CN115011002A - 一种用于大尺寸橡胶履带的硫化工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于橡胶履带生产技术领域，本发明公开了一种用于大尺寸橡胶履带的硫化工艺。该硫化工艺包括原料准备与处理、金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂、预硫化、成型、电磁加热硫化等步骤。通过该工艺流程制备的大尺寸橡胶履带成品具有优异的耐磨、耐切割性能，耐老化性能同时还具有显著的力学性能。

Description

一种用于大尺寸橡胶履带的硫化工艺

技术领域

本发明涉及橡胶履带生产技术领域，尤其涉及一种用于大尺寸橡胶履带的硫化工艺。

背景技术

橡胶履带是一种橡胶与金属或纤维材料复合而成的橡胶制品，主要由芯金、强力层、缓冲层和橡胶弹性体四部分组成，与履带轮共同作用，为履带式行走机械传递驱动力。传统的橡胶履带按内部结构不同可分为有芯金橡胶履带和无芯金橡胶履带两大类，橡胶履带对田地和公路的破坏比钢铁履带小很多，对湿田的适应性也比钢铁履带和橡胶轮胎好，还具有节能环保等特性，欧洲、美洲、日本、澳大利亚等国家在工程机械领域，橡胶履带使用普及率非常高，在微型挖掘机、小型挖掘机、装载机和运输车上几乎全部用上了各种规格的橡胶履。

橡胶履带硫化成型是橡胶履带制造过程中获得最终产品的最后一道工序，橡胶履带在成型时，一般在金属芯棒的表面涂覆一层胶黏剂，使得胶黏剂与橡胶材料通过硫化过程交联产生三维网络结构，最终实现金属芯棒和橡胶材料紧密粘合，因此，硫化工艺决定了橡胶履带的使用寿命的长短。

现有的橡胶履带硫化工艺较多只采用平板硫化机进行两次或两次以上硫化，其发热元件产生的热量通过热板向硫化模具进行纵向传导时，不能同步加热整个硫化模具，尤其对于一些大型机械所需要的大尺寸的橡胶履带，此种硫化方式下所制得的成品不同部位的硫化温度存在显著差异，严重影响了大尺寸橡胶履带制品的寿命和性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，以解决现有普通加热硫化工艺(平板硫化机)对大尺寸橡胶履带进行硫化时热传导不均匀进而导致的大尺寸橡胶履带不同部位硫化温度不同造成的硫化不彻底，进而使得大尺寸橡胶履带性能减弱且不稳定，使用寿命缩短的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，具体包括以下步骤：

(1)原料准备与处理：

a：取生胶、粘土、碳纳米管、硅烷偶联剂、***纤维、防老剂、纳米氧化锌、抗撕裂树脂、微晶蜡、硫化促进剂、页岩灰备用；

b：将生胶、***纤维、硅烷偶联剂、纳米氧化锌、粘土加入开炼机塑炼100-120s，温度控制在155-160℃，得到混炼胶b；

c：将混炼胶b放入密炼机中，加入防老剂、抗撕裂树脂、碳纳米管、页岩灰、微晶蜡、硫化促进剂，温度控制在100-110℃，时间为110-130s，即得橡胶履带混炼胶；

(2)金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂；

d：将金属芯棒用30#棕刚玉进行机械喷砂处理，喷砂时间15-30min，喷砂结束后将金属芯棒表面吹洗干净；

e：将经过步骤d处理后金属芯棒超声清洗10-15min；

f：将清洗后的金属芯棒依次浸涂底胶和面胶，备用；

(3)预硫化：将橡胶履带混炼胶用电子束辐照，辐照剂量为100-150kGy；

(4)成型：将辐照后的橡胶履带混炼胶置于有金属芯棒的履带成型机中成型；

(5)电磁加热硫化：将步骤(4)中成型后的橡胶履带置于电磁加热硫化模具中进行硫化；硫化温度控制在145-150℃，硫化时间为15-17min，硫化压力为10-15Mpa。

(6)硫化结束，取出成品。

优选的，按质量份计，生胶100-200份、粘土15-20份、碳纳米管5-7份、硅烷偶联剂1-2份、***纤维4-5份、防老剂2-5份、纳米氧化锌1-3份、抗撕裂树脂6-11份、微晶蜡4-8份、硫化促进剂2-4份、页岩灰3-6份。

