CN1896130A - 掺加纳米重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掺加纳米天然重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法，特别是掺加经有机表面处理改性后的纳米天然重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法。本发明方法是：在橡胶混炼过程中添加经有机表面处理剂改性处理后的纳米天然重晶石粉体，在保护橡胶原有生产配方不变和生产流程不变的基础上，添加1～5％的复合纳米粉体。测试结果表明，添加复合纳米天然粉体后对提高橡胶的耐磨性有显著效果，其耐磨性能可提高1.6倍左右。

Description

掺加纳米重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法

技术领域

本发明涉及一种掺加纳米天然重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法，属纳米材料改性橡胶工艺技术领域。

背景技术

橡胶作为战略性的物资在国民经济各个领域中发挥着举足轻重的作用。传统的橡胶制造工业中，碳黑纳米粉体、白碳黑粉体作为橡胶不可缺少的补强剂，已被普遍使用。随着对橡胶产品性能要求的不断提高，如何进一步提高橡胶材料的性能是当前摆在橡胶工业技术领域的一个重大课题。

新型纳米材料作为一种新型材料在橡胶改性领域有着非常广阔的应用前景。利用高分散性纳米粉体材料与橡胶混合，在普遍混炼机上进行混炼，由连续相橡胶基体和粒径小于100nm的粉体构成的复合材料，称之为纳米复合橡胶。纳米复合橡胶的特点是：可明显提高体系的各种物性的热变形温度、力学性能及其他功能；并且不需改变原有的橡胶工艺流程，不需使用其他新的化学物质，节约资源。目前常用的新型无机纳米粉体材料包括有：氧化锌纳米粉体、碳酸钙纳米粉体、纳米蒙脱土等。

中国专利CN1598155报道了添加纳米碳酸钙可改进橡胶的压缩变形能力和耐老化能力，但对提高橡胶的耐磨性能方面未见成效。专利CN1386788和CN1388155报道了添加纳米氧化锌可以提高橡胶的加工性能，而机械性能保持不变。专利CN1425711和CN1425712报道了添加蒙脱土可改善纳米复合橡胶的热变形温度，力学性能，但未能改进橡胶的耐磨性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺加纳米天然重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法，特别是掺加经有机表面处理后的纳米天然重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法。

本发明一种掺加纳米天然重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先采用经筛选的、平均粒径为50nm的天然纳米重晶石粉，将其先用水后用乙醇充分洗涤，然后经120℃真空干燥12小时，尽可能除去其所含水分；

b.将上述天然纳米重晶石粉进行有机表面处理，表面处理剂为硬脂酸或硅偶联剂；表面处理剂的用量为纳米粉体重量的2～4％；采用干法表面处理，将硬酯酸或硅偶联剂用乙醇稀释后，喷淋于纳米重晶石粉体上，然后在低速捏合机中搅拌混合，得到改性表面处理的天然纳米重晶石复合粉体；

c.在橡胶混炼过程中，掺加入橡胶重量1～5％的上述纳米天然重晶石复合粉体，经充分混炼后得到生胶，再经硫化成型，制成高耐磨性橡胶样品；所用的橡胶为丁苯橡胶或天然橡胶。

由于纳米粒子微观分散至橡胶内部后与橡胶聚合物间形成较强的结合；刚性纳米填料粒径越小，其与聚合物自由体积相配就越好，能有效阻碍微裂扩展。同时，由于纳米颗粒小尺寸效应及表面效应，使其与聚合物结合处几乎无应力集中，并且使纳米颗粒牢牢地与聚合物结合在一起。另外，还可通过对纳米粒子进行有机表面处理而改性，使其更能与橡胶聚合物形成较强的结合，而且改进橡胶聚合物的力学性能。因此，经有机表面处理的纳米重晶石复合粉体，添加入到橡胶中去，使橡胶具有很高的致密性及很好的力学性能，特别是耐磨性能；这是由于其自身材料特征及与聚合物间的作用而大大提高产品的耐磨性。

具体实施方式

现将本发明的实施例具体叙述于后。

实施例1

用天然纳米重晶石粉掺加至丁苯橡胶中。

将经过筛选的、平均粒径为50nm的天然纳米重晶石粉，先用水后用乙醇充分洗涤，经120℃真空干燥12小时，得天然纳米重晶石粉，称之为AY-1。

在保持丁苯橡胶的原有生产配方不变及工艺流程不变的基础上，在丁苯橡胶混炼过程中分别添加1％、2％和4％的AY-1天然纳米重晶石粉(以丁苯橡胶的重量为基准)：经充分混炼后得到生胶，再经硫化成型，按照国家标准制成试样。

上述试样通过仪器检测其各项力学性能，其测试结果如下表所示：

表1  添加AY-1天然纳米重量石粉的丁苯橡胶性能测试结果

纳米AY-1粉量(重量％)	拉/伸强度MPa	断裂伸长率％	邵A硬度SHA	磨耗体积(cm3)	耐磨性能提高率
						0％	2.13	248	54	4.14	1
1％	2.28	248	52	3.48	1.19
						2％	2.58	276	52	3.04	1.36
4％	2.35	260	52	3.47	1.19

