CN109181020B - 一种高硬度减震橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种高硬度减震橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硬度减震橡胶，包含以下重量份的成分：生胶100份、活性防护体系7.8～12.2份、补强体系90.8～121.2份、硫化体系3.7～5.7份，其中，所述补强体系包含甲基丙烯酸甘油酯。本发明所述高硬度减震橡胶，通过在配方中加入甲基丙烯酸甘油酯，具有增塑+硬度提高的双重效用，克服了橡胶制品对高硬度的加工、性能极限值，使得所述橡胶具有高硬度(硬度92°邵氏A)、优异的刚性、机械性能与较好的减震效果及长久的使用寿命；所得橡胶制品，可以很好的应用于轨道交通齿轮传动装置配套用缓冲橡胶。同时，本发明还公开一种所述高硬度减震橡胶的制备方法。

Description

一种高硬度减震橡胶及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶制品领域，尤其是一种高硬度减震橡胶及其制备方法。
背景技术
高硬度橡胶制品普遍存在弹性差、成型愈合困难的难题，再加上制品尺寸较大、厚度高，对其的制造加工提出了更高的要求。采用传统的橡胶配合方案，存在成型时流动困难、胶料易分层的问题，特别是当制品安装在高压条件下使用时，易发生开裂异常的问题。
“模压成型”是普遍采用的一种橡胶成型加工方式，把橡胶原料人为摆放在硫化成型机的模具型腔里，合模热压一定时间后得到需要的制品。与“模压成型”相比，“注射成型”适合做对产品精度比较高、结构相对较为复杂的制品。不需要人工放入模具型腔里材料，而是通过注射成型机自动送料进入机台的注射筒，经螺杆塑化后通过模具注射口和流道将材料注入到模具型腔。注射成型工艺有以下几点明显优势：①机械化和自动化程度高，减少人员劳动强度；②减低人为误差，制品尺寸准确、性能稳定、质量高，对厚制品尤为合适；③实现橡胶制品快速而均匀的硫化，缩短生产周期；④制品毛变少、损耗少、节省胶料，提高了生产效率及合格率。
但注射工艺对原料的流动性要求高，高硬度制品的原料流动阻力大，很难适用于此成型工艺。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种高硬度减震橡胶。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种高硬度减震橡胶，包含以下重量份的成分：生胶100份、活性防护体系7.8～12.2份、补强体系90.8～121.2份、硫化体系3.7～5.7份，其中，所述补强体系包含甲基丙烯酸甘油酯。
本发明高硬度减震橡胶中加入了新型的橡胶助剂：甲基丙烯酸甘油酯，具有以下几点优势：
①在橡胶混炼中起增塑作用，促使填料更快的吃入弹性体，更好的均匀分散，减少混炼的作业时间，提高混炼胶的性能；
②该产品为液体，对注射成型具有明显增塑作用，有助于胶料在螺杆的流动。普通橡胶在90邵A如此高的硬度下，混炼胶的流动阻力过大，是不能采用注射成型工艺。通过该助剂的应用，92邵A硬度混炼胶的加工特性，可以媲美70邵A硬度混炼胶，解决了高硬度产品的注射难题。
③在硫化过程中起交联剂作用。该物质可通过提高橡胶的交联密度，大幅提升硬度。橡胶的传统配方设计，是利用补强填料的添加，促使橡胶获得希望的硬度、强度。过多的填料加入，会导致混炼困难，成型不良，特别是硬度在增长到一定水平后，不会直线关系的上升，填料的持续添加在90邵A后不会再对硬度提高有帮助。
④传统的液体增塑剂加入后，产品的硬度会大幅下降，该助剂恰恰聚集了增塑+硬度提高的双重效用，克服了橡胶制品对高硬度的加工、性能极限值。
优选地，所述甲基丙烯酸甘油酯的重量份为8～12份。
优选地，所述补强体系还包含以下重量份的成分：中超耐磨炭黑12～18份、高耐磨炭黑35～45份、快压出炭黑35～45份、莱茵散0.8～1.2份。本发明采用多款炭黑填料并用，合理的利用了橡胶的协同补强效应，发挥出了1+1>2的效果，制得了弹性、硬度、模量、动态性能等较为平衡，可以长寿命使用的制品。同时克服了添加单一高剂量的炭黑，易分散不良的弊端；以及有效避免了单一高填充炭黑易泛五彩的现象。
更优选地，所述补强体系还包含以下重量份的成分：中超耐磨炭黑15份、高耐磨炭黑40份、快压出炭黑40份、甲基丙烯酸甘油酯10份、莱茵散1份。
优选地，所述活性防护体系包含以下重量份的成分：氧化锌4～6份、硬脂酸1.5～2.5份、对苯二胺类防老剂0.8～1.2份、酮胺类防老剂1.5～2.5份。特别是该防护体系，较好的提高了制品的耐候、耐臭氧、耐疲劳等老化特性。
更优选地，所述活性防护体系包含以下重量份的成分：氧化锌5份、硬脂酸2份、对苯二胺类防老剂1份、酮胺类防老剂2份。
