CN117417603A - 一种车轮减震块用橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及橡胶制备技术领域，具体涉及一种车轮减震块用橡胶材料及其制备方法；按重量份计，所述橡胶材料的原料包括：乙丙生胶100份、填料30—120份、分散剂0.5—10份、石蜡油1—13份、聚乙二醇1—8份、助交联剂0.1—7份、防老剂0—5份、硫化剂1—10份、活化剂3—15份；通过对原料种类和用量的优化，进一步优化混炼过程温度，所制备的橡胶材料门尼粘度低、塑性好、兼具优异的拉伸强度、拉断伸长率和最低的压缩永久变形，使用寿命高，可用于车轮用减震块使用，有效减少噪声。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶制备技术领域，C08L23/16，尤其涉及一种车轮减震块用橡胶材料及其制备方法。
背景技术
乙丙橡胶具有较好的电绝缘性能、机械性能、耐紫外老化、耐高低温、耐水性能等等，但是也仍然存在一定的缺陷，如不能兼具低压缩永久变形和高扩充倍率，无法扩充或者恢复到相应的尺寸，以上限制了乙丙橡胶的应用范围，特别是在车轮减震块上的使用。车轮减震块需要承受长时间、巨大的静态和动态荷载，在长时间的使用过程中，橡胶的拉伸强度、拉断伸长率、硬度、回弹、恒定压缩永久变形等性能参数逐渐下降，进而致其减震性能失效。因此，提高车轮减震块上橡胶材料的使用可靠性非常重要。
中国专利CN108342022A公开了一种控制阀用高性能自润滑橡胶材料及其制备方法，其原料按重量份包括：EPDM、氧化物、油酸酰胺、防老剂、聚乙二醇、碳黑、石蜡油、硫化剂和促进剂，该技术中的各原料相互配合，所制备的自润滑橡胶材料可用于汽车制动系统控制阀材料中；但是其压缩永久变形仍然较大，无法适配于减震块上使用。中国专利CN106398222A公开了一种耐冲击抗老化橡胶复合材料及其制备方法，复合材料含有甲基丙烯酸、微晶纤维素、木质纤维、纳米氧化锌、改性重质碳酸钙、防老剂、磷酸铝、磺化油和硬脂酸镁等原料，具有良好的耐冲击性和抗老化性，适用于机械设备减震，例如可以制作电动机减震垫或车辆手柄外套等橡胶制品；但是其减震性能还是很低，无法适用于要求更高的车轮减震块。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种车轮减震块用橡胶材料。按重量份计，所述橡胶材料的原料包括：乙丙生胶100份、填料30—120份、分散剂0.5—10份、石蜡油1—13份、聚乙二醇1—8份、助交联剂0.1—7份、防老剂0—5份、硫化剂1—10份、活化剂3—15份。
进一步地，按重量份计，所述橡胶材料的原料包括：乙丙生胶100份、填料50—100份、分散剂1—8份、石蜡油2—10份、聚乙二醇1—6份、助交联剂0.3—5份、防老剂0.2—4份、硫化剂1—7份、活化剂4—13份。
优选地，按重量份计，所述橡胶材料的原料包括：乙丙生胶100份、填料60—90份、分散剂2—5份、石蜡油3—8份、聚乙二醇1—5份、助交联剂0.5—3份、防老剂0.5—3份、硫化剂2—6份、活化剂5.5—11.5份。
进一步地，所述乙丙生胶包括二元乙丙生胶和/或三元乙丙生胶，优选为三元乙丙生胶。
进一步地，所述填料包括但不限于炭黑、碳酸钙、高岭土、二氧化硅中的至少一种。
优选的，所述填料包括炭黑。
进一步地，所述炭黑的吸碘值为30—110g/kg，DBP值为90—130cm3/100g。
优选的，所述炭黑的吸碘值为40—90g/kg，DBP值为100—124cm3/100g。
在一种优选的实施方式中，所述炭黑的吸碘值为43g/kg，DBP值为121cm3/100g。
进一步地，所述聚乙二醇的平均分子量为2000—8000，优选为3000—5000。
在一种优选的实施方式中，所述聚乙二醇的平均分子量为4000。本申请使用聚乙二醇降低门尼粘度，提高硫化速率和交联程度；不同分子量的聚乙二醇所制备的产品力学强度显著不同；当其分子量过低时，与体系间的交联程度太低，容易在体系中析出；而当分子量太高时，单位质量的醇羟基含量较低，对于体系中酸性中和效果相对较差。本申请中只有使用平均分子量为4000的聚乙二醇时，其在体系中的相容性最高，不易在混合料中析出，且其与原料中其他成分间存在合适的分子间作用力，还起到了一定的润滑和分散效果，减少或消除无机填料对硫化的影响，使体系的硫化速度更加均一，提高橡胶产品的拉断伸长率并降低其压缩永久变形量，使其更加适合于充当车辆轮减震块。
进一步地，所述助交联剂包括但不限于三烯丙基氰脲酸酯、1,3,5-三聚氰酸三烯丙酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、偏苯三酸三烯丙酯、二甲基丙烯酸锌、二乙烯基苯中的至少一种。
优选的，所述助交联剂包括三烯丙基氰脲酸酯和/或1,3,5-三聚氰酸三烯丙酯。
在一种优选的实施方式中，所述助交联剂包括三烯丙基氰脲酸酯。
