本發(fā)明屬于橡膠領(lǐng)域，具體涉及一種橡膠材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
橡膠是四大高分子材料之一，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，橡膠分為天然橡膠與合成橡膠，但不論是天然橡膠，還是合成橡膠，都存在其不足之處，如：強(qiáng)度不高、耐磨性不好、不耐高溫或不耐酸堿等，橡膠直接使用效果往往不好，通常需要添加一些填料和助劑，再經(jīng)過某些工藝處理，制造出綜合性能優(yōu)良的橡膠制品。而填料作為橡膠的重要組成部分，對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)性能至關(guān)重要。如：填料的種類、數(shù)量和物化性能，直接影響橡膠的性能。
近年來，由于無機(jī)納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、活性高、強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，將無機(jī)納米材料作為增強(qiáng)填料添加到一些橡膠制品中，但是，所制成的產(chǎn)品效果并不好，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的無機(jī)納米粒子與橡膠結(jié)合性差，且橡膠粘稠度較高，無機(jī)納米粒子在橡膠中分散不均勻，所以產(chǎn)品性能提高有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種橡膠材料，同時(shí)提供其相應(yīng)的制備方法是本發(fā)明的另一發(fā)明目的。
基于上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠100份、炭黑10-60份、納米鉆石烯1-7份、其它填充劑0-20份、硫化劑0.5-5份、硫化促進(jìn)劑0-3份、防老劑1-3份、松焦油3-15份、其它助劑0-20份。
所述生膠選自天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、氟橡膠和硅橡膠中的一種或兩種以上的混合物。
所述炭黑為高耐磨炭黑；所述其它填充劑為氧化鋅、白炭黑或氧化鎂。
所述硫化促進(jìn)劑選自胍類、秋蘭姆類、噻唑類等中的一種或兩種以上的混合物；所述防老劑選自胺類、酚類等中的一種或兩種以上的混合物。
所述硫化促進(jìn)劑選自硫化促進(jìn)劑D、硫化促進(jìn)劑TMTD、硫化促進(jìn)劑M中的一種或兩種以上的混合物；所述防老劑選自防老劑A、防老劑SP等中的一種或兩種以上的混合物。
所述其它助劑為硬脂酸、蠟或TP-95增塑劑。
所述納米鉆石烯由粒度為50nm、100nm、200nm的納米鉆石烯組成，50nm、100nm、200nm的納米鉆石烯的用量比例為(1-2):(2-3):(4-5)。
所述的橡膠材料的制備方法，包括以下步驟：
1)將松焦油加熱至100-150℃，攪拌條件下，添加納米鉆石烯后，超聲分散8-10min，得混合液A；攪拌速度為1000-1500rpm；
2)兩段混煉：先將生膠加入密煉機(jī)中，然后依次加入步驟1）的混合液A、防老劑、其它填充劑、其它助劑、炭黑，于80-150℃下進(jìn)行一段混煉，混煉時(shí)間為4-6min，然后下片，即得母料；母料冷卻至50-75℃，將母料、硫化劑、硫化促進(jìn)劑加入到混煉機(jī)中，于50-75℃下進(jìn)行二段混煉，混煉時(shí)間為2-3min，然后排料、壓片得膠片；
3）硫化：步驟2）膠片冷卻后，于140-200℃下硫化，即得橡膠材料。
步驟1）中納米鉆石烯加入前依次經(jīng)過活化處理和表面改性處理，
活化處理的具體步驟為：a超聲波堿洗：將納米鉆石烯加入濃度為10%-12%的氫氧化鈉溶液中，于50-55℃下超聲堿洗并攪拌；超聲的頻率30-35 KHz，攪拌的速度為20-30rpm，堿洗的時(shí)間為25-30min；b超聲波清洗：將堿洗后的納米鉆石烯放入去離子水中超聲清洗，超聲頻率為30-35KHz，同時(shí)以20-30rpm的攪拌速度攪拌，攪拌時(shí)間為15-20min，反復(fù)清洗直至上層清液pH=7；c酸洗活化：于20-30℃下，將清洗過的納米鉆石烯放入濃度為25% -30%的硫酸溶液中酸洗活化，同時(shí)以15-20rpm的攪拌速度攪拌，攪拌時(shí)間為5～10min；d超聲波水洗：將酸洗活化后的納米鉆石烯放入去離子水中以30～35 KHz的超聲頻率超聲波水洗，并以10～20 rpm的攪拌速度攪拌，攪拌時(shí)間為5～10min，反復(fù)清洗直至上層清液pH=7；d烘干、冷卻即可；