优选的，生胶为天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶按重量比2-4∶1.5-2∶1-2混合而成。

优选的，防老剂为防老剂LIG-FLEX601-75。

优选的，硫化促进剂为二乙基二硫代氨基甲酸锌镧配合物(ZnLaDC)。

优选的，抗撕裂树脂为石油树脂。

优选的，在步骤f中浸涂的底胶为PLT815胶黏剂；面胶为821LF。

优选的，步骤f的具体操作为：将清洗后的金属芯棒先浸涂底胶PLT815后置于70-80℃温度下完全干燥，再浸涂面胶821LF后置于70-80℃温度下完全干燥。

优选的，硅烷偶联剂为偶联剂Si69。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺。

1、本发明技术方案中以天然橡胶、氯丁橡胶和顺丁橡胶为基础，再辅以各种助剂通过硫化工艺制备得到的大尺寸橡胶履带。该硫化工艺流程为：原料准备与处理→金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂→预硫化→成型→电磁加热硫化→取出成品。通过该工艺流程制备的大尺寸橡胶履带成品具有优异的耐磨、耐切割性能，耐老化性能同时还具有显著的力学性能。

2、本发明在进行橡胶履带硫化前进行了“预硫化”步骤；也就是首先对橡胶履带混炼胶进行辐射剂量为100-150kGy的高能电子束进行辐照。经试验测定数据可知，经过“预硫化”步骤制备的大尺寸橡胶履带的性能优于未经“预硫化”步骤制备的大尺寸橡胶履带的性能。这是由于高能电子束比紫外辐照具有更高能量和更高穿透性，天然橡胶、顺丁橡胶以及氯丁橡胶内部具有大量的C-C键，经过高能电子束辐照后，各种橡胶内部C-C键先发生交联，再加之橡胶履带混炼胶中添加了碳纳米管，碳纳米管会与橡胶结合表面再形成C-C键交联，从而形成内外牢固稳定的网状结构，不仅提高了橡胶履带混炼胶的稳定性，而且为成型后的电磁加热硫化步骤缩短了硫化时间，提高了硫化效率，奠定了硫化后大尺寸橡胶履带具有耐磨、耐切割以及其它力学性能的基础，延长了橡胶履带使用寿命。

3、与普通加热硫化(平板机硫化)相比，本发明采用的电磁加热硫化工艺是通过电磁线圈缠绕在硫化模具外壁或者镶嵌于硫化模具内壁而进行加热的方式，一方面，该加热方式使得硫化模具中的热传导更均匀，尤其针对大尺寸的橡胶履带制品在进行硫化时各个部位温度差异小，从而提高了大尺寸橡胶履带制品的耐磨、耐切割以及其它力学性能，并且使得橡胶履带的性能更加稳定，延长使用寿命，从而拓宽了橡胶履带的使用范围，提高了经济使用效益；另一方面由于该加热方式是立体全范围加热，使得硫化模具能够在较短的时间内达到硫化温度，有效的缩短了硫化时间，提高了硫化效率。

4、本发明利用石油树脂加入到共混胶后起到了软化和稀释的作用，提高了大尺寸橡胶履带断裂伸长率，同时加入的碳纳米管使得共混胶的硬度增加，二者相互配合，提高了大尺寸橡胶履带的抗撕裂性能的还提高了橡胶履带的拉伸强度和断裂伸长率，延长了橡胶履带的使用寿命。

5、在本发明制备的共混胶体系中还加入了***纤维，由于***纤维是极性的，而共混胶中的天然橡胶中含有大量的极性基团，同时还加入偶联剂Si69后，在橡胶基体中起润滑作用，使得***纤维与橡胶基体之间形成均匀的界面相，***纤维和天然橡胶氢键连接的更为紧密，将***纤维更好的分散在共混胶中，此外***纤维内部还具有空间结构，可以使与橡胶分子链之间相互缠结，粘合更加紧密；，使得制备的大尺寸橡胶履带撕裂强度和拉伸强度等其他物理性能均有所提高。在硫化过程中，纳米氧化锌起到交联促进作用，使得胶黏剂和橡胶履带混炼胶之间交联网络中缺陷减少，硫化更彻底，硫化效率更高。