优选地，所述硫化体系包含以下重量份的成分：硫磺1.5～2.5份、2-硫醇基苯骈噻唑0.4～0.6份、二硫化二苯并噻唑0.6～1.0份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2～1.6份。
更优选地，所述硫化体系包含以下重量份的成分：硫磺2份、2-硫醇基苯骈噻唑0.5份、二硫化二苯并噻唑0.8份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.4份。
同时，本发明还公开所述的高硬度减震橡胶的制备方法，所述方法为：将各成分混合均匀，得到混合料；将混合料通过注射成型机自动送料进入机台的注射筒，然后经螺杆塑化后通过模具注射口和流道将塑化后的混合料注入到模具型腔内进行成型，得到所述高硬度减震橡胶。
本发明所述制备方法，具有以下几点优势：
1.改善了普通模压工艺，胶料间的愈合压力不足，流动的结合面相互间粘结不良，高压下易破裂异常的发生；
2.通过设备本身的参数设定，可精确控制产品的落胶量，精简了预成型工序，提高产品的生产效率，
3.自动化程度提高，减少了人员接触的生产环节，产品的品质更为稳定。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明所述高硬度减震橡胶，通过在配方中加入甲基丙烯酸甘油酯，具有增塑+硬度提高的双重效用，克服了橡胶制品对高硬度的加工、性能极限值，使得所述橡胶具有高硬度(硬度92°邵氏A)、优异的刚性、机械性能与较好的减震效果及长久的使用寿命，同时通过全自动注射工艺，减少人员误差，进一步提高产品性能和品质的一致性；所得橡胶制品，可以很好的应用于轨道交通齿轮传动装置配套用缓冲橡胶。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述高硬度减震橡胶的一种实施例，本实施例所述高硬度减震橡胶包含以下重量份的成分：
生胶(3#天然烟胶：NR)100份、中超耐磨炭黑(N220)15份、高耐磨炭黑(N330)40份、快压出炭黑(N550)40份、莱茵散1份、甲基丙烯酸甘油酯10份、氧化锌(ZnO纯度≥99.7％)5份、硬脂酸(SA)2份、对苯二胺类防老剂(4010)1份、酮胺类防老剂(RD)2份、硫磺2份、2-硫醇基苯骈噻唑0.5份、二硫化二苯并噻唑0.8份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.4份。
本实施例所述高硬度减震橡胶的制备方法为：将各成分混合均匀，得到混合料；将混合料通过注射成型机自动送料进入机台的注射筒，然后经螺杆塑化后通过模具注射口和流道将塑化后的混合料注入到模具型腔内进行成型，得到所述高硬度减震橡胶。
实施例2
本发明所述高硬度减震橡胶的一种实施例，本实施例所述高硬度减震橡胶包含以下重量份的成分：
生胶(3#天然烟胶：NR)100份、中超耐磨炭黑(N220)12份、高耐磨炭黑(N330)35份、快压出炭黑(N550)35份、莱茵散0.8份、甲基丙烯酸甘油酯8份、氧化锌(ZnO纯度≥99.7％)4份、硬脂酸(SA)1.5份、对苯二胺类防老剂(4010)0.8份、酮胺类防老剂(RD)1.5份、硫磺1.5份、2-硫醇基苯骈噻唑0.4份、二硫化二苯并噻唑0.6份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2份。
本实施例所述高硬度减震橡胶的制备方法为：将各成分混合均匀，得到混合料；将混合料通过注射成型机自动送料进入机台的注射筒，然后经螺杆塑化后通过模具注射口和流道将塑化后的混合料注入到模具型腔内进行成型，得到所述高硬度减震橡胶。
实施例3
本发明所述高硬度减震橡胶的一种实施例，本实施例所述高硬度减震橡胶包含以下重量份的成分：
生胶(3#天然烟胶：NR)100份、中超耐磨炭黑(N220)18份、高耐磨炭黑(N330)45份、快压出炭黑(N550)45份、莱茵散1.2份、甲基丙烯酸甘油酯12份、氧化锌(ZnO纯度≥99.7％)6份、硬脂酸(SA)2.5份、对苯二胺类防老剂(4010)1.2份、酮胺类防老剂(RD)2.5份、硫磺2.5份、2-硫醇基苯骈噻唑0.6份、二硫化二苯并噻唑1.0份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.6份。
本实施例所述高硬度减震橡胶的制备方法为：将各成分混合均匀，得到混合料；将混合料通过注射成型机自动送料进入机台的注射筒，然后经螺杆塑化后通过模具注射口和流道将塑化后的混合料注入到模具型腔内进行成型，得到所述高硬度减震橡胶。
实施例4
