CN104292552A - 一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括：丁苯橡胶55-58份，氯化丁基橡胶12-15份，甲基苯基乙烯基硅橡胶35-38份，过氧化二苯甲酰BPO 1.1-1.6份，促进剂DM 1.8-2.1份，硫磺1.8-2.1份，改性紫炭黑30-35份，短切玻璃纤维20-24份，聚酯纤维15-19份，云母粉30-33份，重质碳酸钙22-26份，硅烷偶联剂DL171 2.4-2.7份，氢氧化镁12-16份，三氧化二锑5-8份，氰尿酸三聚氰胺盐12-16份，防老剂800-A 1.3-1.5份，防老剂800-B 1.3-1.8份，液体古马隆5-6份。

Description

一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料
技术领域
本发明涉及丁苯橡胶材料技术领域，尤其涉及一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
背景技术
丁苯橡胶由1,3-丁二烯和苯乙烯构成，是目前产量最大的通用合成橡胶，丁苯橡胶综合性能良好，价格低，在多数场合可代替天然橡胶使用，主要用于轮胎工业，汽车部件、胶管、胶带、胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品，但是其弹性、耐磨性能和阻燃效果不理想，应用时一般经过改性加工。
发明内容
基本背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料,弹性高、耐磨性好且阻燃效果优异。
本发明提出的一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括：丁苯橡胶55-58份，氯化丁基橡胶12-15份，甲基苯基乙烯基硅橡胶35-38份，过氧化二苯甲酰BPO 1.1-1.6份，促进剂DM 1.8-2.1份，硫磺1.8-2.1份，改性紫炭黑30-35份，短切玻璃纤维20-24份，聚酯纤维15-19份，云母粉30-33份，重质碳酸钙22-26份，硅烷偶联剂DL1712.4-2.7份，氢氧化镁12-16份，三氧化二锑5-8份，氰尿酸三聚氰胺盐12-16份，防老剂800-A 1.3-1.5份，防老剂800-B 1.3-1.8份，液体古马隆5-6份；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入90-95份的无水乙醇，再添加浓度为7-9mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为9-10，加入13-16份1200-1400目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为25-28KHz，超声处理的功率为1000-1200W，向溶液A中加入9-12份硅烷偶联剂KH550，以160-180rpm的搅拌速度磁力搅拌10-13h得到溶液B，将溶液B陈化24-27h，再放入烘箱，以102-106℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到70-75℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以200-230rpm的搅拌速度密炼21-24min得到橡胶主料，过程中打三角包6-9次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以125-130rpm的搅拌速度密炼24-28min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以110-120rpm的搅拌速度混炼22-25min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以84-88rpm的搅拌速度混炼12-16min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以82-86rpm的搅拌速度密炼18-20min，将温度升至152-157℃再混炼13-16min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
紫炭黑是一种亲水性无机功能性矿物材料，具有优异的导热性能，可降低胶料的生热，提高胶料的弹性、耐老化性能、耐屈挠疲劳性能以及耐油性能，但是紫炭黑颗粒表面能高、亲水疏油，与表面能低、亲油疏水的橡胶基质的界面性质不同，二者兼容性差，难以均匀分散其中，直接填充很容易发生团聚，所以一般要对其表面进行改性处理；
陈化为溶液沉淀完全后，让初生成的沉淀与母液一起放置一段时间，这个过程称为“陈化”。其作用的是：1、去除沉淀中包藏的杂质；2、让沉淀晶体生长增大晶体粒径，并使其粒径分布比较均匀。
优选地，丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶的重量比为26-27：13-14：6-7。
优选地，氯化丁基橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为46-51。
优选地，其原料按重量份包括：丁苯橡胶56-57份，氯化丁基橡胶13-14份，甲基苯基乙烯基硅橡胶36-37份，过氧化二苯甲酰BPO 1.3-1.4份，促进剂DM 1.9-2份，硫磺1.9-2份，改性紫炭黑32-33份，短切玻璃纤维22-23份，聚酯纤维16-17份，云母粉31-32份，重质碳酸钙23-24份，硅烷偶联剂DL1712.5-2.6份，氢氧化镁13-14份，三氧化二锑6-7份，氰尿酸三聚氰胺盐14-15份，防老剂800-A 1.4-1.5份，防老剂800-B 