表面改性處理的具體步驟為：將活化處理后的納米鉆石烯超聲分散在無水乙醇稀釋過的鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液中，分散時(shí)間為20-30min，然后加熱至50-60℃，攪拌15-20min后，于100℃下，真空干燥、冷卻，得表面改性的納米鉆石烯；鈦酸酯偶聯(lián)劑的加入量為納米鉆石烯重量的1%-3%，納米鉆石烯的加入量為無水乙醇重量的2%-3%。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
添加納米鉆石烯的橡膠有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)納米鉆石烯形貌為多層片狀結(jié)構(gòu)，形貌可控、分散性好，單層片狀鉆石烯硬度高且耐磨，本發(fā)明將納米鉆石烯加入橡膠制品的原料中，提高了橡膠制品的強(qiáng)度、塑性、抗老化、耐磨、耐腐蝕等性能；
2)、本發(fā)明應(yīng)用的橡膠種類比較廣，無論是通用橡膠、特種橡膠、單一橡膠或是混合橡膠，都有很好的增強(qiáng)效果；具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
3）本發(fā)明將納米鉆石烯經(jīng)過活化改性處理后，使納米鉆石烯具有很高的活性和分散性，與橡膠基體形成化學(xué)鍵結(jié)合，起到強(qiáng)化作用，而且由于納米鉆石烯具有硬度高、耐磨和耐腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)，使得橡膠制品很耐用，延長(zhǎng)了其使用壽命。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠（天然橡膠100份）100份、炭黑50份、納米鉆石烯3份、硫化劑（硫磺）2.5份、硫化促進(jìn)劑（硫化促進(jìn)劑DM）2份、防老劑（防老劑A2份）2份、松焦油15份。
實(shí)施例2
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠（天然橡膠）100份、炭黑50份、納米鉆石烯5份、硫化劑（硫磺）2.5份、硫化促進(jìn)劑（硫化促進(jìn)劑DM）2份、防老劑（防老劑A2份）2份、松焦油15份。
實(shí)施例3
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠（氟橡膠）100份、炭黑25份、納米鉆石烯1份、氧化鎂3份、硫化劑（二胺類硫化劑）2.0份、硫化促進(jìn)劑（硫化促進(jìn)劑NS）1.5份、防老劑（防老劑D）2份、松焦油10份。
實(shí)施例4
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠（氟橡膠）100份、炭黑10份、納米鉆石烯3份、白炭黑15份、硫化劑（過氧化物類硫化劑）2.0份、硫化促進(jìn)劑（硫化促進(jìn)劑TMTD）1.5份、防老劑（防老劑SP）2份、松焦油10份。
實(shí)施例5
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠（天然橡膠45份、順丁橡膠55份）100份、炭黑60份、納米鉆石烯3份、其他填充劑（氧化鋅）3.0份、硫化劑（硫磺）2份、硫化促進(jìn)劑（硫化促進(jìn)劑NS0.7份、 硫化促進(jìn)劑DM0.8份）1.5份、防老劑（防老劑A）2份、硬脂酸2.0份、石蠟1.5份、松焦油10份。
實(shí)施例6
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠（天然橡膠50份、順丁橡膠50份）100份、炭黑50份、納米鉆石烯5份、其他填充劑（氧化鋅）3.0份、、硫化劑（S-80）4.0份、防老劑（防老劑A1.5份、防老劑SP1.5份）3份、松焦油15份、其它助劑（硬脂酸）3.0份、
實(shí)施例7
一種橡膠材料，由以下重量份的原料制成：生膠（天然橡膠40份、順丁橡膠60份）100份、炭黑20份、納米鉆石烯7份、其他填充劑（氧化鋅2.0份、白炭黑18.0份）20份、硫化劑（硫磺）0.5份、硫化促進(jìn)劑（硫化促進(jìn)劑NS1.5份、 硫化促進(jìn)劑DM1.5份）3.0份、防老劑（防老劑D）1.0份、松焦油5份、其它助劑（硬脂酸3.0份、TP-95增塑劑15份）18份。
