本發(fā)明屬于復(fù)合橡膠材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種穩(wěn)定桿襯套及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代轎車的懸架系統(tǒng)除了需要有好的彈簧和減震器以外，還需要好的橫向穩(wěn)定桿輔助，橫向穩(wěn)定桿通常固定在左右懸架的下臂，當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)彎時受到離心力的作用，內(nèi)外側(cè)懸架受到不同的應(yīng)力作用，導(dǎo)致了汽車產(chǎn)生很大的橫向傾斜，嚴(yán)重影響了汽車操控的穩(wěn)定性，為了減少這種傾斜，提高行駛的安全性，需要在汽車上加裝橫向穩(wěn)定桿。
應(yīng)用在汽車穩(wěn)定桿中的橡膠襯套一方面起到支撐、定位穩(wěn)定桿的作用，另一方面可以吸收從車輪傳到穩(wěn)定桿的沖擊載荷，起到緩沖、吸振、降噪作用。由于穩(wěn)定桿在汽車行駛過程中持續(xù)受到應(yīng)力作用，所以要求穩(wěn)定桿襯套具有較高的強(qiáng)度、耐磨和耐熱耐臭氧等性能。同時橡膠襯套隨著路面灰塵、泥土的浸入會造成永久變形與磨損，從而性能下降，使用壽命縮短。
CN 103131064A公開了一種高硬度低壓變自潤滑汽車橫向穩(wěn)定桿用橡膠襯套，以順丁橡膠和丁苯橡膠為橡膠基體，采用石蠟、油酸酰胺和芳烴油提高襯套的自潤滑性能，減少襯套工作時的摩擦損耗，從而延長使用壽命。但該橡膠襯套本身的強(qiáng)度并沒有得到提高。
現(xiàn)在的穩(wěn)定桿襯套對強(qiáng)度和使用壽命的要求越來越高，因此，在本領(lǐng)域期望得到一種具有較高拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和疲勞耐久性的穩(wěn)定桿用襯套。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定桿襯套及其制備方法。該穩(wěn)定桿襯套具有較高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，較小的壓縮永久變形以及優(yōu)異的疲勞耐久性能。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一方面，本發(fā)明提供一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
碳納米管的結(jié)構(gòu)類似纖維，具有較高的長徑比和優(yōu)異的力學(xué)性能。本發(fā)明選擇碳納米管與其他組份配合，使制得的穩(wěn)定桿襯套具有較高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，較小的壓縮永久變形以及優(yōu)異的疲勞耐久性能。
本發(fā)明中所述炭黑的重量份數(shù)可以是40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份或50份等。
炭黑具有增強(qiáng)的作用，可以提高制得的穩(wěn)定桿襯套的硬度和強(qiáng)度。其用量過少，制得的穩(wěn)定桿襯套的強(qiáng)度達(dá)不到要求；其用量過多，會超出產(chǎn)品設(shè)計(jì)時的硬度范圍，同時伸長率下降，產(chǎn)品易損壞。
所述碳納米管的重量份數(shù)可以是7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份、10份、10.5份、11份、11.5份或12份等。
碳納米管的用量應(yīng)在合適的范圍內(nèi)，其用量過少時，制得的穩(wěn)定桿襯套強(qiáng)度太低，起不到相應(yīng)的作用；其用量過多時，一方面在橡膠中分散性變差，補(bǔ)強(qiáng)效果不明顯，另一方面會導(dǎo)致穩(wěn)定桿襯套硬度過高，伸長率下降，彈性降低。由于穩(wěn)定桿襯套持續(xù)受到來自穩(wěn)定桿轉(zhuǎn)動造成的擠壓，伸長率下降會導(dǎo)致產(chǎn)品拉斷、易開裂，彈性下降導(dǎo)致變形能力差，導(dǎo)致產(chǎn)品在持續(xù)的擠壓中易損壞。
所述硅烷偶聯(lián)劑的重量份數(shù)可以是2份、2.2份、2.5份、2.8份、3份、3.2份、3.5份、3.8份或4份等。
硅烷偶聯(lián)劑可以對碳納米管進(jìn)行改性，提高碳納米管在橡膠基體中的分散性和界面粘合強(qiáng)度。
所述硫化體系的重量份數(shù)可以是4份、4.2份、4.5份、4.8份、5份、5.2份、5.5份、5.8份、6份、6.2份、6.5份、6.8份、7份、7.2份、7.5份、7.8份或8份等。
所述硫化活性劑的重量份數(shù)可以是4.5份、4.8份、5份、5.2份、5.5份、5.8份、6份、6.2份、6.5份、6.8份、7份、7.2份或7.5份等。
所述防焦劑的重量份數(shù)可以是0.4份、0.42份、0.45份、0.48份、0.5份、0.52份、0.55份、0.58份或0.6份等。
防焦劑的用量在合適的范圍內(nèi)即可，若不添加防焦劑，則在制備膠料時，橡膠會發(fā)生焦燒，導(dǎo)致制備的穩(wěn)定桿襯套就會出現(xiàn)質(zhì)量缺陷；防焦劑的用量過多時，會影響制得的穩(wěn)定桿襯套的機(jī)械性能。
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定桿襯套按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定桿襯套按重量份數(shù)計(jì)還包括2-5份(例如可以是2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等)石蠟，優(yōu)選3份石蠟。
