CN101328288B - 超高耐磨橡胶鞋底及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高耐磨橡胶鞋底及其制备方法，它主要是由天然橡胶、合成橡胶、硫化剂、硫化促进剂、硫化活性剂、固体软化剂、液体软化剂和炭黑经塑炼、母炼、混炼和热炼制备而成，增强了橡胶自身的抗外力能力并提高了橡胶的定伸强度和拉伸强度、提高了外底回弹力、降低了胶料的邵氏硬度，从根本上实现超高耐磨性能要求，本发明的超高耐磨橡胶鞋底的胶料中不掺用塑料成份，而且合成橡胶不超过骨架材料总量的40％，但鞋底的耐磨性能可达到阿克隆磨损体积0.15～0.30cm³/1.61km，远远高于轮胎用胶的耐磨性能(0.5cm³/1.61km)，将橡胶鞋底的寿命提高了3倍以上。

Description

超高耐磨橡胶鞋底及其制备方法

技术领域

本发明涉及制鞋技术领域，特别是涉及一种超高耐磨橡胶鞋底及其制备方法。

背景技术

一般情况下，胶鞋的橡胶外底的耐磨性能大约为阿克隆磨损体积1.0～2.0cm³/1.61km之间，这样的耐磨性能只能使胶鞋满足一般穿用的要求，由于橡胶老化、生产条件及制作工艺的限制等因素的影响，致使橡胶鞋底的使用寿命不长。

同为橡胶制品的汽车轮胎对耐磨性能的要求是比较高的，其耐磨性能要求达到阿克隆磨损体积不大于0.50cm³/1.61km，但汽车轮胎与胶鞋的生产条件是不同的，轮胎为一次硫化产品，橡胶受破坏的外界条件较少，对橡胶硬度的要求不高，产品的耐磨性能易于保障，而胶鞋的橡胶外底有时必须经过二次硫化，二次硫化工艺会大大降低橡胶鞋底的耐磨性能。

影响胶鞋外底耐磨性能的原因主要有胶料配方设计、胶料加工工艺和鞋底硫化工艺三个方面的因素。

在胶料配方设计方面，可以在胶料中掺用塑料成份，这样可以降低产品与地面的摩擦阻力，提高耐磨性能，但掺用塑料成分会使橡胶产品的抗湿滑性能降低，产品对人身安全的保障能力降低，因此，在胶料中掺用塑料成分来提高橡胶的耐磨性能是不合理的。还可以在胶料配方中加大合成橡胶的用量，随着合成橡胶的用量增加，橡胶的耐磨性能会有所提升，但由于合成橡胶的分子量分布较窄、分子较大的均匀性较强，而且合成橡胶有一定的半塑料性质，当其用量大于一定比例时，橡胶制品的抓地能力降低，人体在高速行动中的安全性也会受到影响。从硫化橡胶的邵氏硬度方面来说，当邵氏硬度大于65度时有利于提高橡胶耐磨性能，但同时鞋的穿着舒适性会降低。

另外，一部份胶鞋的生产工艺决定了橡胶鞋底必须进行二次硫化，橡胶在硫化交联的过程中，每多一次硫化，橡胶分子就多一次老化降解的几率，橡胶的性能就会大幅度降低。所以，需要经过一次和二次硫化的橡胶鞋底的制作条件也较为严格，影响胶鞋外底性能的因素较多，制作难度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有胶鞋鞋底耐磨性能差的问题，通过设计胶鞋鞋底的胶料配方、胶鞋鞋底的加工条件和鞋底的硫化工艺，来提高胶鞋鞋底的耐磨性能，提供一种超高耐磨橡胶鞋底及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

按照重量份计算，超高耐磨橡胶鞋底主要是由下列原料制备而成：天然橡胶60～70份、合成橡胶30～40份、硫化剂1.8～2.2份、硫化促进剂1.5～3.5份、硫化活性剂5～8份、固体软化剂1～5份、液体软化剂8～17份和炭黑50～60份。

优选地，超高耐磨橡胶鞋底主要是由下列原料制备而成：天然橡胶60份、合成橡胶40份、硫化剂2份、硫化促进剂1.9份、硫化活性剂5.5份、固体软化剂3份、液体软化剂10份和炭黑58份。