进一步地，所述防老剂包括但不限于防老剂RD、防老剂A、防老剂DNP、防老剂4010、4010NA、防老剂4020、防老剂AW、防老剂MB、防老剂SP、SP-C、防老剂3100中的至少一种。
进一步地，所述防老剂包括防老剂RD。
进一步地，所述硫化剂选自硫粉、含硫化合物、胺类化合物、过氧化物、异氰酸酯中的至少一种。
进一步地，所述硫化剂为过氧化物，所述过氧化物包括但不限于过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰、双(叔丁基过氧基二异丙基)苯、1,1－二叔丁过氧基-3,3,5-三甲氧基环己烷中的至少一种。
在一种实施方式中，所述硫化剂包括过氧化二异丙苯。
进一步地，所述活化剂包括无机活化剂和有机活化剂。
进一步地，所述无机活化剂包括氧化锌、氧化镁、氧化铅、氧化钙中的至少一种。
优选的，所述无机活化剂包括氧化锌。
进一步地，所述有机活化剂包括但不限于硬脂酸、氨基醇、聚合醇中的至少一种。
优选的，所述有机活化剂包括硬脂酸。
进一步地，所述氧化锌和硬脂酸的重量比为(2—15)：1，优选为(3—10)：1，更优选为(4—8)：1。金属氧化锌与硬脂酸在橡胶硫化过程中会生成硬脂酸锌盐，这种硬脂酸锌盐在橡胶中具备较大的溶解能力，硬脂酸锌盐与交联键的螯合作用会保护橡胶分子中的弱键，使胶料在硫化时形成短的交联键，进一步增加更多新的交联键，有效提高胶料内的交联密度，促进橡胶产品力学强度的提升。氧化锌与硫化胶的多硫交联反应会使硫化胶中硫原子减少，降低硫化胶应力松弛速度，继而提高硫化胶热稳定性，但是本申请中当金属氧化锌和硬脂酸的重量比优选为6：1时，所制备的产品拉伸强度、撕裂强度和压缩永久变形性最为优异；当氧化锌过量时，硫化速度过快、硫化不均匀将导致产品力学性能的降低；当硬脂酸含量过低时硫化将会延迟。
在一种优选的实施方式中，所述氧化锌和硬脂酸的重量比为6：1。
其次，本申请还提供了所述车轮减震块用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将除助交联剂和硫化剂以外的原料加入密炼机，在85—160℃下密炼后，薄通下片；
S2、将S1产物包在温度为40—60℃的开炼机轴辊上加入助交联剂、硫化剂，待完全混入胶料中后排出胶料，停放一段时间得到混炼胶；
S3、将混炼胶在160—180℃下硫化即可。
混炼是为了使氧化锌、炭黑等物质在橡胶中均匀分散，并让橡胶分子；链润湿、包覆在氧化锌、炭黑等的表面。在混炼过程中，橡胶分子链与氧化锌、炭黑表面的羟基发生化学反应而结合，但是这些活性基团结合的快慢、程度和混炼的温度密切相关；本申请只有严格规定产品制备过程中的温度，才能使拉伸强度、拉断伸长率、硬度达到最高，而当温度继续升高时，不仅会导致门尼粘度过度下降，还会导致体系内分子相对运动能力过强，作用力被破坏而导致产品力学性能下降。
进一步地，所述步骤S1优选为：
S11、将乙丙生胶加入密炼机中，于85～90℃进行塑炼；
S12、加入聚乙二醇混炼后，加入活化剂、分散剂、防老剂、1/3～2/3重量的填料、石蜡油加入密炼机中，于90～100℃加压进行混炼；
S13、加入剩余的填料，于100～135℃进行混炼；
S14、待密炼机温度达到135～145℃将混炼胶倒出，在开炼机上薄通后下片，停放0.5—2天。
进一步地，所述步骤S2中停放时间为24—48h。
在一种优选的实施方式中，所述S3中硫化温度为170℃，硫化时间为10—18min。
有益效果
1、本申请制得的橡胶材料的门尼粘度低，在密炼初期加入增塑剂聚乙二醇、分散助剂，后期加入助交联剂、硫化剂，可以有效增加润滑性、塑性以及工艺性能，延长橡胶制品的使用寿命；
2、本申请优化活化剂的种类和用量，特别是规定其中金属氧化锌和硬脂酸的重量比为6：1，可有效提升橡胶产品的硬度、拉伸强度、拉断强度，具有优异的回弹性、耐候性以及静刚度，还可降低压缩永久变形，使其用于车轮减震块使用时具有较好的减震降噪效果；
3、本申请规定所述聚乙二醇的平均分子量为4000，增强其在体系中的相容性，提高硫化速率和交联程度，并使体系的硫化速度更加均一，进一步提高橡胶产品的拉断伸长率并降低压缩永久变形；
4、本申请优化制备工艺中的混炼温度，防止了胶料加工过程中焦烧现象，同时大大降低了次品率，降低了生产成本。
具体实施方式
实施例
实施例1
本实施例提供了一种车轮减震块用橡胶材料，原料包括：三元乙丙生胶质量份数(EPDM-2650)100份、炭黑90份、分散剂3份、石蜡油5份、聚乙二醇3份、助交联剂1.5份、防老剂RD 1份、硫化剂3份、活化剂6.6份；
所述炭黑的吸碘值为43g/kg，DBP值为121cm3/100g，型号为N550；
所述分散剂为莱茵散AF42W；
所述聚乙二醇的平均分子量为4000；
所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯；