1.4-1.6份，液体古马隆5.5-6份；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入92-93份的无水乙醇，再添加浓度为7.5-8mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为9-10，加入14-15份1250-1300目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为26-27KHz，超声处理的功率为1100-1150W，向溶液A中加入10-11份硅烷偶联剂KH550，以165-170rpm的搅拌速度磁力搅拌11-12h得到溶液B，将溶液B陈化25-26h，再放入烘箱，以103-105℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到73-74℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以210-220rpm的搅拌速度密炼22-23min得到橡胶主料，过程中打三角包7-8次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以126-128rpm的搅拌速度密炼25-26min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以115-117rpm的搅拌速度混炼23-24min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以85-87rpm的搅拌速度混炼13-14min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以84-85rpm的搅拌速度密炼18.5-19min，将温度升至154-156℃再混炼14-15min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
本发明以丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶为基料，使本发明具有较高的弹性和阻燃性能的同时，也使本发明具有良好的弹性、耐水耐油性能；添加短切玻璃纤维、聚酯纤维，增加了本发明的柔韧性和耐拉伸性能；以硫磺作为硫化剂，硫化速度适中、操作安全、综合性能好，与过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM组合构成硫化体系，可降低硫环的断裂活化能，并由于促进剂本身的分解，增加了体系中的自由基或离子的浓度，进一步加速了硫化链反应的引发和链增长反应，提高硫化反应速度，改善了本发明的结构和物理机械性能；添加的改性紫炭黑、云母粉、重质碳酸钙与橡胶分子的相容性较好，在橡胶中分散程度高，能够在硫化过程中参与橡胶分子交联，形成一种“整体网络效应”，使本发明的耐磨性能增大，其中改性紫炭黑是由紫炭黑经改性得到的，改性过程中，硅烷接触水分发生水解反应，继而紫炭黑颗粒表面的羟基与硅烷的水解产物缩合、脱水，同时硅烷之间缩聚成低聚合物，低聚合物和紫炭黑表面的羟基形成氢基，通过加热干燥，发生脱水反应，使颗粒表面极性较高的羟基转变成极性较低的共价键，形成界面区域，达到亲油疏水、降低表面能、提高其在橡胶基质中的分散性及相容性的目的，因而在受到外界冲击作用力时，橡胶分子能有效地将载荷转移到高机械强度的改性紫炭黑上，从而大大提高了本发明的强度和弹性，而云母粉本身具有极高的电阻，是一种优异的绝缘材料，即使在遇到高温、燃烧后，仍能保持原有的绝缘状态，这就大大提高了本发明的阻燃性能；而硅烷偶联剂DL171的使用，能够扩大上述添加的改性紫炭黑、云母粉、重质碳酸钙和短切玻璃纤维、聚酯纤维与橡胶分子的接触面积，提高各原料的相容性能；使用氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐构成的阻燃体系，在燃烧时熔融形成泡沫覆盖本发明以隔绝空气，并通过内部吸热反应，迅速降低燃烧温度，同时三氧化二锑能够被气化，稀释空气中氧气浓度，从而大幅提高本发明的阻燃效果；以液体古马隆为辅助增塑剂提高了本发明的可塑能力；防老剂800-A、防老剂800-B的使用，能够提高本发明的耐老化和耐氧化性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括：丁苯橡胶58份，氯化丁基橡胶12份，甲基苯基乙烯基硅橡胶38份，过氧化二苯甲酰BPO 1.1份，促进剂DM 2.1份，硫磺1.8份，改性紫炭黑35份，短切玻璃纤维20份，聚酯纤维19份，云母粉30份，重质碳酸钙26份，硅烷偶联剂DL1712.4份，氢氧化镁16份，三氧化二锑5份，氰尿酸三聚氰胺盐16份，防老剂800-A 1.3份，防老剂800-B 1.8份，液体古马隆5份；氯化丁基橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为46；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入95份的无水乙醇，再添加浓度为7mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为10，加入13份1400目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为25KHz，超声处理的功率为1200W，向溶液A中加入9份硅烷偶联剂KH550，以180rpm的搅拌速度磁力搅拌10h得到溶液B，将溶液B陈化27h，再放入烘箱，以102℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到74℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以210rpm的搅拌速度密炼23min得到橡胶主料，过程中打三角包7次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以128rpm的搅拌速度密炼25min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以117rpm的搅拌速度混炼23min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以87rpm的搅拌速度混炼13min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以85rpm的搅拌速度密炼18.5min，将温度升至156℃再混炼14min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
实施例2
