CN101555330A - 纤维增强橡胶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维增强橡胶,可以显著提高其强度、减小其压缩永久变形和增加橡胶板材的抗撕裂性能。所述纤维增强橡胶的制备方法包括如下步骤:a.橡胶塑炼;b.在橡胶中加入补强填充剂、纤维、助剂,进行混炼;其中,纤维和补强填充剂先经混合均匀制得预分散体后再加入橡胶中。作为优选方案,所述橡胶为丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶。丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶这几种材料,耐磨性、耐压性、耐油性和耐水、耐气密性优良。通过本发明所生产的橡胶板材,能在超高温高压和各种介质中长期工作,最高工作温度可达到300℃,并保持良好的弹性、较低的压缩变形和优异的物理机械性能,与常温下的性能对比下降不超过20%。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维增强橡胶。
背景技术
常规的一些通用合成橡胶,如丁苯、丁腈和氯丁橡胶所生产的橡胶板材,其临界使用温度分别为:120℃、140℃和160℃,由于自身的特性,在不同介质中的使用条件受到严格限制。在一些高温高压、油、溶剂、酸碱等介质中使用时,会过早地出现溶胀、龟裂和压缩变形较大、物理机械性能明显下降等缺陷,严重时甚至会出现溶融,完全失去橡胶这一高弹性材料所具备的一些优点。尤其当制备成橡胶板材,在高温环境下使用,主要用于容器密封、法兰密封时,要求其耐温耐压、耐各种溶剂和化学介质的性能较好,并要求产品的硬度高、压缩变形小,在以上环境中使用时其物理机械性能及其固有的弹性性能可以得以保持。公知的做法是,根据不同的使用环境和介质要求,通过调整橡胶配方和添加一些芳纶纤维、合成纤维、碳纤维、玻璃纤维等,可以提高通用合成橡胶的使用范围,延长使用寿命,但是,效果不是十分理想,主要原因在于纤维在橡胶中无法分散均匀,并与橡胶之间形成较好的粘合力,使得增强效果有限。一种公知的做法是将纤维预浸到专用粘合剂(即“浸浆”)中,烘干后再使用,由于粘合剂对纤维有一定的表面改性作用,可以改进纤维在橡胶中的分散均匀度和其与橡胶之间的粘合力,但是效果仍然不是十分理想,所得橡胶的强度和抗变形能力不能满足使用要求,使用寿命较短。
发明内容
本发明提供一种纤维增强橡胶,可以显著提高其强度、减小其压缩永久变形和增加橡胶板材的抗撕裂性能,以及在油、溶媒(剂)、燃料、水、低压蒸汽、煤气、酸或碱及非攻击性溶液介质中使用时,能长期使用且性能稳定优异。
所述纤维增强橡胶的制备方法包括如下步骤:
a.橡胶塑炼;
b.在橡胶中加入补强填充剂、纤维、助剂,进行混炼;
其中,纤维和补强填充剂先经混合均匀制得预分散体后再加入橡胶中。
本发明在现有技术基础上,将补强填充剂和纤维在混炼前混合均匀,使粉状补强填充剂和纤维处于相对分离状态,制得预分散体,然后按其加料顺序进行混炼胶料,这样可以有效地使纤维在橡胶中均匀地分散,并提高其与橡胶之间的粘合性,从而使橡胶显著提高强度、减小压缩永久变形、增加橡胶的抗撕裂性能。省略了现有技术中使用纤维增强的浸浆、烘干的预处理步骤,不仅操作简便,降低了生产成本,同时,粘合剂是一种公知的对环境不友好的化学原料,因此,本发明对环境保护也十分有利。
其中,各种原料的选用、配比均可采用本领域的现有技术,由本领域的普通技术人员根据产品要求经试验确定。
作为优选方案,所述橡胶为丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶。丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶这几种材料,耐磨性、耐压性、耐油性和耐水、耐气密性优良。
