專利名稱：：纖維增強橡膠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種纖維增強橡膠。
背景技術(shù)：
：常規(guī)的一些通用合成橡膠，如丁苯、丁腈和氯丁橡膠所生產(chǎn)的橡膠板材，其臨界使用溫度分別為120°C、140'C和160'C，由于自身的特性，在不同介質(zhì)中的使用條件受到嚴格限制。在一些高溫高壓、油、溶劑、酸堿等介質(zhì)中使用時，會過早地出現(xiàn)溶脹、龜裂和壓縮變形較大、物理機械性能明顯下降等缺陷，嚴重時甚至會出現(xiàn)溶融，完全失去橡膠這一高彈性材料所具備的一些優(yōu)點。尤其當制備成橡膠板材，在高溫環(huán)境下使用，主要用于容器密封、法蘭密封時，要求其耐溫耐壓、耐各種溶劑和化學(xué)介質(zhì)的性能較好，并要求產(chǎn)品的硬度高、壓縮變形小，在以上環(huán)境中使用時其物理機械性能及其固有的彈性性能可以得以保持。公知的做法是，根據(jù)不同的使用環(huán)境和介質(zhì)要求，通過調(diào)整橡膠配方和添加一些芳綸纖維、合成纖維、碳纖維、玻璃纖維等，可以提高通用合成橡膠的使用范圍，延長使用壽侖，但是，效果不是十分理想，主要原因在于纖維在橡膠中無法分散均勻，并與橡膠之間形成較好的粘合力，使得增強效果有限。一種公知的做法是將纖維預(yù)浸到專用粘合劑(即"浸漿")中，烘干后再使用，由于粘合劑對纖維有一定的表面改性作用，可以改進纖維在橡膠中的分散均勻度和其與橡膠之間的粘合力，但是效果仍然不是十分理想，所得橡膠的強度和抗變形能力不能滿足使用要求，使用壽命較短。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種纖維增強橡膠，可以顯著提高其強度、減小其壓縮永久變形和增加橡膠板材的抗撕裂性能，以及在油、溶媒(劑)、燃料、水、低壓蒸汽、煤氣、酸或堿及非攻擊性溶液介質(zhì)中使用時，能長期使用且性能穩(wěn)定優(yōu)異。所述纖維增強橡膠的制備方法包括如下步驟a.橡膠塑煉；b.在橡膠中加入補強填充劑、纖維、助劑，進行混煉；其中，纖維和補強填充劑先經(jīng)混合均勻制得預(yù)分散體后再加入橡膠中。本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，將補強填充劑和纖維在混煉前混合均勻，使粉狀補強填充劑和纖維處于相對分離狀態(tài)，制得預(yù)分散體，然后按其加料順序進行混煉膠料，這樣可以有效地使纖維在橡膠中均勻地分散，并提高其與橡膠之間的粘合性，從而使橡膠顯著提高強度、減小壓縮永久變形、增加橡膠的抗撕裂性能。省略了現(xiàn)有技術(shù)中使用纖維增強的浸漿、烘干的預(yù)處理步驟，不僅操作簡便，降低了生產(chǎn)成本，同時，粘合劑是一種公知的對環(huán)境不友好的化學(xué)原料，因此，本發(fā)明對環(huán)境保護也十分有利。其中，各種原料的選用、配比均可采用本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品要求經(jīng)試驗確定。作為優(yōu)選方案，所述橡膠為丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠。丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠這幾種材料，耐磨性、耐壓性、耐油性和耐水、耐氣密性優(yōu)良。作為優(yōu)選方案，所述纖維為玻璃纖維、聚丙烯纖維、芳綸纖維、碳纖維中的一種或兩種以上任意比例的混合物。其中玻璃纖維其廉價易得，耐溫耐壓性能優(yōu)異，通常選用以玻璃纖維增強為主，配以不同材質(zhì)的纖維來達到使用效果。不同品種的纖維混配的比例會直接影響橡膠的綜合性能。所述纖維直徑20-50pm，長度4-6mm。上述纖維都具有極佳的電絕緣性能、較高的力學(xué)強度、優(yōu)異的耐熱性和耐各種化學(xué)介質(zhì)腐蝕性，其強度和彈性模量相當高，甚至超出鋼的幾十倍乃至幾百倍，而質(zhì)量只是鋼的十分之一。