6、在发明的制备的共混胶体系中还加入了页岩灰，页岩灰本身具有的长链结构，同时还具有亲水疏油的特性，在作为橡胶填料时，使得页岩灰与胶料结合更为紧密，使得本发明制备的橡胶履带物理机械性能得到提高；再者岩灰中含有多种金属氧化物，这些氧化物作为优良的光屏蔽剂，使制备的橡胶履带老化反应减弱，表现出较好的耐老化性能。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例1公开了一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，具体包括以下步骤：

(1)原料准备与处理：

a：按质量份计，取生胶100份、粘土15份、碳纳米管5份、偶联剂Si691份、***纤维4份、LIG-FLEX601-75 2份、纳米氧化锌1份、石油树脂6份、微晶蜡4份、ZnLaDC 2份、页岩灰3份备用；生胶为天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶按重量比2∶1.5∶1混合而成；

b：将生胶、***纤维、偶联剂Si69、纳米氧化锌、粘土加入开炼机塑炼100s，温度控制在155℃，得到混炼胶b；

c：将混炼胶b放入密炼机中，加入LIG-FLEX601-75、石油树脂、碳纳米管、页岩灰、微晶蜡、ZnLaDC温度控制在100℃，时间为110s，即得橡胶履带混炼胶；

(2)金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂；

d：将金属芯棒用30#棕刚玉进行机械喷砂处理，喷砂时间15min，喷砂结束后将金属芯棒表面吹洗干净；

e：将经过步骤d处理后金属芯棒超声清洗10min；

f：将清洗后的金属芯棒先浸涂底胶PLT815后置于70℃温度下完全干燥，再浸涂面胶821LF后置于70℃温度下完全干燥，备用；

(3)预硫化：将橡胶履带混炼胶用电子束辐照，辐照剂量为100kGy；

(4)成型：将辐照后的橡胶履带混炼胶置于有金属芯棒的履带成型机中成型；

(5)电磁加热硫化：将步骤(4)中成型后的橡胶履带置于电磁加热硫化模具中进行硫化；硫化温度控制在145℃，硫化时间为15min，硫化压力为10Mpa；

(6)硫化结束，取出成品。

本发明实施例2公开了一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，具体包括以下步骤：

(1)原料准备与处理：

a：按质量份计，取生胶200份、粘土20份、碳纳米管7份、偶联剂Si692份、***纤维5份、LIG-FLEX601-75 5份、纳米氧化锌3份、石油树脂11份、微晶蜡8份、ZnLaDC 4份、页岩灰6份备用；生胶为天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶按重量比4∶2∶2混合而成；

b：将生胶、***纤维、偶联剂Si69、纳米氧化锌、粘土加入开炼机塑炼120s，温度控制在160℃，得到混炼胶b；

c：将混炼胶b放入密炼机中，加入LIG-FLEX601-75、石油树脂、碳纳米管、页岩灰、微晶蜡、ZnLaDC温度控制在110℃，时间为130s，即得橡胶履带混炼胶；

(2)金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂；

d：将金属芯棒用30#棕刚玉进行机械喷砂处理，喷砂时间30min，喷砂结束后将金属芯棒表面吹洗干净；

e：将经过步骤d处理后金属芯棒超声清洗15min；

f：将清洗后的金属芯棒先浸涂底胶PLT815后置于80℃温度下完全干燥，再浸涂面胶821LF后置于80℃温度下完全干燥，备用；

(3)预硫化：将橡胶履带混炼胶用电子束辐照，辐照剂量为150kGy；

(4)成型：将辐照后的橡胶履带混炼胶置于有金属芯棒的履带成型机中成型；

(5)电磁加热硫化：将步骤(4)中成型后的橡胶履带置于电磁加热硫化模具中进行硫化；硫化温度控制在150℃，硫化时间为17min，硫化压力为15Mpa；

(6)硫化结束，取出成品。

本发明实施例3公开了一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，具体包括以下步骤：

(1)原料准备与处理：

a：按质量份计，取生胶150份、粘土18份、碳纳米管6份、偶联剂Si691.5份、***纤维4.5份、LIG-FLEX601-75 3.5份、纳米氧化锌2份、石油树脂10份、微晶蜡6份、ZnLaDC 3份、页岩灰4.5份备用；生胶为天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶按重量比3∶1.8∶1.5混合而成；