前述超高耐磨橡胶鞋底的制备方法如下：

(1)塑炼：取天然橡胶炼制至威氏可塑度为0.40～0.60，制得塑炼胶；

(2)母炼：将40～50％的炭黑与合成橡胶、固体软化剂及65～70％的液体软化剂加入到密炼机中母炼得A品；

(3)混炼：将A品和(1)得到的塑炼胶投入炼胶机中在温度60～140℃、压力0.39～0.40MPa的条件下炼制0.5～1分钟后加入剩余的炭黑和硫化促进剂、硫化活性剂，继续炼制3’50”～4’20”，然后加入剩余的液体软化剂炼制均匀，排料到平机，降温，加入硫化剂补充翻炼得混炼胶，将混炼胶划片后冷却得B品；

(4)热炼及出型：将B品在40～60℃条件下热炼均匀后，裁切成鞋底胶料胚片；

(5)制底：将胶料胚片在160～165℃、硫化压力20MPa的条件下硫化4～5分钟，制成橡胶鞋底。

为了更好地优化超耐磨鞋底的物理性能，橡胶鞋底中还可以加入防老剂1～2.5份和脱膜剂0.3～0.5份。

最佳地，超高耐磨橡胶鞋底是由如下原料制备而成：天然橡胶60份、合成橡胶40份、硫化剂2份、硫化促进剂1.7份、硫化活性剂5.5份、固体软化剂3份、液体软化剂10份、炭黑55份、防老剂1.5份和脱膜剂0.4份。

在超高耐磨橡胶鞋底中加入防老剂和脱膜剂后，其制备方法为：

(1)塑炼：取天然橡胶炼制至威氏可塑度为0.40～0.60，制得塑炼胶；

(2)母炼：将40～50％的炭黑、合成橡胶、固体软化剂和65～70％的液体软化剂加入到密炼机中母炼得A品；

(3)混炼：将A品和(1)得到的塑炼胶投入炼胶机中在温度60～140℃、压力0.39～0.40MPa的条件下炼制0.5～1分钟后加入剩余的炭黑和硫化活性剂、硫化促进剂、防老剂、脱膜剂，继续炼制3’50”～4’20”，然后加入剩余的液体软化剂炼制均匀，排料到平机，降温，加入硫化剂补充翻炼得混炼胶，将混炼胶划片后冷却得B品；

(4)热炼裁切成胶片：将B品在40～60℃条件下热炼均匀后，裁切成鞋底胶料胚片；

(5)制底：将胶料胚片在160～165℃、硫化压力20MPa的条件下硫化4～5分钟，制成橡胶鞋底。

将经一次硫化工艺后制成的橡胶鞋底组装成鞋后，还需进行二次硫化，二次硫化的工艺条件优选为：混合气体热硫化，硫化温度136℃，工作压力0.39MPa，硫化时间30分钟。

实验例一、超高耐磨橡胶鞋底配方的研究

1、方法

按表1所述配方按如下方法制备：

(1)塑炼：取天然橡胶炼制至威氏可塑度为0.40～0.60，制得塑炼胶；

(2)母炼：将40～50％的炭黑、合成橡胶、固体软化剂和65～70％的液体软化剂加入到密炼机中母炼得A品；

(3)混炼：将塑炼胶和A品投入炼胶机中在60～140℃炼制0.5分钟后加入硫化促进剂、硫化活性剂、固体软化剂、防老剂、脱模剂及炭黑，继续炼制3’50”～4’20”，然后加入液体软化剂炼制均匀，降温后加入硫化剂补充翻炼得混炼胶，将混炼胶划片后冷却得B品；

(4)热炼裁切成胶片：将B品在40～60℃条件下热炼均匀后，裁切成鞋底胶料胚片；

(5)制底：将胶料胚片在160～165℃、硫化压力20MPa的条件下硫化4’30”～5分钟，制成橡胶鞋底。二次硫化，将本次硫化的橡胶大底组装成鞋后再与鞋帮等各部件一起进蒸罐硫化。

(6)按国家标准检验鞋底的物理性能。

2、设备

140立升密炼机、250吨平板硫化机(蒸汽加热)

3、实验数据

试验数据见表1和表2

表1配方及相应的物理性能(重量配比)

4、结论

通过表1和表2得出，配方“天然橡胶60、合成橡胶40、硫化剂2、硫化促进剂1.5、硫化活性剂6、固体软化剂2、液体软化剂12、炭黑60、防老剂1.5、脱膜剂0.4份。”物理性能最好。