作为优选方案,所述纤维为玻璃纤维、聚丙烯纤维、芳纶纤维、碳纤维中的一种或两种以上任意比例的混合物。其中玻璃纤维其廉价易得,耐温耐压性能优异,通常选用以玻璃纤维增强为主,配以不同材质的纤维来达到使用效果。不同品种的纤维混配的比例会直接影响橡胶的综合性能。所述纤维直径20-50μm,长度4-6mm。上述纤维都具有极佳的电绝缘性能、较高的力学强度、优异的耐热性和耐各种化学介质腐蚀性,其强度和弹性模量相当高,甚至超出钢的几十倍乃至几百倍,而质量只是钢的十分之一。所以选用以上纤维在橡胶中进行增强,可极大地拓宽橡胶板材的使用范围,提高物理机械性能、降低压缩变形并增大抗撕裂强度。
硫化剂可选用硫磺、次乙基硫脲(NA-22)。
活性剂可选用氧化锌、氧化镁、硬脂酸。
防老剂可选用2,2,4-三甲基-1,2二氢化喹啉聚合体(以下简称RD)、N-异丙基-N-苯基对苯二胺(以下简称4010NA)。
促进剂可选用二硫化二苯并噻唑(DM)、2一硫醇基并噻唑(M)、二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)等。
补强填充剂可选用白碳黑(SiO2·nH2O)、高耐磨炉法炭黑、活性碳酸钙等。
优选的原料配比为:丁苯橡胶80.0~90.0份、高苯乙烯树脂20.0~10.0份、硫化剂0.5~3.0份、活性剂4.0~12.0份、促进剂0.5~3.0份、防老剂1.0~2.0份、补强填充剂40.0~80.0份、玻璃纤维10.0~15.0份、聚丙烯纤维5.0~10.0份。
另一种优选的原料配比为:丁腈橡胶70.0~80.0份、氯化聚乙烯30.0~20.0份、硫化剂0.5~3.0份、活性剂5.0~11.0份、促进剂1.5~3.0份、防老剂1.0~2.0份、补强填充剂40.0~80.0份、玻璃纤维10.0~20.0份、芳纶纤维5.0~10.0份。
另一种优选的原料配比为:氯丁橡胶100.0份、硫化剂0.5~1.0份、活性剂8.0~12.0份、补强填充剂40.0~80.0份、玻璃纤维10.0~20.0份、碳纤维15.0~30.0份。
通过本发明所生产的橡胶板材,硬度为95±5度,扯断强度为8~12MPa,扯断伸长率为150~250%,压缩变形小于15%,能在超高温高压和各种介质中长期工作,最高工作温度可达到300℃,并保持良好的弹性、较低的压缩变形和优异的物理机械性能,与常温下的性能对比下降不超过20%。
具体实施方式
下面结合实施例对本分明进行详细说明,不能以此来限定本发明的权利所在,依本发明所申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖内容。
实施例1-9:
按重量计的原料配比如表1所示。制备过程如下所示:
(1)将聚丙烯纤维、玻璃纤维和白碳黑以及活性碳酸钙一起,在容器内进行高速搅拌,制成分散均匀的短纤维和粉料的预分散体。
(2)将丁苯橡胶和高苯乙烯树脂投入到密闭式炼胶机中进行塑并炼,塑炼时间为5~6min,塑炼温度控制在120~130℃,再依次加入活性剂、促进剂、防老剂、着色剂和预分散体进行混炼,混炼时间不低于15min,混炼温度控制在130℃以下。
(3)混炼结束后卸料到开放式炼胶机上加硫化剂,加硫化剂时辊温应控制在100℃以下,以免发生焦烧。然后卸片冷却、停放;在此期间进行物理机械性能的快检,检查各项指标是否合格。
(4)压延出片。将停放检验合格后的胶片进行粗炼和热炼,在压延机上根据产品所需的厚度、宽度以及长度均匀出片、成型,并通过硫化压机,在145℃~151℃的温度、10~15MPa的工作压力下硫化15~20分钟,硫化后的板材按规定尺寸进行修边、检验、包装、入库即可。
