本發(fā)明屬于橡膠材料，具體涉及一種耐切割橡膠材料組合物及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、履帶板著地膠塊及民用礦用輪胎使用條件苛刻，路面狀態(tài)復(fù)雜，不耐切割、穿刺，長(zhǎng)期存在性能衰減快、壽命短等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了相關(guān)裝備使用性能的發(fā)揮及造成了極大的經(jīng)濟(jì)成本。

2、橡膠材料是由具有長(zhǎng)鏈、非晶結(jié)構(gòu)特征的橡膠基體、增強(qiáng)填料(如炭黑和納米二氧化硅)、增塑劑、防老劑和硫化劑等組成的，具有特殊微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。橡膠材料基體本身往往耐切割性較差，傳統(tǒng)主要依靠加入增強(qiáng)填料使橡膠材料具有一定剛度，從而具備一定的耐切割性。隨著技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)配方設(shè)計(jì)中主要采用加入切割撕裂樹(shù)脂、耐切割纖維、特殊結(jié)構(gòu)炭黑等來(lái)提高橡膠材料耐切割性，研究發(fā)現(xiàn)，采用上述手段研制的橡膠材料難以滿足復(fù)雜載荷環(huán)境下礦用胎面膠及軍民履帶板著地膠塊高強(qiáng)度、高承載、耐高溫、抗切割撕裂、低生熱、耐老化的綜合使用需求。

3、因此，如何通過(guò)材料設(shè)計(jì)，混煉膠材料中實(shí)現(xiàn)高承載、高模量、耐切割、耐高溫、低生熱等性能的整體優(yōu)化，對(duì)于滿足苛刻工況下的使用需求具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種耐切割橡膠材料組合物及其制備方法。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：通過(guò)三種二烯類(lèi)橡膠天然橡膠、順丁橡膠、高苯乙烯橡膠并用，選用結(jié)合苯乙烯含量為55～70％的高苯乙烯橡膠，利用其在寬溫域下的聚集體結(jié)構(gòu)，改善耐切割橡膠材料模量、耐切割性、高溫性能，并利用順丁橡膠改善天然橡膠與高苯乙烯橡膠的加工性與相容性；同時(shí)通過(guò)采用二酰肼類(lèi)化合物、雙巰基類(lèi)化合物、四嗪類(lèi)化合物三種二烯類(lèi)橡膠改性劑優(yōu)化二烯類(lèi)橡膠整體分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高三種橡膠之間的相容性，降低炭黑等補(bǔ)強(qiáng)填料用量，提高二烯類(lèi)橡膠與填料相容性，賦予橡膠材料高模量及低生熱性；最終通過(guò)三步混煉工藝，通過(guò)加料順序、混煉工藝的控制實(shí)現(xiàn)改性劑對(duì)二烯類(lèi)橡膠改性、橡膠材料混合均勻，制備綜合性能良好的耐切割橡膠材料。

3、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

4、一種耐切割橡膠材料組合物，其組分為：

5、天然橡膠60重量份

6、順丁橡膠及高苯乙烯橡膠?40重量份

7、二烯類(lèi)橡膠改性劑???????0.6～1.5重量份

8、炭黑補(bǔ)強(qiáng)填料???????????45～55重量份

9、助劑???????????????????8～20重量份；

10、所述順丁橡膠與高苯乙烯橡膠重量比為3:5～5:3；

11、所述高苯乙烯橡膠結(jié)合苯乙烯含量為55-70％；

12、所述天然橡膠為煙片膠；

13、所述二烯類(lèi)橡膠改性劑為二酰肼類(lèi)化合物、雙巰基類(lèi)化合物、四嗪類(lèi)化合物的復(fù)合體系，二酰肼類(lèi)化合物優(yōu)選為癸二酸二酰肼或十二烷酸二酰肼中，雙巰基類(lèi)化合物優(yōu)選為雙(2-巰基乙基)醚或亞乙基雙(巰基乙酸酯)，四嗪類(lèi)化合物優(yōu)選為3,6-雙(3-羥基苯基)-1,2,4,5-四嗪或3,6-雙(2-噻吩基)-1,2,4,5-四嗪，三種改性劑添加比例相同；