实验例二、制备方法的研究

1、方法

橡胶鞋底的制备一般分五个步骤：塑炼、母炼、混炼、裁切、制底，在此工艺中，混炼时间是影响各种性能的主要参数。

(1)天然橡胶塑炼可塑度研究：

表3塑炼胶可塑度的筛选

塑炼胶可塑度	0.29以下	0.30～0.39	0.40～0.50	0.51～0.60	0.60以上
						鞋底磨耗cm<sup>3</sup>/1.61km	0.50	0.40	0.25	0.23	0.4

通过表3试验数据得出，塑炼胶可塑度范围处于0.40～0.60之间，鞋底磨耗性能最好。

(2)母炼工艺研究

表4混炼方式的筛选

混炼方式	一段式混炼	母炼(两段)式混炼
			鞋底磨耗cm<sup>3</sup>/1.61km	0.45	0.23

注：母炼式混炼即先将40～50％的炭黑与合成橡胶、固体软化剂及65～70％的液体软化剂加入到密炼机中进行炼胶得母炼胶，再将母炼胶与塑炼胶及其它材料混炼得混炼胶。

通过表4得出，母炼胶制造工艺比一段式混炼工艺优越。

(3)混炼工艺研究：

表5混炼时间对鞋底磨耗的影响

试验号	加炭黑前的合炼时间	加软化剂前对炭黑的密炼时间	鞋底磨耗cm<sup>3</sup>/1.61km
				1	0分钟	4分钟	0.4
2	0.5分钟	4分钟	0.24
				3	1分钟	4分钟	0.23
4	1.5分钟	4分钟	0.29
				5	2分钟	4分钟	0.30
6	1分钟	2’50”	0.45
				7	1分钟	3’20”	0.28
8	1分钟	3’50”	0.20
				9	1分钟	4’20”	0.20
10	1分钟	4’50”	0.23
				11	1分钟	5’20”	0.26

通过表5，可以得出，在混炼工艺中，加炭黑之前的塑炼胶与母炼胶的合炼时间以0.5～1分钟为宜，而炭黑的净压合时间处于3’50”～4’20”之间时，鞋底磨耗性能最好

4、结论

(1)超耐磨鞋底胶的塑炼胶可塑度范围为0.40～0.60。

(2)超耐耐鞋底胶采用母炼胶工艺，才能保障耐磨性能。

(3)混炼关键在于控制加炭黑之前的塑炼胶与母炼胶的合炼时间为0.5～1分钟，而对炭黑的净压合时间处于3’50”～4’20”。

实验例三、硫化工艺的研究

一、第一次硫化工艺

1、方法

将超耐磨鞋底胶，使用处于硫化温度下的模具硫化。研究硫化温度和硫化时间对鞋底超耐磨性能的贡献。

2、试验结果

见表6。

表6硫化温度和硫化时间对鞋底超耐磨性能的贡献

鞋底硫化温度(℃)	130-140	141-149	151-160	160-165	165以上
						磨耗cm<sup>3</sup>/1.61km	0.45	0.35	0.25	0.22	0.42
制底硫化时间min	3-3’30”	3’30”-4’	4’-4’30”	4’30”-5’	5’以上
						磨耗cm<sup>3</sup>/1.61km	0.50	0.43	0.34	0.22	0.35

3、结论

硫化温度对鞋底的耐磨性能有很大的影响，当模具的硫化温度低于150℃或高于165℃时，胶鞋外底的耐磨性能差，阿克隆磨损体积为0.43cm³/1.61km以上，只能达到一般水平，不能满足胶鞋外底的超耐磨性能要求。而模具温度(即硫化温度)处于151～165℃之间时，外底的耐磨性能能达到0.25cm³/1.61km以下，实现超耐磨性能。因此，规定模具硫化温度为160～165℃，减少模具硫化温度对硫化外底胶耐磨性能的影响，确保胶料的耐磨性能比较稳定、波动性较小。

二、第二次硫化工艺

1、方法

将同一工艺条件下经一次硫化模压生产的超耐磨鞋底，制造两双底，其中一双放入蒸罐中再硫化一次(即第二次硫化)，对比检测磨耗性能指标。

注：第二次硫化工艺为混合气体热硫化，硫化温度136℃，工作压力0.39MPa，硫化时间30分钟。

2、原料和设备

(1)原料：第一次硫化鞋底。

(2)设备：混合汽体硫化罐(用空气和水蒸汽作硫化介质)。

3、实验数据

第二次硫化工艺对耐磨性能影响见表7

表7

编号	1	2	3	4	5
						第一次硫化底磨耗cm<sup>3</sup>/1.61km	0.18	0.22	0.28	0.32	0.36
第二次硫化底磨耗cm<sup>3</sup>/1.61km	0.20	0.25	0.33	0.40	0.50