由于大尺寸、高硬度产品在成型中，需要极高的压力方可做出密实、品质稳定的产品；而不同的生产工艺对材料性能产生较大影响。本实施例以实施例1中配方的橡胶为例(实施例2和实施例3与实施例1具有相同的效果，在此不再敖述)，对其分别采用一般平板硫化机和全自动注射机进行生产，一般平板硫化机的模压为150kg/cm2，而全自动注射机的模压达到1900kg/cm2。为了便于检测记录，我们将一般平板硫化机生产的试片编为1#，将自动注射机生产的产品切片编为2#，并分别针对两种不同生产工艺所生产试片的性能进行测试分析，结果如表1、表2、表3、表4所示：
表1常规性能测试结果
Figure BDA0001751983420000051
表2热空气老化性能(70℃X168h)测试结果(测试方法：GB/T3512-2014)
Figure BDA0001751983420000052
Figure BDA0001751983420000061
表3压缩永久变形性能测试结果
Figure BDA0001751983420000062
表4产品径向刚度的测试结果
Figure BDA0001751983420000063
从表1中的数据可以看出，1#、2#两个样品的常规性能(邵A硬度、拉伸强度、100％定伸强度)都满足并高出标准值的数据一定幅度，两个样品均可较好的满足产品的使用需求。但是使用全自动注射机进行成型的样品2#的机械性能更为优异、使用环境可更为苛刻。
热空气老化特性一般是对产品使用寿命的展示，从表2中的数据可以看出，1#、2#两个样品在热空气老化特性上差异并不明显，其中2#样品的性能略好。这说明不同的成型工艺对老化影响不明显，影响热空气老化性能的关键是配方设计，通过表2中的数据，也可以进一步得出本申请橡胶的配方设计大大满足了设计的使用寿命。
压缩永久变形作为橡胶制品非常关键的指标，展示了产品密封、减震性能的好坏。从表3中的数据可以看出，1#、2#两个样品均很好的满足了产品的设计需求，其中2#样品的性能略为优；这说明不同的成型工艺对压缩永久变形影响不明显，影响压缩永久变形性能的关键是配方设计，通过表3中的数据，也可以进一步得出本申请橡胶的配方设计大大满足了设计的产品密封、减震性能。
从表4中的数据可以看出，通过跟国际进口件的静刚度进行对比，显示本申请产品的刚度高于进口品，在同等受力情况下，变形要小；而通过使用全自动注射机进行成型的样品2#又略高。
综上，通过本申请创新的配方设计，做出的产品达到了较高的行业应用水准，再结合更为先进的成型工艺，制备得到了更为优异的产品。1#试样是采用传统的“模压成型”工艺制作而成，各数据高于需要的标准值。但，采用先进的“注射成型”工艺制作而成的2#试样，包括常规机械性能、热老化的保持率、压变、刚性等各模式下的数据均具有更为领先的优势。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种高硬度减震橡胶，其特征在于，包含以下重量份的成分：3#天然烟胶100份、活性防护体系7.8～12.2份、补强体系90.8～121.2份、硫化体系3.7～5.7份；
所述补强体系包含以下重量份的成分：甲基丙烯酸甘油酯8～12份、中超耐磨炭黑12～18份、高耐磨炭黑35～45份、快压出炭黑35～45份、莱茵散0.8～1.2份；
所述活性防护体系包含以下重量份的成分：氧化锌4～6份、硬脂酸1.5～2.5份、对苯二胺类防老剂0.8～1.2份、酮胺类防老剂1.5～2.5份；
所述硫化体系包含以下重量份的成分：硫磺1.5～2.5份、2-硫醇基苯骈噻唑0.4～0.6份、二硫化二苯并噻唑0.6～1.0份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.2～1.6份。
2.如权利要求1所述的高硬度减震橡胶，其特征在于，所述补强体系包含以下重量份的成分：中超耐磨炭黑15份、高耐磨炭黑40份、快压出炭黑40份、甲基丙烯酸甘油酯10份、莱茵散1份。
3.如权利要求1所述的高硬度减震橡胶，其特征在于，所述活性防护体系包含以下重量份的成分：氧化锌5份、硬脂酸2份、对苯二胺类防老剂1份、酮胺类防老剂2份。
4.如权利要求1所述的高硬度减震橡胶，其特征在于，所述硫化体系包含以下重量份的成分：硫磺2份、2-硫醇基苯骈噻唑0.5份、二硫化二苯并噻唑0.8份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.4份。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的高硬度减震橡胶的制备方法，其特征在于，所述方法为：
将各成分混合均匀，得到混合料；将混合料通过注射成型机自动送料进入机台的注射筒，然后经螺杆塑化后通过模具注射口和流道将塑化后的混合料注入到模具型腔内进行成型，得到所述高硬度减震橡胶。
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