所以選用以上纖維在橡膠中進行增強，可極大地拓寬橡膠板材的使用范圍，提高物理機械性能、降低壓縮變形并增大抗撕裂強度。硫化劑可選用硫磺、次乙基硫脲(NA-22)?；钚詣┛蛇x用氧化鋅、氧化鎂、硬脂酸。防老劑可選用2,2,4—三甲基一1，2二氫化喹啉聚合體(以下簡稱RD)、N-異丙基一N'—苯基對苯二胺(以下簡稱4010NA)。促進劑可選用二硫化二苯并噻唑(DM)、2—硫醇基并噻唑(M)、二硫化四甲基秋蘭姆(TMTD)等。補強填充劑可選用白碳黑(SiO〃nH20)、高耐磨爐法炭黑、活性碳酸鈣等。優(yōu)選的原料配比為丁苯橡膠80.090.0份、高苯乙烯樹脂20.010.0份、硫化劑0.53.0份、活性劑4.012.0份、促進齊!J0.5-3.0份、防老劑1.02.0份、補強填充劑40.080.0份、玻璃纖維10.015.0份、聚丙烯纖維5.010.0份。另一種優(yōu)選的原料配比為丁腈橡膠70.080.0份、氯化聚乙烯30.020.0份、硫化劑0.53.0份、活性劑5.011.0份、促進劑1.53.0份、防老劑1.02.0份、補強填充劑80.0份、玻璃纖維10.020.0份、芳綸纖維5.010.0份。另一種優(yōu)選的原料配比為氯丁橡膠100.0份、硫化劑0.51.0份、活性劑8.012.0份、補強填充劑40.080.0份、玻璃纖維10.020.0份、碳纖維15.0~30,0份。通過本發(fā)明所生產(chǎn)的橡膠板材，硬度為95土5度，扯斷強度為812MPa，扯斷伸長率為150250%，壓縮變形小于15%，能在超高溫高壓和各種介質(zhì)中長期工作，最高工作溫度可達到30(TC，并保持良好的彈性、較低的壓縮變形和優(yōu)異的物理機械性能，與常溫下的性能對比下降不超過20%。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本分明進行詳細說明，不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利所在，依本發(fā)明所申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋內(nèi)容。實施例1-9:按重量計的原料配比如表1所示。制備過程如下所示(1)將聚丙烯纖維、玻璃纖維和白碳黑以及活性碳酸鈣一起，在容器內(nèi)進行高速攪拌，制成分散均勻的短纖維和粉料的預(yù)分散體。(2)將丁苯橡膠和高苯乙烯樹脂投入到密閉式煉膠機中進行塑并煉，塑煉時間為5-6min，塑煉溫度控制在12013(TC，再依次加入活性劑、促進劑、防老劑、著色劑和預(yù)分散體進行混煉，混煉時間不低于15min，混煉溫度控制在13(TC以下。(3)混煉結(jié)束后卸料到開放式煉膠機上加硫化劑，加硫化劑時輥溫應(yīng)控制在IOO'C以下，以免發(fā)生焦燒。然后卸片冷卻、停放；在此期間進行物理機械性能的快檢，檢査各項指標是否合格。(4)壓延出片。將停放檢驗合格后的膠片進行粗煉和熱煉，在壓延機上根據(jù)產(chǎn)品所需的厚度、寬度以及長度均勻出片、成型，并通過硫化壓機，在145'C15rC的溫度、1015MPa的工作壓力下硫化1520分鐘，硫化后的板材按規(guī)定尺寸進行修邊、檢驗、包裝、入庫即可。表1實施例1-9所用原料配比組份配比(重量份)實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6實施例7實施例8實施例9丁苯橡膠(SBR)808080858585909090高苯乙烯樹脂(HS)202020151515101010硫化劑硫磺(S)2.52.52.52.52.52.52.52.52.5活性劑氧化鋅5.05.05.05.05.05.05.05.05.0硬脂酸2.02.02.02.02.02.02.02.02.0促進劑M1.51.51.51.51.51.51.51.51.5DM1.01.01.01.01.01.01.01.01.0防老劑RD0.50.50.50.50.50.50.50.50.54010NA0.50.50.50.50.50.50.50.50.5補強填充劑白碳黑304050304050304050活性碳酸鈣102030102030102030玻璃纖維(直徑50nm、長度5mm)101520101520101520聚丙烯纖維(直徑40jim、長度6mm)5557.57.57.5101010鈦菁藍0.50.50.50.50.50.50.50.50.55實施例10-18:按重量計的原料配比如表2所示。