4、结论

每多硫化一次，就会降低鞋底的耐磨性能，橡胶鞋底经模具硫化后耐磨性能达到0.4cm³/1.61km以下的，再进行蒸罐硫化一遍后，其耐磨性能也会达到0.5cm³/1.61km以上。只有实现未进蒸罐硫化(即第一次硫化)之前磨耗数据不高于0.3cm³/1.61km，才能保障经蒸罐硫化后(即第二次硫化)确保磨耗性能符合设计要求。

实验例四、本发明橡胶鞋底的性能

1、方法

1)配方：天然橡胶和合成橡胶100、硫化剂2、硫化促进剂1.5、硫化活性剂6、固体软化剂2、液体软化剂12、炭黑60、防老剂1.5和脱模剂0.4。

2)超高耐磨橡胶鞋底的制备方法如下：

(1)塑炼：取天然橡胶炼制至威氏可塑度为0.40～0.60，制得塑炼胶；

(2)母炼：将45％的炭黑、合成橡胶、固体软化剂和68％的液体软化剂加入到密炼机中母炼得A品；

(3)混炼：将塑炼胶和A品投入炼胶机中在60～140℃炼制0.5～1分钟后加入硫化促进剂、硫化活性剂、固体软化剂、防老剂、脱模剂及炭黑，继续炼制3’50”～4’20”，然后加入液体软化剂炼制均匀，降温后加入硫化剂补充翻炼得混炼胶，将混炼胶划片后冷却得B品；

(4)热炼裁切成胶片：将B品在40～60℃条件下热炼均匀后，裁切成鞋底胶料胚片；

(5)制底：将胶料胚片在160～165℃、硫化压力20MPa的条件下硫化4’30”～5分钟，制成橡胶鞋底。二次硫化(将本次硫化的橡胶大底组装成鞋后再与鞋帮等各胶部件一起进蒸罐硫化)。

(6)按国家标准检验鞋底的物理性能。

2、性能数据

采用本发明后，连续生产超耐磨鞋底时间内，连续抽样检测100次，检测结果见表8。

表8超耐鞋底磨耐耗(单位：cm³/1.61km)检测值统计表

磨耗指标区间	0.10～0.15	0.16～0.23	0.24～0.30	0.31～0.34	0.35～0.39
						第二次硫化底	14次	70次	16次	0次	0次

磨耗指标区间	0.10～0.15	0.16～0.23	0.24～0.30	0.31～0.34	0.35～0.39
						第一次硫化底	18次	72次	10次	0次	0次
混炼胶抽查	9次	76次	15次	0次	0次

(注：超耐磨鞋底的磨耗控制标准设计为≤0.40cm³/1.61km)

3、结论

采用本发明后，能实现橡胶鞋底的超耐磨性能。鞋底的磨耗值可控制在0.30cm³/1.61km以下。

与现有技术相比，本发明技术方案增强了橡胶自身的抗外力能力并提高了橡胶的定伸强度和拉伸强度，大大提高了外底回弹力，而且还降低了胶料的邵氏硬度，从根本上实现超高耐磨性能要求，该发明中的混炼胶在制造鞋底过程中具有硫化快速、工艺性能优良、操作简单等加工优点。本发明的超高耐磨橡胶鞋底的胶料中不掺用塑料成份，而且合成橡胶不超过骨架材料总量的40％，但鞋底的耐磨性能可达到阿克隆磨损体积0.15～0.30cm³/1.61km，远远高于轮胎用胶的耐磨性能(0.5cm³/1.61km)，将橡胶鞋底的寿命提高了3倍以上。而且，在达到上述耐磨性能的同时，其邵氏硬度在53～65°之间，很好的保证了橡胶鞋底的穿着舒适性能。

具体实施方式

本发明优选实施方式：

超高耐磨橡胶鞋底配方：天然橡胶65公斤、合成橡胶35公斤、硫化剂：硫磺1.9公斤、硫化促进剂M 1.5公斤、硫化活性剂：氧化锌3公斤和硬脂酸3公斤、固体软化剂：古马隆2公斤、液体软化剂：软化油12公斤、炭黑60公斤、防老剂4010NA 1.5公斤和脱模剂LGM-A0.4公斤。