實(shí)施例1-7的制備方法，包括以下步驟：
納米鉆石烯依次經(jīng)過活化處理和表面改性處理，
活化處理的具體步驟為：a超聲波堿洗：將納米鉆石烯加入濃度為10%-12%的氫氧化鈉溶液中，于50-55℃下超聲堿洗并攪拌；超聲的頻率30-35 KHz，攪拌的速度為20-30rpm，堿洗的時(shí)間為25-30min；b超聲波清洗：將堿洗后的納米鉆石烯放入去離子水中超聲清洗，超聲頻率為30-35KHz，同時(shí)以20-30rpm的攪拌速度攪拌，攪拌時(shí)間為15-20min，反復(fù)清洗直至上層清液pH=7；c酸洗活化：于20-30℃下，將清洗過的納米鉆石烯放入濃度為25% -30%的硫酸溶液中酸洗活化，同時(shí)以15-20rpm的攪拌速度攪拌，攪拌時(shí)間為5～10min；d超聲波水洗：將酸洗活化后的納米鉆石烯放入去離子水中以30～35 KHz的超聲頻率超聲波水洗，并以10～20 rpm的攪拌速度攪拌，攪拌時(shí)間為5～10min，反復(fù)清洗直至上層清液pH=7；d烘干、冷卻即可；
表面改性處理的具體步驟為：將活化處理后的納米鉆石烯超聲分散在無水乙醇稀釋過的鈦酸酯偶聯(lián)劑溶液中，分散時(shí)間為20-30min，然后加熱至50-60℃，攪拌15-20min后，于100℃下，真空干燥、冷卻，得表面改性的納米鉆石烯；鈦酸酯偶聯(lián)劑的加入量為納米鉆石烯重量的1%-3%，納米鉆石烯的加入量為無水乙醇重量的2%-3%；
1)將松焦油加熱至100-150℃，攪拌條件下，添加納米鉆石烯后，超聲分散8-10min，得混合液A；攪拌速度為1000-1500rpm；
2)兩段混煉：先將生膠加入密煉機(jī)中，然后依次加入步驟1）的混合液A、防老劑、其它填充劑、其它助劑、炭黑，于80-150℃下進(jìn)行一段混煉，混煉時(shí)間為4-6min，然后下片，即得母料；母料冷卻至50-75℃，將母料、硫化劑、硫化促進(jìn)劑加入到混煉機(jī)中，于50-75℃下進(jìn)行二段混煉，混煉時(shí)間為2-3min，然后排料、壓片得膠片；
3）硫化：步驟2）膠片自然冷卻24h后，用硫化儀作硫化曲線，得出正硫化時(shí)間，于140-200℃下硫化，即得橡膠材料。
實(shí)施例8 性能測(cè)試
8.1 實(shí)施例1的性能測(cè)試
實(shí)施例1中納米鉆石烯為變量，其他組分量不變，按上述制備方法制備，壓片后，自然冷卻24h后，用硫化儀作硫化曲線，得出正硫化時(shí)間，硫化溫度控制在160℃進(jìn)行硫化后，得橡膠材料，對(duì)橡膠材料的主要性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下表1；于100℃熱空氣下，老化72h，檢測(cè)橡膠材料老化后的性能指標(biāo)，結(jié)果如下表2所示。
由表1和2可知，添加納米鉆石烯后，天然橡膠的強(qiáng)度、硬度和抗老化能力都得到一定程度的提高，納米鉆石烯的最佳添加量為生膠重量的3%-5%。
8.2 實(shí)施例4的性能測(cè)試
實(shí)施例4中納米鉆石烯為變量，其他組分量不變，按上述制備方法制備，壓片后停留24h，然后作硫化曲線，得出正硫化時(shí)間，硫化溫度控制在200℃進(jìn)行硫化后，得橡膠材料，對(duì)得到的橡膠材料的主要性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下表3所示；于250℃熱空氣下，老化72h，檢測(cè)橡膠材料老化后的性能指標(biāo)，結(jié)果如下表4所示。
由表3和4可知，添加納米鉆石烯后，橡膠的強(qiáng)度、硬度有較大提升，塑性和抗老化性也有所改善，納米鉆石烯的最佳添加量為生膠重量的1%-3%。
8.3實(shí)施例5的性能測(cè)試
實(shí)施例5中納米鉆石烯為變量，其他組分量不變，按上述制備方法制備，壓片后自然冷卻24h后，作硫化曲線，得出正硫化時(shí)間，硫化溫度控制在170℃進(jìn)行硫化，得橡膠材料，對(duì)橡膠材料的主要性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下表5所示；然后于100℃熱空氣下，老化72h，檢測(cè)橡膠材料老化后的性能指標(biāo)，結(jié)果如下表6所示。
由表5和6可知，添加納米鉆石烯后，橡膠材料的綜合性能得到提高，尤其是耐磨性能得到了很大的改善。