表2實施例10-18所用原料配比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>制備過程如下所示(1)將芳綸纖維、玻璃纖維和白碳黑以及活性碳酸鈣一起，在容器內(nèi)進行高速攪拌，制成分散性均勻的短纖維和補強填充劑的預(yù)分散體。(2)丁腈橡膠在開放式煉膠機上進行低溫一、二段低溫薄通塑煉，輥溫控制在50±5'C，第一段塑煉輥距12mm，過輥次數(shù)為25次；停放8小時后進行第二段塑煉，輥距l(xiāng)2mm，過輥次數(shù)為20次，稱量并停放待用，停放時間不應(yīng)低于8小時，不高于72小時，否則視塑煉無效。然后將塑煉好的丁腈橡膠和氯化聚乙烯樹脂投入到密閉式煉膠機中進行塑并煉，塑煉時間為56min，塑煉溫度控制在120130'C，再依次加入活性劑、防老劑、著色劑、預(yù)分散體和促進劑進行混煉，混煉時間不低于15min，混煉溫度控制在13(TC以下。(3)混煉結(jié)束后卸料到開放式煉膠機上加硫化劑，加硫化劑時輥溫應(yīng)控制在IOO'C以下，以免發(fā)生焦燒。然后卸片冷卻、停放；在此期間進行物理機械性能的快檢，檢査各項指標是否合格。(4)壓延出片。將停放檢驗合格后的膠片進行粗煉和熱煉，在壓延機上根據(jù)產(chǎn)品所需的厚度、寬度以及長度均勻出片、成型，并通過硫化壓機，在145'C151'C的溫度、1015MPa的工作壓力下硫化1520分鐘，硫化后的板材按規(guī)定尺寸進行修邊、檢驗、包裝、入庫即可。實施案例19-21:按重量計的原料配比如表3所示。制備過程如下所示(1)將玻璃纖維和碳纖維以及高耐磨爐法炭黑一起，在容器進行高速攪拌，制成分散性均勻的預(yù)分散體。(2)將氯丁橡膠在開放式煉膠機上薄通塑煉20次，輥溫控制在50士5。C，將塑煉后的氯丁橡膠投入到密煉機中，依次加入活性劑、纖維和補強劑的預(yù)分散體進行混煉，混煉時間不低于15min，混煉溫度控制在130°C以下，。(3)混煉均勻后卸料到開煉機上加入硫化劑，加硫化劑時輥溫應(yīng)控制在IOO'C以下，以免發(fā)生焦燒。然后卸片冷卻停放，在此期間進行物理機械性能的快檢，檢查各項指標是否合格。(4)壓延出片。將停放檢驗合格后的膠片進行粗煉和熱煉，在壓延機上根據(jù)產(chǎn)品所需的厚度、寬度以及長度均勻出片、成型，并通過硫化壓機，在145°C151°C的溫度、1015MPa的工作壓力下硫化1520分鐘，硫化后的板材按規(guī)定尺寸進行修邊、檢驗、包裝、入庫即可。表3實施例19-21所用原料配比組份配比(重量份)實施例19實施例20實施例21氯丁橡膠(CR)100100100活性劑氧化鋅5.05.05.0硬脂酸1.01.01.0氧化鎂4.04.04.0玻璃纖維(直徑50nm、長度5mm)101520碳纖維(直徑40pm、長度6mm)203040補強填充劑高耐磨爐法炭黑(N330)255075硫化劑NA-220.50.50.57對照實施例原料配比如表4所示，制備過程如下先將天然橡膠在開放式煉膠機上進行破膠，破膠時輥距控制在34mm，輥溫為405(TC。調(diào)整輥距為12mm，將已破好的天然橡膠投放在開放式煉膠機上進行薄通塑煉，輥溫控制在5(TC土5'C，過輥次數(shù)為25次；然后冷卻停放，停放時間不能少于8小時，不多于72小時，否則視為無效。將塑煉停放后的天然橡膠和胎面再生膠投入到密閉式煉膠機中進行并煉，并煉時間為3-4分鐘，然后依次加入活性劑、促進劑、補強填充劑等進行混煉，混煉溫度控制在125135°C，時間不低于10min?；鞜捊Y(jié)束后卸料在開放式煉膠機上加硫化劑，加硫化劑時輥溫應(yīng)控制在IO(TC以下，以免發(fā)生焦燒。