所述活化剂包括氧化锌6份和硬脂酸0.6份；
所述车轮减震块用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将除助交联剂和硫化剂以外的原料加入密炼机，在85-160℃下密炼后，薄通下片，具体为：
S11、将乙丙生胶加入密炼机中，于85～90℃进行塑炼1—3min；
S12、加入聚乙二醇混炼1—3min后，加入活化剂、分散剂、防老剂、45份炭黑、石蜡油加入密炼机中，于90～100℃进行混炼3—5min；
S13、加入剩余的45份炭黑，于100～135℃进行混炼3—5min；
S14、待密炼机温度达到135～145℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通4～6遍，下片，停放1天；
S2、将S1产物包在温度为50±5℃辊距为1.5mm开炼机的慢辊上加入助交联剂、硫化剂，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀后按产品要求调整大辊距出片，常温停放24—48小时，得到混炼胶；
S3、将混炼胶在170℃下硫化15min即可。
实施例2
本实施例提供了一种车轮减震块用橡胶材料，原料包括：三元乙丙生胶(EPDM-2650)100份、炭黑85份、分散剂3份、石蜡油8份、聚乙二醇4份、助交联剂2份、防老剂RD 3份、硫化剂4份、活化剂7份；
所述炭黑的吸碘值为43g/kg，DBP值为121cm3/100g，型号为N550；
所述分散剂为莱茵散AF42W；
所述聚乙二醇的平均分子量为4000；
所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯；
所述活化剂包括氧化锌6份和硬脂酸1份；
所述车轮减震块用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将除助交联剂和硫化剂以外的原料加入密炼机，在85-160℃下密炼后，薄通下片，具体为：
S11、将乙丙生胶加入密炼机中，于85～90℃进行塑炼1—3min；
S12、加入聚乙二醇混炼1—3min后，加入活化剂、分散剂、防老剂、40份炭黑、石蜡油加入密炼机中，于90～100℃进行混炼3—5min；
S13、加入剩余的45份炭黑，于100～135℃进行混炼3—5min；
S14、待密炼机温度达到135～145℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通4～6遍，下片，停放1天；
S2、将S1产物包在温度为50±5℃辊距为1.5mm开炼机的慢辊上加入助交联剂、硫化剂，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀后按产品要求调整大辊距出片，常温停放24—48小时，得到混炼胶；
S3、将混炼胶在170℃下硫化15min即可。
实施例3
本实施例提供了一种车轮减震块用橡胶材料，原料包括：三元乙丙生胶(EPDM-2650)100份、炭黑85份、分散剂3份、石蜡油8份、聚乙二醇5份、助交联剂1.5份、防老剂RD 2份、硫化剂4份、活化剂7.5份；
所述炭黑的吸碘值为43g/kg，DBP值为121cm3/100g，型号为N550；
所述分散剂为莱茵散AF42W；
所述聚乙二醇的平均分子量为4000；
所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯；
所述活化剂包括氧化锌6份和硬脂酸1.5份；
所述车轮减震块用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将除助交联剂和硫化剂以外的原料加入密炼机，在85-160℃下密炼后，薄通下片，具体为：
S11、将乙丙生胶加入密炼机中，于85～90℃进行塑炼1—3min；
S12、加入聚乙二醇混炼1—3min后，加入活化剂、分散剂、防老剂、40份炭黑、石蜡油加入密炼机中，于90～100℃进行混炼3—5min；
S13、加入剩余的45份炭黑，于100～135℃进行混炼3—5min；
S14、待密炼机温度达到135～145℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通4～6遍，下片，停放1天；
S2、将S1产物包在温度为50±5℃辊距为1.5mm开炼机的慢辊上加入助交联剂、硫化剂，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀后按产品要求调整大辊距出片，常温停放24—48小时，得到混炼胶；
S3、将混炼胶在170℃下硫化15min即可。
实施例4
本实施例提供了一种车轮减震块用橡胶材料，原料包括：三元乙丙生胶(EPDM-2650)100份、炭黑80份、分散剂3.5份、石蜡油10份、聚乙二醇5份、助交联剂2份、防老剂RD 3份、硫化剂5份、活化剂7份；