本发明提出的一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括：丁苯橡胶55份，氯化丁基橡胶15份，甲基苯基乙烯基硅橡胶35份，过氧化二苯甲酰BPO 1.6份，促进剂DM 1.8份，硫磺2.1份，改性紫炭黑30份，短切玻璃纤维24份，聚酯纤维15份，云母粉33份，重质碳酸钙22份，硅烷偶联剂DL1712.7份，氢氧化镁12份，三氧化二锑8份，氰尿酸三聚氰胺盐12份，防老剂800-A 1.5份，防老剂800-B 1.3份，液体古马隆6份；氯化丁基橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为51；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入90份的无水乙醇，再添加浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为9，加入16份1200目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为28KHz，超声处理的功率为1000W，向溶液A中加入12份硅烷偶联剂KH550，以160rpm的搅拌速度磁力搅拌13h得到溶液B，将溶液B陈化24h，再放入烘箱，以106℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到73℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以220rpm的搅拌速度密炼22min得到橡胶主料，过程中打三角包8次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以126rpm的搅拌速度密炼26min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以115rpm的搅拌速度混炼24min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以85rpm的搅拌速度混炼14min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以84rpm的搅拌速度密炼19min，将温度升至154℃再混炼15min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
实施例3
本发明提出的一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括：丁苯橡胶57份，氯化丁基橡胶13份，甲基苯基乙烯基硅橡胶37份，过氧化二苯甲酰BPO 1.3份，促进剂DM 2份，硫磺1.9份，改性紫炭黑33份，短切玻璃纤维22份，聚酯纤维17份，云母粉31份，重质碳酸钙24份，硅烷偶联剂DL1712.5份，氢氧化镁14份，三氧化二锑6份，氰尿酸三聚氰胺盐15份，防老剂800-A 1.4份，防老剂800-B 1.6份，液体古马隆5.5份；氯化丁基橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为48；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入93份的无水乙醇，再添加浓度为7.5mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为10，加入14份1250-1300目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为27KHz，超声处理的功率为1100W，向溶液A中加入11份硅烷偶联剂KH550，以165rpm的搅拌速度磁力搅拌12h得到溶液B，将溶液B陈化25h，再放入烘箱，以105℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到75℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以200rpm的搅拌速度密炼24min得到橡胶主料，过程中打三角包6次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以130rpm的搅拌速度密炼24min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以120rpm的搅拌速度混炼22min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以88rpm的搅拌速度混炼12min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以86rpm的搅拌速度密炼18min，将温度升至157℃再混炼13min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
实施例4
本发明提出的一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其原料按重量份包括：丁苯橡胶56份，氯化丁基橡胶14份，甲基苯基乙烯基硅橡胶36份，过氧化二苯甲酰BPO 1.4份，促进剂DM 1.9份，硫磺2份，改性紫炭黑32份，短切玻璃纤维23份，聚酯纤维16份，云母粉32份，重质碳酸钙23份，硅烷偶联剂DL1712.6份，氢氧化镁13份，三氧化二锑7份，氰尿酸三聚氰胺盐14份，防老剂800-A 1.5份，防老剂800-B 1.4份，液体古马隆6份；氯化丁基橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为50；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入92份的无水乙醇，再添加浓度为8mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为9，加入15份1250目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为27KHz，超声处理的功率为1100W，向溶液A中加入11份硅烷偶联剂KH550，以165rpm的搅拌速度磁力搅拌12h得到溶液B，将溶液B陈化25h，再放入烘箱，以105℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到73℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以220rpm的搅拌速度密炼