穩(wěn)定桿襯套在工作時會頻繁地與穩(wěn)定桿摩擦，且其工作環(huán)境溫度較高，容易產(chǎn)生臭氧，導(dǎo)致襯套的使用壽命下降。添加了石蠟后，石蠟會析出到襯套表面，一方面起到潤滑的作用，另一方面會提高襯套的耐臭氧性能。
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定桿襯套按重量份數(shù)計(jì)還包括2-5份(例如可以是2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等)流動助劑，優(yōu)選3份流動助劑。
優(yōu)選地，所述流動助劑選自L-24、WB212或WB42中的一種或至少兩種的組合。
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定桿襯套按重量份數(shù)計(jì)還包括2-6份(例如可以是2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份或6份等)萊茵塑分T，優(yōu)選3份萊茵塑分T。
萊茵塑分T和流動助劑的作用類似，均能提高橡膠的加工流動性。
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定桿襯套按重量份數(shù)計(jì)還包括5-10份(例如可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等)潤滑劑，優(yōu)選8份潤滑劑。
優(yōu)選地，所述潤滑劑為脂肪胺聚氧乙烯醚(AC-18-O)。
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定桿襯套按重量份數(shù)計(jì)還包括3-7份(例如可以是3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份或7份等)防老劑。
優(yōu)選地，所述防老劑由N-苯基-α-萘胺(防老劑A)、2,2,4-三甲基-1,2-二氫化喹啉聚合物(防老劑RD)和N-異丙基-N′-苯基對苯二胺(防老劑4010NA)按質(zhì)量比(1-2):(1-2):(1-3)組成，如可以是1:1:1、1:1:2、1:1:3、1:2:1、1:2:2、1:2:3、2:1:1、2:1:2、2:1:3、2:2:1或2:2:3等；優(yōu)選為1:1:2。
本發(fā)明特定組成的防老劑具有比普通防老劑更好的防老化效果，而且其對于穩(wěn)定桿襯套的高低溫耐久性的提高也有一定的幫助。
優(yōu)選地，所述炭黑為高耐磨爐黑。
優(yōu)選地，所述高耐磨爐黑為N330。
優(yōu)選地，所述碳納米管為Flotube 7000。
優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑為雙(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69)。
優(yōu)選地，所述硫化體系由過氧化物、硫載體和硫化促進(jìn)劑組成。
優(yōu)選地，所述過氧化物、所述硫載體和所述硫化促進(jìn)劑之間的質(zhì)量比為(1-3):(2-3):(1-2)，例如可以是1:2:1、1:2:2、1:3:1、1:3:2、2:2:1、2:2:1.5、2:2:2、2:3:1、2:3:2、3:2:1、3:2:2、3:3:1或3:3:2等；優(yōu)選為2:2:1.5。
過氧化物、硫載體和硫化促進(jìn)劑會形成復(fù)合硫化體系，使天然橡膠和三元乙丙橡膠的共硫化效果增強(qiáng)，較普通硫化體系，其可以使共混膠料的拉伸強(qiáng)度、壓縮永久變形性能、老化性能等均有所增強(qiáng)，從而使得到的穩(wěn)定桿襯套的各項(xiàng)性能進(jìn)一步提高。
優(yōu)選地，所述過氧化物為過氧化二異丙苯(DCP)。
優(yōu)選地，所述硫載體為4,4′-二硫代二嗎啉(DTDM)。
優(yōu)選地，所述硫化促進(jìn)劑為N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(NS)或二硫化二苯并噻唑(DM)。
優(yōu)選地，所述硫化活性劑由間接法氧化鋅和硬脂酸組成。
間接法氧化鋅和硬脂酸對于硫化體系有活化作用，促進(jìn)基體橡膠的硫化，不添加硫化活性劑則硫化反應(yīng)難以進(jìn)行。直接法氧化鋅不適用于本發(fā)明。
優(yōu)選地，所述間接法氧化鋅和所述硬脂酸之間的質(zhì)量比為(4-6):(0.5-1.5)，例如可以是4:0.5、4:1、4:1.5、5:0.5、5:1、5:1.5、6:0.5、6:1或6:1.5等；優(yōu)選為5:1。
優(yōu)選地，所述防焦劑為N-環(huán)己基硫代鄰苯二甲酰亞胺(CTP)。
另一方面，本發(fā)明提供一種上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法，包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分進(jìn)行密煉，得到一段混煉膠；
(2)將所述一段混煉膠放置16-24h(例如可以是16h、17h、18h、19h、20h、21h、22h、23h或24h等)后與硫化體系一起進(jìn)行密煉，得到最終混煉膠；
(3)將所述最終混煉膠進(jìn)行預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將所述預(yù)成型件在注射硫化機(jī)中進(jìn)行硫化處理，得到所述穩(wěn)定桿襯套。