所述炭黑的吸碘值为43g/kg，DBP值为121cm3/100g，型号为N550；
所述分散剂为莱茵散AF42W；
所述聚乙二醇的平均分子量为4000；
所述助交联剂为三烯丙基氰脲酸酯；
所述硫化剂为过氧化二异丙苯；
所述活化剂包括氧化锌6份和硬脂酸1份；
所述车轮减震块用橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将除助交联剂和硫化剂以外的原料加入密炼机，在85-160℃下密炼后，薄通下片，具体为：
S11、将乙丙生胶加入密炼机中，于85～90℃进行塑炼1—3min；
S12、加入聚乙二醇混炼1—3min后，加入活化剂、分散剂、防老剂、40份炭黑、石蜡油加入密炼机中，于90～100℃进行混炼3—5min；
S13、加入剩余的40份炭黑，于100～135℃进行混炼3—5min；
S14、待密炼机温度达到135～145℃将混炼胶倒出，并迅速在开炼机上薄通4～6遍，下片，停放1天；
S2、将S1产物包在温度为50±5℃辊距为1.5mm开炼机的慢辊上加入助交联剂、硫化剂，待完全混入胶料中后，每边割刀3次，每次割刀之间为15秒，排下胶料；将辊距调至0.8mm薄通6次混合均匀后按产品要求调整大辊距出片，常温停放24—48小时，得到混炼胶；
S3、将混炼胶在170℃下硫化15min即可。
性能测试结果：
测试结果见表1。
表1
由测试结果可知：本发明的技术方案能够兼具优异的扯断伸长率和最低的压缩永久变形，特别是实施例2的技术方案表现最优。
Claims (10)
1.一种车轮减震块用橡胶材料，其特征在于，按重量份计，所述橡胶材料的原料包括：乙丙生胶100份、填料30—120份、分散剂0.5—10份、石蜡油1—13份、聚乙二醇1—8份、助交联剂0.1—7份、防老剂0—5份、硫化剂1—10份、活化剂3—15份。
2.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述填料包括炭黑、碳酸钙、高岭土、二氧化硅中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的橡胶材料，其特征在于，所述炭黑的吸碘值为30—110g/kg，DBP值为90—130cm3/100g。
4.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述聚乙二醇的平均分子量为2000—8000。
5.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述助交联剂包括三烯丙基氰脲酸酯、1,3,5-三聚氰酸三烯丙酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、偏苯三酸三烯丙酯、二甲基丙烯酸锌、二乙烯基苯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述硫化剂为过氧化物，所述过氧化物包括过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰、双(叔丁基过氧基二异丙基)苯、1,1－二叔丁过氧基-3,3,5-三甲氧基环己烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的橡胶材料，其特征在于，所述活化剂包括无机活化剂和有机活化剂；所述无机活化剂包括氧化锌、氧化镁、氧化铅、氧化钙中的至少一种；所述有机活化剂包括硬脂酸、氨基醇、聚合醇中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的橡胶材料，其特征在于，所述氧化锌和硬脂酸的重量比为(2—15)：1，优选为(3—10)：1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将除助交联剂和硫化剂以外的原料加入密炼机，在85-160℃下密炼后，薄通下片；
S2、将S1产物包在温度为40—60℃的开炼机轴辊上加入助交联剂、硫化剂，待完全混入胶料中后排出胶料，停放一段时间得到混炼胶；
S3、将混炼胶在160—180℃下硫化即可。
10.根据权利要求9所述的橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1为：
S11、将乙丙生胶加入密炼机中，于85～90℃进行塑炼；
S12、加入聚乙二醇混炼后，加入活化剂、分散剂、防老剂、1/3～2/3重量的填料、石蜡油加入密炼机中，于90～100℃加压进行混炼；
S13、加入剩余的填料，于100～135℃进行混炼；
S14、待密炼机温度达到135～145℃将混炼胶倒出，在开炼机上薄通后下片，停放0.5—2天。
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