22min得到橡胶主料，过程中打三角包8次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以126rpm的搅拌速度密炼26min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以115rpm的搅拌速度混炼24min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以85rpm的搅拌速度混炼14min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以84rpm的搅拌速度密炼19min，将温度升至154℃再混炼15min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括：丁苯橡胶55-58份，氯化丁基橡胶12-15份，甲基苯基乙烯基硅橡胶35-38份，过氧化二苯甲酰BPO 1.1-1.6份，促进剂DM 1.8-2.1份，硫磺1.8-2.1份，改性紫炭黑30-35份，短切玻璃纤维20-24份，聚酯纤维15-19份，云母粉30-33份，重质碳酸钙22-26份，硅烷偶联剂DL1712.4-2.7份，氢氧化镁12-16份，三氧化二锑5-8份，氰尿酸三聚氰胺盐12-16份，防老剂800-A 1.3-1.5份，防老剂800-B 1.3-1.8份，液体古马隆5-6份；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入90-95份的无水乙醇，再添加浓度为7-9mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为9-10，加入13-16份1200-1400目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为25-28KHz，超声处理的功率为1000-1200W，向溶液A中加入9-12份硅烷偶联剂KH550，以160-180rpm的搅拌速度磁力搅拌10-13h得到溶液B，将溶液B陈化24-27h，再放入烘箱，以102-106℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到70-75℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以200-230rpm的搅拌速度密炼21-24min得到橡胶主料，过程中打三角包6-9次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以125-130rpm的搅拌速度密炼24-28min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以110-120rpm的搅拌速度混炼22-25min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以84-88rpm的搅拌速度混炼12-16min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以82-86rpm的搅拌速度密炼18-20min，将温度升至152-157℃再混炼13-16min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
2.根据权利要求1所述高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其特征在于，丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶的重量比为56-57：13-14：36-37。
3.根据权利要求2所述高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其特征在于，氯化丁基橡胶的门尼粘度(ML1+4，100℃)为46-51。
4.根据权利要求3所述高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料，其特征在于，其原料按重量份包括：丁苯橡胶56-57份，氯化丁基橡胶13-14份，甲基苯基乙烯基硅橡胶36-37份，过氧化二苯甲酰BPO 1.3-1.4份，促进剂DM 1.9-2份，硫磺1.9-2份，改性紫炭黑32-33份，短切玻璃纤维22-23份，聚酯纤维16-17份，云母粉31-32份，重质碳酸钙23-24份，硅烷偶联剂DL1712.5-2.6份，氢氧化镁13-14份，三氧化二锑6-7份，氰尿酸三聚氰胺盐14-15份，防老剂800-A 1.4-1.5份，防老剂800-B 1.4-1.6份，液体古马隆5.5-6份；
其中改性紫炭黑的制备方法为：向反应容器中加入92-93份的无水乙醇，再添加浓度为7.5-8mol/L的氢氧化钠溶液调节PH值为9-10，加入14-15份1250-1300目的紫炭黑，对含有紫炭黑的无水乙醇溶液进行超声处理得到溶液A，超声处理的频率为26-27KHz，超声处理的功率为1100-1150W，向溶液A中加入10-11份硅烷偶联剂KH550，以165-170rpm的搅拌速度磁力搅拌11-12h得到溶液B，将溶液B陈化25-26h，再放入烘箱，以103-105℃的温度烘干，研磨，得到改性紫炭黑；
制备过程中，预热密炼机到73-74℃，将丁苯橡胶、氯化丁基橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶投入密炼机中，以210-220rpm的搅拌速度密炼22-23min得到橡胶主料，过程中打三角包7-8次，继续投入改性紫炭黑、短切玻璃纤维、聚酯纤维、云母粉、重质碳酸钙、和硅烷偶联剂DL171，以126-128rpm的搅拌速度密炼25-26min得到物料C；将液体古马隆、氢氧化镁、三氧化二锑、氰尿酸三聚氰胺盐加入含物料C的密炼机中以115-117rpm的搅拌速度混炼23-24min，再加入防老剂800-A、防老剂800-B，以85-87rpm的搅拌速度混炼13-14min，继续加入过氧化二苯甲酰BPO、促进剂DM、硫磺以84-85rpm的搅拌速度密炼18.5-19min，将温度升至154-156℃再混炼14-15min后，降温出料，得到高弹性耐磨阻燃改性丁苯橡胶材料。
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