14、所述的助劑為氧化鋅3～5份、硬脂酸2～3份、防老劑1～3份、偶聯(lián)劑0.5～2份、硫磺1～4份、促進(jìn)劑0.5～3份；

15、所用炭黑補(bǔ)強(qiáng)填料為炭黑n220、炭黑n330、炭黑n550中的一種；

16、所述防老劑為防老劑4010na、防老劑4020、防老劑rd中的一種，促進(jìn)劑為促進(jìn)劑ns、促進(jìn)劑cz、促進(jìn)劑dm中的一種，偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑si-69。

17、本發(fā)明涉及的耐切割橡膠材料組合物的制備方法，包括一段混煉、二段混煉和終煉，具體步驟如下：

18、1)一段混煉：將順丁橡膠、高苯乙烯橡膠、半數(shù)防老劑、四嗪類(lèi)化合物投入密煉機(jī)在轉(zhuǎn)速30-45rpm下進(jìn)行混煉，每隔30-35秒進(jìn)行一次提砣、壓砣，當(dāng)膠料溫度達(dá)到130℃以上混煉80-90秒后進(jìn)行排膠，出片，室溫放置4-12小時(shí)后得到一段母膠；

19、2)二段混煉：將步驟1)的一段母膠以及天然橡膠、炭黑、二酰肼類(lèi)化合物、雙巰基類(lèi)化合物、氧化鋅、硬脂酸、剩余防老劑、硅烷偶聯(lián)劑投入到密煉機(jī)中，在30～40rpm轉(zhuǎn)速下進(jìn)行混煉，每隔25-35秒進(jìn)行一次提砣、壓砣，當(dāng)膠料溫度達(dá)到115℃以上混煉80-90秒后進(jìn)行排膠出片，室溫放置4-12小時(shí)后得到二段母膠；

20、3)終煉：將步驟2)的二段母膠、硫磺、促進(jìn)劑投入密煉機(jī)中，在20-30rpm的速度下進(jìn)行混煉，依次間隔30-35秒、25-30秒、15-20秒進(jìn)行一次提壓砣，當(dāng)膠料溫度達(dá)到100-115℃時(shí)排膠下片，放置冷卻后得到該耐切割橡膠材料組合物。

21、本發(fā)明采用三種二烯類(lèi)橡膠橡膠并用，采用高苯乙烯橡膠提高橡膠材料的耐切割性、耐高溫性，采用順丁橡膠改善天然橡膠與高苯乙烯橡膠的加工性與相容性；采用三種改性劑并用提高三種二烯類(lèi)橡膠的相容性，及二烯類(lèi)橡膠與填料的相容性，提高橡膠材料的模量、降低生熱性；最后通過(guò)三步混煉工藝，通過(guò)控制加料次序、煉膠時(shí)間、提砣壓砣次數(shù)等工藝步驟，既滿足了填料及改性劑在膠料中的均勻分散，又能避免過(guò)度混煉導(dǎo)致材料性能下降的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)高模量、耐切割、耐高溫、低生熱的履帶板橡膠材料制備，解決了復(fù)雜載荷條件下橡膠材料抗切割性能不足的問(wèn)題。

22、采用本發(fā)明配方及制備方法制備得到的耐切割橡膠材料組合物，按照145℃×30min條件在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，得到硫化膠試樣，并測(cè)試其力學(xué)性能，按照gb/t?528-2009測(cè)試硫化膠的拉伸性能，包含100％定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度與扯斷伸長(zhǎng)率；按照gb/t1687.3-2016測(cè)試硫化膠的壓縮疲勞生熱性能；按照gb/t2941-2006進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，按照gb/t?528-2009測(cè)試硫化膠的高溫拉伸強(qiáng)度，測(cè)試溫度為100±1℃；耐切割性能：采用橡膠動(dòng)態(tài)耐切割試驗(yàn)機(jī)，試樣轉(zhuǎn)速720r/min，切割頻率為120次/min，切割時(shí)間20min；耐老化系數(shù)：試樣經(jīng)100℃*24h熱空氣老化，老化前拉伸強(qiáng)度乘以扯斷伸長(zhǎng)率之積除以老化后拉伸強(qiáng)度乘以扯斷伸長(zhǎng)率之積即為耐老化系數(shù)。