表1 实施例1-9所用原料配比
实施例10-18:
按重量计的原料配比如表2所示。
表2 实施例10-18所用原料配比
制备过程如下所示:
(1)将芳纶纤维、玻璃纤维和白碳黑以及活性碳酸钙一起,在容器内进行高速搅拌,制成分散性均匀的短纤维和补强填充剂的预分散体。
(2)丁腈橡胶在开放式炼胶机上进行低温一、二段低温薄通塑炼,辊温控制在50±5℃,第一段塑炼辊距1~2mm,过辊次数为25次;停放8小时后进行第二段塑炼,辊距1~2mm,过辊次数为20次,称量并停放待用,停放时间不应低于8小时,不高于72小时,否则视塑炼无效。然后将塑炼好的丁腈橡胶和氯化聚乙烯树脂投入到密闭式炼胶机中进行塑并炼,塑炼时间为5~6min,塑炼温度控制在120~130℃,再依次加入活性剂、防老剂、着色剂、预分散体和促进剂进行混炼,混炼时间不低于15min,混炼温度控制在130℃以下。
(3)混炼结束后卸料到开放式炼胶机上加硫化剂,加硫化剂时辊温应控制在100℃以下,以免发生焦烧。然后卸片冷却、停放;在此期间进行物理机械性能的快检,检查各项指标是否合格。
(4)压延出片。将停放检验合格后的胶片进行粗炼和热炼,在压延机上根据产品所需的厚度、宽度以及长度均匀出片、成型,并通过硫化压机,在145℃~151℃的温度、10~15MPa的工作压力下硫化15~20分钟,硫化后的板材按规定尺寸进行修边、检验、包装、入库即可。
实施案例19-21:
按重量计的原料配比如表3所示。制备过程如下所示:
(1)将玻璃纤维和碳纤维以及高耐磨炉法炭黑一起,在容器进行高速搅拌,制成分散性均匀的预分散体。
(2)将氯丁橡胶在开放式炼胶机上薄通塑炼20次,辊温控制在50±5℃,将塑炼后的氯丁橡胶投入到密炼机中,依次加入活性剂、纤维和补强剂的预分散体进行混炼,混炼时间不低于15min,混炼温度控制在130℃以下,。
(3)混炼均匀后卸料到开炼机上加入硫化剂,加硫化剂时辊温应控制在100℃以下,以免发生焦烧。然后卸片冷却停放,在此期间进行物理机械性能的快检,检查各项指标是否合格。
(4)压延出片。将停放检验合格后的胶片进行粗炼和热炼,在压延机上根据产品所需的厚度、宽度以及长度均匀出片、成型,并通过硫化压机,在145℃~151℃的温度、10~15MPa的工作压力下硫化15~20分钟,硫化后的板材按规定尺寸进行修边、检验、包装、入库即可。
表3 实施例19-21所用原料配比
对照实施例
原料配比如表4所示,制备过程如下:先将天然橡胶在开放式炼胶机上进行破胶,破胶时辊距控制在3~4mm,辊温为40~50℃。调整辊距为1~2mm,将已破好的天然橡胶投放在开放式炼胶机上进行薄通塑炼,辊温控制在50℃±5℃,过辊次数为25次;然后冷却停放,停放时间不能少于8小时,不多于72小时,否则视为无效。将塑炼停放后的天然橡胶和胎面再生胶投入到密闭式炼胶机中进行并炼,并炼时间为3-4分钟,然后依次加入活性剂、促进剂、补强填充剂等进行混炼,混炼温度控制在125~135℃,时间不低于10min。混炼结束后卸料在开放式炼胶机上加硫化剂,加硫化剂时辊温应控制在100℃以下,以免发生焦烧。然后卸片冷却、停放;在此期间进行物理机械性能的快检,检查各项指标是否合格。压延出片时将已停放并检验合格后的半成品胶料,先进行粗炼和热炼,再按产品的厚度、长度和宽度进行成张出片。最后进入平板式硫化机,在135~经过142℃的温度、600~800T(请换算成Pa或10~15MPa)的工作压力下硫化和3~5分钟的时间后,进行修边、检验、包装入库,即可制成普通橡胶板材。
表4
实施例1-21所得橡胶板材与对照实施例所得普通橡胶板材性能对比如表5-7所示。
表5
最高使用温度(℃) | 硬度(绍尔A度) | 扯断强度(MPa) | 扯断伸长率(%) | 压缩永久变形(%) | |