本發(fā)明穩(wěn)定桿襯套的制備方法中選擇了兩段混煉的工藝，即先對除硫化體系及硫化活性劑以外的原料組分進(jìn)行一段混煉，然后再加入硫化體系及硫化活性劑進(jìn)行二段混煉。采用兩段混煉工藝可以提高一段混煉的溫度，促進(jìn)硅烷偶聯(lián)劑對碳納米管的原位改性，從而提高碳納米管在橡膠基體中的分散性，提高界面粘結(jié)力。一段混煉膠在放置時，其內(nèi)部分子仍然在分散運(yùn)動。放置一段時間，可以促進(jìn)碳納米管在橡膠基體中的均勻分散。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述密煉的排膠溫度為130-140℃，例如可以是130℃、131℃、132℃、133℃、134℃、135℃、136℃、137℃、138℃、139℃或140℃等；所述密煉的時間為3-5min例如可以是3min、3.5min、4min、4.5min或5min等。
優(yōu)選地，步驟(2)中所述密煉的排膠溫度為105-110℃，例如可以是105℃、106℃、107℃、108℃、109℃或110℃等；所述密煉的時間為2-3min，例如可以是2min、2.2min、2.5min、2.8min或3min等。
密煉過程中溫度會逐漸升高，上述步驟(1)和(2)中的密煉過程，只要控制在預(yù)定的時間內(nèi)達(dá)到預(yù)定的排膠溫度即可排膠，完成密煉。
優(yōu)選地，步驟(1)和步驟(2)中所述密煉是在密煉機(jī)中進(jìn)行。
優(yōu)選地，步驟(3)中所述預(yù)成型的溫度為60-70℃，例如可以是60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃或70℃等。
優(yōu)選地，所述預(yù)成型是在橡膠預(yù)成型機(jī)中進(jìn)行。
優(yōu)選地，步驟(4)中所述硫化的壓力為170-190kgf/cm2，例如可以是170kgf/cm2、172kgf/cm2、175kgf/cm2、178kgf/cm2、180kgf/cm2、182kgf/cm2、185kgf/cm2、188kgf/cm2或190kgf/cm2等；所述硫化的溫度為160-170℃，例如可以是160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃或170℃等；所述硫化的時間為300-420s，例如可以是300s、310s、320s、330s、340s、350s、360s、370s、380s、390s、400s、410s或420s等。
優(yōu)選地，所述制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉3-5min，排膠溫度為130-140℃，得到一段混煉膠；
(2)將所述一段混煉膠放置16-24h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉2-3min，排膠溫度為105-110，得到最終混煉膠；
(3)將所述最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在60-70℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將所述預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為170-190kgf/cm2，溫度為160-170℃的條件下硫化300-420s，得到所述穩(wěn)定桿襯套。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
碳納米管的結(jié)構(gòu)類似纖維，具有較高的長徑比和優(yōu)異的力學(xué)性能。本發(fā)明選擇碳納米管與其他組份配合，使制得的穩(wěn)定桿襯套具有較高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，較小的壓縮永久變形以及優(yōu)異的疲勞耐久性能。
本發(fā)明提供的穩(wěn)定桿襯套在滿足硬度(邵氏A)為70-80的前提下，其拉伸強(qiáng)度為14-16MPa，斷裂伸長率為250-300％，撕裂強(qiáng)度為40-60kN/m，25％的初始壓縮量，在70℃下處理22h后壓縮永久變形率為7-12％，疲勞耐久性達(dá)到100萬次(即可經(jīng)受100萬次疲勞耐久試驗(yàn)處理后而無損壞)。
添加石蠟后，本發(fā)明提供的穩(wěn)定桿襯套還具有較高的耐臭氧性能。
添加了防老劑后，本發(fā)明提供的穩(wěn)定桿襯套還具有良好的耐高溫性能，其在100℃下熱老化70h后，能夠滿足硬度(邵氏A)變化在±15之內(nèi)，拉伸強(qiáng)度變化率在±30％之內(nèi)，斷裂伸長率變化率在-50％之內(nèi)的要求。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
實(shí)施例1
一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉3min，排膠溫度為130℃，得到一段混煉膠；
(2)將一段混煉膠放置24h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉2min，排膠溫度為110℃，得到最終混煉膠；
(3)將最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在70℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為170kgf/cm2，溫度為170℃的條件下硫化300s，得到穩(wěn)定桿襯套。
實(shí)施例2
一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉5min，排膠溫度為135℃，得到一段混煉膠；