实施例2

用天然纳米重晶石粉掺加至天然橡胶中。

本实施例的工艺过程与上述实施例1完全相同；不同的是橡胶采用了天然橡胶，天然纳米重晶石粉AY-1的掺加量为天然橡胶的重量的2％和3％。

试样通过仪器检测其各项力学性能，其测试结果如下表2所示：

表2  添加AY-1天然纳米重量石粉的天然橡胶性能测试结果

纳米AY-1粉量(重量％)	拉/伸强度MPa	断裂伸长率％	邵A硬度SHA	磨耗体积(cm3)	耐磨性能提高率
						0％	7.02	420	58	4.6	1
2％	7.73	440	58	3.9	1.18
						3％	7.28	440	54	4.3	1.07

实施例3

用经硬脂酸表面处理的天然纳米重晶石粉掺加至丁苯橡胶中。

将经过筛选的、平均粒径为50nm的天然纳米重晶石粉，先用水洗后用乙醇充分洗涤，经120℃真空干燥12小时；然后进行有机表面处理，用纳米粉体重量3％的硬脂酸经乙醇稀释后喷淋于纳米粉体上，然后在低速捏合机中搅拌混合。得到改性表面处理的天然纳米重晶石复合粉体，称之为AY-2。

在保持丁苯橡胶的厚有生产配方不变及工艺流程不变的基础上，在丁苯橡胶混炼过程中分别加入1％、2％和4％的AY-2天然纳米重量石复合粉体(以丁苯橡胶的重量为基准)；经充分混炼后得到生胶，然后经硫化成型，按照国家标准制成试样。

上述试样通过仪器检测其各项力学性能，其测试结果如下表3所示：

表3  添加AY-2天然纳米重晶石粉的丁苯橡胶性能测试结果

纳米AY-1粉量(重量％)	拉/伸强度MPa	断裂伸长率％	邵A硬度SHA	磨耗体积(cm3)	耐磨性能提高率
						0％	2.13	248	54	4.14	1
1％	2.30	252	53	3.12	1.33
						2％	2.50	268	53	2.53	1.64
4％	2.58	276	53	3.49	1.19

实施例4

用经硬脂酸表面处理的天然纳米重晶石粉掺加至天然橡胶中。

本实施例的工艺过程与上述实施例3完全相同；不同的是橡胶采用了天然橡胶，经改性表面处理的纳米重晶石复合粉体AY-2的掺加量为天然橡胶重量的1％、2％、3％和4％。

试样通过仪器检测其各项力学性能，其测试结果如下表4所示：

表4  添加AY-2天然纳米重晶石粉的天然橡胶性能测试结果

纳米AY-1粉量(重量％)	拉/伸强度MPa	断裂伸长率％	邵A硬度SHA	磨耗体积(cm3)	耐磨性能提高率
						0％	7.02	420	58	3.8	1
1％	8.43	470	55	3.5	1.09
						2％	7.94	470	58	3.3	1.15
3％	7.38	450	54	3.4	1.13
						4％	7.95	460	57	3.3	1.15

实施例5

用经硅69偶联剂表面处理的天然纳米重晶石粉掺加至丁苯橡胶中。

本实施例的工艺过程与上述实施例3完全相同；不同的是采用了硅69偶联剂作为改性表面处理剂，使用量为纳米粉体重量的3％，得到改性表面处理的天然纳米重量石复合粉体，称之为AY-3。

在丁苯橡胶混炼过程中分别加入1％和2％的AY-3天然纳米重晶石复合粉体(以丁苯橡胶的重量为基准)，经充分混炼后得到生胶，然后经硫化成型，按照国家标准制成试样。

上述试样通过仪器检测其各项力学性能，其测试结果如下表5所示：

表5  添加AY-3天然纳米重晶石粉的丁苯橡胶性能测试结果

纳米AY-1粉量(重量％)	拉/伸强度MPa	断裂伸长率％	邵A硬度SHA	磨耗体积(cm3)	耐磨性能提高率
						0％	2.13	248	54	4.14	1
1％	2.45	284	52	3.24	1.28
						2％	2.29	268	53	3.6	1.15

从上述的实施例中可得知：经表面处理改性的纳米重晶石粉体的加入，其耐磨性能可提高1.6倍，同时并不影响其他力学性能，反而有所提高。

Claims (1)

1.一种掺加纳米天然重晶石粉体改进橡胶耐磨性的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先采用经筛选的、平均粒径为50nm的天然纳米重晶石粉，将其先用水后用乙醇充分洗涤，然后经120℃真空干燥12小时，尽可能除去其所含水分；

b.将上述天然纳米重晶石粉进行有机表面处理，表面处理剂为硬脂酸或硅偶联剂；表面处理剂的用量为纳米粉体重量的2～4％；采用干法表面处理，将硬酯酸或硅偶联剂用乙醇稀释后，喷淋于纳米重晶石粉体上，然后在低速捏合机中搅拌混合，得到改性表面处理的天然纳米重晶石复合粉体；

c.在橡胶混炼过程中，掺加入橡胶重量1～5％的上述纳米天然重晶石复合粉体，经充分混炼后得到生胶，再经硫化成型，制成高耐磨性橡胶样品；所用的橡胶为丁苯橡胶或天然橡胶。