胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》
进行测试，拉伸速率500mm/min；
（2）扯断伸长率：根据GB/T 528-2009《硫化胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》
进行测试计算，拉伸速率500mm/min。
测试结果如下表1所示。
表1实施例1-6和对比例1-5制得的橡胶复合材料的耐腐蚀性能
由表1中实施例1-6的结果可以看出，本发明制备得到的橡胶复合材料，在经盐酸溶液腐蚀后，拉伸强度最高可达27.8MPa，扯断伸长率最高可达582%；在经氢氧化钠溶液腐蚀后，拉伸强度最高可达28.1MPa，扯断伸长率最高可达594%。这说明本发明的橡胶复合材料具有良好的耐酸碱腐蚀性。
由实施例2、对比例1和对比例5可知，在橡胶中引入氧化物型金属硅酸盐比仅引入氧化物Al2O3，能更好地提高橡胶的耐腐蚀性能。由实施例2、实施例4和实施例5的结果可知，本发明制备Cr/Al2O3粉末颗粒时，Cr粉与Al2O3粉的最佳质量比为1:20-30。此外，由实施例2与实施例6的结果对比可知，在本发明中通过选用纳米Cr粉和微米Al2O3粉制备Cr/Al2O3粉末颗粒，可以进一步增强橡胶复合材料的耐腐蚀性能。
相较对比例2，实施例2制得的橡胶复合材料具有更高的拉伸强度和扯断伸长率，这说明Cr/Al2O3粉末颗粒经磺化密胺树脂改性后，能进一步增强橡胶复合材料的耐腐蚀性能。
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 (6)
1.一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：丁腈橡胶50-60份、聚氨酯橡胶50-60份、磺化密胺树脂10-16份、氧化物基金属硅酸盐30-40份、钛酸酯偶联剂0.1-2份、防老剂0.5-3份、促进剂0.5-3份、硫磺0.4-0.6份；
所述氧化物基金属硅酸盐为Cr/Al2O3粉末颗粒；
所述Cr/Al2O3粉末颗粒的制备方法为：将Cr粉和Al2O3粉混合球磨，经烧结、破碎后，得到所述Cr/Al2O3粉末颗粒；
所述Cr粉与所述Al2O3粉的质量比为1:20-30；
所述Cr粉的平均粒径为50-100nm；所述Al2O3粉的平均粒径为30-50μm；
耐腐蚀衬套橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述磺化密胺树脂、Cr/Al2O3粉末颗粒、钛酸酯偶联剂溶于乙醇中，搅拌，混合均匀后，浓缩干燥，得到改性Cr/Al2O3粉末颗粒；
S2、将所述丁腈橡胶和所述聚氨酯橡胶混炼6-8min后，加入防老剂和促进剂混炼3-5min，待分散均匀后，加入所述改性Cr/Al2O3粉末颗粒，胶料吃粉完毕后，切割翻炼，加入所述硫磺，待混炼均匀后，薄通，得到混炼胶；
S3、将所述混炼胶硫化处理，得到所述橡胶复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三（二辛基焦磷酰基）钛酸酯和/或异丙基三（硬脂酰基）钛酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料，其特征在于，所述防老剂为N-异丙基-N’-苯基对苯二胺和/或N-苯基-β-萘胺。
4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料，其特征在于，所述促进剂为对称二苯胍和/或四甲基二硫化秋兰姆。
5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料，其特征在于，步骤S3中，所述硫化时的温度为100-120℃、预压压力为6-8MPa、硫化压力为10-12MPa、硫化时间为8-10min。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种耐腐蚀衬套橡胶复合材料在衬套中的应用。
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