超高耐磨橡胶鞋底的制备方法：

(1)塑炼：取天然橡胶炼制至威氏可塑度为0.5，制得塑炼胶；

(2)母炼：将25公斤炭黑、合成橡胶、固体软化剂和6公斤液体软化剂加入到密炼机中母炼得A品；

(3)混炼：将A品和(1)得到的塑炼胶投入炼胶机中在100℃、0.39～0.40MPa的条件下炼制0.5分钟后加入剩余的炭黑和硫化活性剂、硫化促进剂、防老剂和脱膜剂，继续炼制3’50”～4’20”，然后加入剩余的6公斤液体软化剂炼制均匀，排料到平机，降温，加入1.9公斤硫化剂补充翻炼得混炼胶，将混炼胶划片后冷却得B品；

(4)热炼裁切成胶片：将B品在40～60℃条件下热炼均匀后，裁切成鞋底胶料胚片；

(5)制底：将胶料胚片在160～165℃、硫化压力20MPa的条件下硫化4’30”～5分钟，制成橡胶鞋底。

将经一次硫化工艺后制成的橡胶鞋底组装成鞋后再与鞋帮等各胶部件一起进蒸罐用混合气体进行第二次硫化，硫化温度为136℃，工作压力为0.39MPa，硫化时间30分钟。

Claims (6)

1.一种超高耐磨橡胶鞋底，其特征在于：按照重量份计算，它主要是由下列原料制备而成：天然橡胶60～70份、合成橡胶30～40份、硫化剂1.8～2.2份、硫化促进剂1.5～3.5份、硫化活性剂5～8份、固体软化剂1～5份、液体软化剂8～17份和炭黑50～60份，其中，所述固体软化剂为古马隆，液体软化剂为软化油。

2.按照权利要求1所述超高耐磨橡胶鞋底，其特征在于：按照重量份计算，它主要是由下列原料制备而成：天然橡胶60份、合成橡胶40份、硫化剂2份、硫化促进剂1.9份、硫化活性剂5.5份、古马隆3份、软化油10份和炭黑58份。

3.如权利要求1所述超高耐磨橡胶鞋底，其特征在于：在所述原料中还加入防老剂1～2.5份和脱膜剂0.3～0.5份。

4.按照权利要求3所述超高耐磨橡胶鞋底，其特征在于：按照重量份计算，它是由下列原料制备而成：天然橡胶60份、合成橡胶40份、硫化剂2份、硫化促进剂1.7份、硫化活性剂5.5份、古马隆3份、软化油10份、炭黑55份、防老剂1.5份和脱膜剂0.4份。

5.权利要求1或2所述超高耐磨橡胶鞋底的制备方法，包括如下步骤：

(1)塑炼：取天然橡胶炼制至威氏可塑度为0.40～0.60，制得塑炼胶；

(2)母炼：将40～50％的炭黑与合成橡胶、古马隆及65～70％的软化油加入到密炼机中母炼得A品；

(3)混炼：将A品和(1)得到的塑炼胶投入炼胶机中在温度60～140℃、压力0.39～0.40MPa的条件下炼制0.5～1分钟后加入剩余的炭黑和硫化促进剂、硫化活性剂，继续炼制3’50”～4’20”，然后加入剩余的软化油炼制均匀，排料到平机，降温，加入硫化剂补充翻炼得混炼胶，将混炼胶划片后冷却得B品；

(4)热炼及出型：将B品在40～60℃条件下热炼均匀后，裁切成鞋底胶料胚片；

(5)制底：将胶料胚片在160～165℃、硫化压力20MPa的条件下硫化4～5分钟，制成橡胶鞋底。

6.权利要求3或4所述超高耐磨橡胶鞋底的制备方法，包括如下步骤：

(1)塑炼：取天然橡胶炼制至威氏可塑度为0.40～0.60，制得塑炼胶；

(2)母炼：将40～50％的炭黑、合成橡胶、古马隆和65～70％的软化油加入到密炼机中母炼得A品；

(3)混炼：将A品和(1)得到的塑炼胶投入炼胶机中在温度60～140℃、压力0.39～0.40MPa的条件下炼制0.5～1分钟后加入剩余的炭黑和硫化活性剂、硫化促进剂、防老剂、脱膜剂，继续炼制3’50”～4’20”，然后加入剩余的软化油炼制均匀，排料到平机，降温，加入硫化剂补充翻炼得混炼胶，将混炼胶划片后冷却得B品；

(4)热炼裁切成胶片：将B品在40～60℃条件下热炼均匀后，裁切成鞋底胶料胚片；

(5)制底：将胶料胚片在160～165℃、硫化压力20MPa的条件下硫化4～5分钟，制成橡胶鞋底。