对照 | 80 | 75 | 2.1 | 150 | 40 |
实施例1 | 200 | 92 | 9.0 | 210 | 13 |
实施例2 | 230 | 95 | 10.5 | 180 | 12 |
实施例3 | 230 | 97 | 10.8 | 150 | 11 |
实施例4 | 180 | 90 | 8.3 | 220 | 14 |
实施例5 | 180 | 93 | 9.5 | 200 | 13 |
实施例6 | 190 | 95 | 10.0 | 180 | 12 |
实施例7 | 180 | 90 | 8.0 | 230 | 15 |
实施例8 | 180 | 92 | 8.8 | 220 | 15 |
实施例9 | 190 | 93 | 9.6 | 200 | 14 |
实施例10 | 210 | 93 | 9.5 | 230 | 13 |
实施例11 | 230 | 95 | 10.8 | 200 | 12 |
实施例12 | 220 | 97 | 11.2 | 180 | 11 |
实施例13 | 190 | 92 | 8.7 | 240 | 12 |
实施例14 | 200 | 93 | 9.8 | 220 | 10 |
实施例15 | 220 | 95 | 10.4 | 200 | 9 |
实施例16 | 200 | 90 | 8.3 | 250 | 15 |
实施例17 | 210 | 91 | 8.9 | 230 | 13 |
实施例18 | 220 | 94 | 9.6 | 210 | 12 |
实施例19 | 200 | 92 | 8.5 | 250 | 15 |
实施例20 | 260 | 95 | 10.3 | 230 | 13 |
实施例21 | 250 | 98 | 11.0 | 200 | 11 |
表6
表7
Claims (7)
1.一种纤维增强橡胶,其制备方法包括如下步骤:
a.橡胶塑炼;
b.在橡胶中加入补强填充剂、纤维、助剂,进行混炼;
其特征在于纤维和补强填充剂先经混合均匀制得预分散体后再加入橡胶中。
2.如权利要求1所述的纤维增强橡胶,其特征在于所述橡胶为丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶或三元乙丙橡胶。
3.如权利要求1所述的纤维增强橡胶,其特征在于所述纤维为玻璃纤维、聚丙烯纤维、芳纶纤维、碳纤维中的一种或两种以上任意比例的混合物。
4.如权利要求1所述的纤维增强橡胶,其特征在于所述纤维直径20-50μm,长度4-6mm。
5.如权利要求1-4中任一项所述的纤维增强橡胶,其特征在于由以下原料按重量比制得:丁苯橡胶80.0~90.0份、高苯乙烯树脂20.0~10.0份、硫化剂0.5~3.0份、活性剂4.0~12.0份、促进剂0.5~3.0份、防老剂1.0~2.0份、补强填充剂40.0~80.0份、玻璃纤维10.0~15.0份、聚丙烯纤维5.0~10.0份。
6.如权利要求1-4中任一项所述的纤维增强橡胶,其特征在于由以下原料按重量比制得:丁腈橡胶70.0~80.0份、氯化聚乙烯30.0~20.0份、硫化剂0.5~3.0份、活性剂5.0~11.0份、促进剂0.5~2.5份、防老剂1.0~2.0份、补强填充剂40.0~80.0份、玻璃纤维10.0~20.0份、芳纶纤维5.0~10.0份。
7.如权利要求1-4中任一项所述的纤维增强橡胶,其特征在于由以下原料按重量比制得:氯丁橡胶100.0份、硫化剂0.5~1.0份、活性剂8.0~12.0份、补强填充剂40.0~80.0份、玻璃纤维10.0~20.0份、碳纤维15.0~30.0份。
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