(2)將一段混煉膠放置20h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉3min，排膠溫度為108℃，得到最終混煉膠；
(3)將最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在60℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為190kgf/cm2，溫度為160℃的條件下硫化420s，得到穩(wěn)定桿襯套。
實(shí)施例3
一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉4.5min，排膠溫度為140℃，得到一段混煉膠；
(2)將一段混煉膠放置16h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉2.5min，排膠溫度為105℃，得到最終混煉膠；
(3)將最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在68℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為180kgf/cm2，溫度為165℃的條件下硫化400s，得到穩(wěn)定桿襯套。
實(shí)施例4
一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉4min，排膠溫度為138℃，得到一段混煉膠；
(2)將一段混煉膠放置18h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉3min，排膠溫度為106℃，得到最終混煉膠；
(3)將最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在62℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為175kgf/cm2，溫度為168℃的條件下硫化320s，得到穩(wěn)定桿襯套。
實(shí)施例5
一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉3min，排膠溫度為132℃，得到一段混煉膠；
(2)將一段混煉膠放置21h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉3min，排膠溫度為105℃，得到最終混煉膠；
(3)將最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在68℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為185kgf/cm2，溫度為166℃的條件下硫化380s，得到穩(wěn)定桿襯套。
實(shí)施例6
一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉5min，排膠溫度為136℃，得到一段混煉膠；
(2)將一段混煉膠放置22h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉2min，排膠溫度為110℃，得到最終混煉膠；
(3)將最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在60℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為190kgf/cm2，溫度為165℃的條件下硫化410s，得到穩(wěn)定桿襯套。
實(shí)施例7
一種穩(wěn)定桿襯套，按重量份數(shù)計(jì)，包括如下原料組分：
上述穩(wěn)定桿襯套的制備方法包括如下步驟：
(1)將配方量的除硫化體系及硫化活性劑以外的各原料組分加入密煉機(jī)中，密煉4min，排膠溫度為130℃，得到一段混煉膠；
(2)將一段混煉膠放置24h后，與硫化體系及硫化活性劑一起加入密煉機(jī)中，密煉3min，排膠溫度為105℃，得到最終混煉膠；
(3)將最終混煉膠加入橡膠預(yù)成型機(jī)中，在60℃下預(yù)成型，得到預(yù)成型件；
(4)將預(yù)成型件加入注射硫化機(jī)中，在壓力為190kgf/cm2，溫度為160℃的條件下硫化360s，得到穩(wěn)定桿襯套。
對比例1
與實(shí)施例1的區(qū)別在于碳納米管的重量份數(shù)為0。
對比例2
與實(shí)施例1的區(qū)別在于碳納米管的重量份數(shù)為6。
對比例3
與實(shí)施例1的區(qū)別在于碳納米管的重量份數(shù)為13。
本發(fā)明提供的穩(wěn)定桿襯套的性能測試標(biāo)準(zhǔn)如下：
硬度(邵氏A)：GB/T 531.1；
拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率：GB/T 528；
壓縮永久變形率：GBT 7759，25％初始壓縮量，在70℃下處理22h；
疲勞耐久性能：軸向方向加載±2300N，扭轉(zhuǎn)±10.7°，頻率1Hz，風(fēng)冷。
上述實(shí)施例1-7和對比例1-3提供的穩(wěn)定桿襯套的性能數(shù)據(jù)如下表1所示。其中，實(shí)施例5-7提供的穩(wěn)定桿襯套還具有良好的耐臭氧性能，且在100℃下熱老化70h后，能夠滿足硬度(邵氏A)變化在±15之內(nèi)，拉伸強(qiáng)度變化率在±30％之內(nèi)，斷裂伸長率變化率在-50％之內(nèi)的要求，具有良好的耐高溫性能。
表1
申請人聲明，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。