23、試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明涉及的耐切割橡膠材料組合物具有優(yōu)異的綜合性能，其中，材料的耐切割性能切割減量低至2.5g，耐高溫性能提升至16.0mpa，老化性能也有所提高，同時(shí)材料還能夠兼顧高模量低生熱等承載特性，在切割減量不大于3.0g時(shí)，保持模量大于4.0mpa，生熱不高于20℃。

24、本發(fā)明涉及的奶企鵝噶橡膠材料組合物可用于礦用輪胎胎面膠及履帶車(chē)輛履帶板著地膠塊中，制品的抗切割特性明顯提升，同時(shí)兼顧了復(fù)雜載荷環(huán)境下高強(qiáng)度、耐高溫、低生熱、耐老化等性能的綜合使用需求。

技術(shù)特征：

1.一種耐切割橡膠材料組合物，其特征在于：其組分為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐切割橡膠材料組合物，其特征在于：所述二酰肼類(lèi)化合物為癸二酸二酰肼或十二烷酸二酰肼；所述雙巰基類(lèi)化合物為雙(2-巰基乙基)醚或亞乙基雙(巰基乙酸酯)；所述四嗪類(lèi)化合物為3,6-雙(3-羥基苯基)-1,2,4,5-四嗪或3,6-雙(2-噻吩基)-1,2,4,5-四嗪。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐切割橡膠材料組合物，其特征在于：所述二酰肼類(lèi)化合物、雙巰基類(lèi)化合物和四嗪類(lèi)化合物的質(zhì)量比為1:1:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐切割橡膠材料組合物，其特征在于：所述炭黑補(bǔ)強(qiáng)填料為炭黑n220、炭黑n330、炭黑n550中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐切割橡膠材料組合物，其特征在于：所述助劑為氧化鋅3～5份、硬脂酸2～3份、防老劑1～3份、偶聯(lián)劑0.5～2份、硫磺1～4份、促進(jìn)劑0.5～3份。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的耐切割橡膠材料組合物，其特征在于：所述防老劑為防老劑4010na、防老劑4020、防老劑rd中的一種；所述促進(jìn)劑為促進(jìn)劑ns、促進(jìn)劑cz、促進(jìn)劑dm中的一種；所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑si-69。

7.一種權(quán)利要求1所述的耐切割橡膠材料組合物的制備方法，包括一段混煉、二段混煉和終煉，其特征在于：具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于橡膠材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種耐切割橡膠材料組合物及其制備方法，由天然橡膠、順丁橡膠、高苯乙烯橡膠、補(bǔ)強(qiáng)填料、二烯橡膠改性劑、助劑制備而成，高苯乙烯橡膠能夠有效改善橡膠材料模量、耐切割性、高溫性能，二烯橡膠改性劑為二酰肼類(lèi)化合物、雙巰基類(lèi)化合物、四嗪類(lèi)化合物的復(fù)合體系，能夠優(yōu)化二烯類(lèi)橡膠整體分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)不同橡膠之間的相容性，提高二烯類(lèi)橡膠與填料相容性，有效改善橡膠材料模量、低生熱性；采用三步混煉工藝，通過(guò)加料順序、混煉工藝的控制，制備得到綜合性能良好的耐切割橡膠材料，解決了復(fù)雜載荷條件下橡膠材料抗切割性能不足的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：江美娟,張昊,孫泉,趙鑫,景玉龍,劉慶華,張?chǎng)卫?柴曉明,杜明欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東非金屬材料研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19