然后卸片冷卻、停放；在此期間進行物理機械性能的快檢，檢查各項指標是否合格。壓延出片時將已停放并檢驗合格后的半成品膠料，先進行粗煉和熱煉，再按產(chǎn)品的厚度、長度和寬度進行成張出片。最后進入平板式硫化機，在135經(jīng)過142。C的溫度、600800T(請換算成Pa或1015MPa)的工作壓力下硫化和35分鐘的時間后，進行修邊、檢驗、包裝入庫，即可制成普通橡膠板材。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例1-21所得橡膠板材與對照實施例所得普通橡膠板材性能對比如表5-7所示。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表7<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種纖維增強橡膠，其制備方法包括如下步驟a.橡膠塑煉；b.在橡膠中加入補強填充劑、纖維、助劑，進行混煉；其特征在于纖維和補強填充劑先經(jīng)混合均勻制得預(yù)分散體后再加入橡膠中。2.如權(quán)利要求1所述的纖維增強橡膠，其特征在于所述橡膠為丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠或三元乙丙橡膠。3.如權(quán)利要求1所述的纖維增強橡膠，其特征在于所述纖維為玻璃纖維、聚丙烯纖維、芳綸纖維、碳纖維中的一種或兩種以上任意比例的混合物。4.如權(quán)利要求1所述的纖維增強橡膠，其特征在于所述纖維直徑20-50pm，長度4-6mm。5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的纖維增強橡膠，其特征在于由以下原料按重量比制得丁苯橡膠80.090.0份、高苯乙烯樹脂20.010.0份、硫化劑0.53.0份、活性劑4.012.0份、促進劑0.53.0份、防老劑1.02.0份、補強填充劑40.080.0份、玻璃纖維10.015.0份、聚丙烯纖維5.010.0份。6.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的纖維增強橡膠，其特征在于由以下原料按重量比制得丁腈橡膠70.080.0份、氯化聚乙烯30.020.0份、硫化劑0.53.0份、活性劑5.011.0份、促進劑0.52.5份、防老劑1.02.0份、補強填充劑40.080.0份、玻璃纖維10.020.0份、芳綸纖維5.010.0份。7.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的纖維增強橡膠，其特征在于由以下原料按重量比制得氯丁橡膠100.0份、硫化劑0.51.0份、活性劑8.012.0份、補強填充劑40.080.0份、玻璃纖維10.020.0份、碳纖維15.030.0份。全文摘要本發(fā)明涉及一種纖維增強橡膠，可以顯著提高其強度、減小其壓縮永久變形和增加橡膠板材的抗撕裂性能。所述纖維增強橡膠的制備方法包括如下步驟a.橡膠塑煉；b.在橡膠中加入補強填充劑、纖維、助劑，進行混煉；其中，纖維和補強填充劑先經(jīng)混合均勻制得預(yù)分散體后再加入橡膠中。作為優(yōu)選方案，所述橡膠為丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠。丁苯橡膠、丁腈橡膠和氯丁橡膠這幾種材料，耐磨性、耐壓性、耐油性和耐水、耐氣密性優(yōu)良。通過本發(fā)明所生產(chǎn)的橡膠板材，能在超高溫高壓和各種介質(zhì)中長期工作，最高工作溫度可達到300℃，并保持良好的彈性、較低的壓縮變形和優(yōu)異的物理機械性能，與常溫下的性能對比下降不超過20％。文檔編號C08L9/06GK101555330SQ20091003101公開日2009年10月14日申請日期2009年4月22日優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日發(fā)明者張收才,江忠才,江文根,陸祥武,陳玉斌申請人:南京固柏橡塑制品有限公司