b：将生胶、***纤维、偶联剂Si69、纳米氧化锌、粘土加入开炼机塑炼110s，温度控制在158℃，得到混炼胶b；

c：将混炼胶b放入密炼机中，加入LIG-FLEX601-75、石油树脂、碳纳米管、页岩灰、微晶蜡、ZnLaDC温度控制在105℃，时间为120s，即得橡胶履带混炼胶；

(2)金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂；

d：将金属芯棒用30#棕刚玉进行机械喷砂处理，喷砂时间20min，喷砂结束后将金属芯棒表面吹洗干净；

e：将经过步骤d处理后金属芯棒超声清洗12min；

f：将清洗后的金属芯棒先浸涂底胶PLT815后置于75℃温度下完全干燥，再浸涂面胶821LF后置于75℃温度下完全干燥，备用；

(3)预硫化：将橡胶履带混炼胶用电子束辐照，辐照剂量为120kGy；

(4)成型：将辐照后的橡胶履带混炼胶置于有金属芯棒的履带成型机中成型；

(5)电磁加热硫化：将步骤(4)中成型后的橡胶履带置于电磁加热硫化模具中进行硫化；硫化温度控制在148℃，硫化时间为16min，硫化压力为12Mpa；

(6)硫化结束，取出成品。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

试验例1

本发明硫化工艺制得的大尺寸橡胶履带成品性能测定

将实施例1、实施例2和实施例3制备得到的大尺寸橡胶履带成品进行耐切割性能等其他力学性能的测定，测定方法如下：

①、耐切割性能：使用橡胶动态耐切割试验机(RCC1，北京万汇一方科技发展有限公司)测定，轮胎转数为720rad/min，打击次数为120次/min，刀具外形尺寸6.3×6.3×22.0mm，刀尖角度60°，刀锋利度0.015-0.020mm，记录20min后切割损失量。

②橡胶履带成品的其他性能按照相应国家标准进行测试。

表1-各个实施例制备的大尺寸橡胶履带成品性能测试结果

从表1可以看出，通过本发明的硫化工艺制备得到的大尺寸橡胶履带具有优异的耐磨损，耐切割、屈挠以及力学性能。

试验例2

本发明硫化工艺制得的大尺寸橡胶履带成品耐老化性能测定

将实施例1、实施例2和实施例3制备得到的大尺寸橡胶履带成品用功率为40Wx4的紫外灯进行照晒1500h，同时保持试验温度为50℃，紫外灯波谱中心波长为340nm。测定其耐切割性能等其他力学性能，测定方法同试验例1一致。测试结果见表2。

表2-紫外老化后各个实施例制备的大尺寸橡胶履带成品性能测试结果

从表2可以看出，经过紫外1500h老化后，通过本发明的硫化工艺制备的大尺寸橡胶履带仍然具有较好的耐磨损，耐切割、屈挠以及力学性能，回弹率也能达到50％，说明紫外耐老化性能好。

试验例3

不同的硫化工艺对大尺寸橡胶履带成品性能的影响

将经过实施例3和对比例1的硫化工艺制备得到的大尺寸橡胶履带测定其耐切割性能等其他力学性能，测定方法同试验例1一致。测试结果见表3。

本发明实施例3的大尺寸橡胶履带硫化工艺为：原料准备与处理→金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂→预硫化→成型→电磁加热硫化→取出成品。

对比例1的大尺寸橡胶履带的硫化工艺为：原料准备与处理→金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂→预硫化→成型→普通加热硫化→取出成品。所述的普通加热硫化为：平板硫化机热板→模具上、下模板→模具中模板→橡胶材料上、下表面→橡胶材料侧面，从而实现对橡胶材料的全面加热。

上述对比例1和实施例3的其他操作步骤完全一致。

表3-不同的硫化工艺对大尺寸橡胶履带成品性能的测试结果

从表3明显可知，对比例1和实施例3在其他操作步骤完全一致的情况下，经过本发明的电磁加热硫化方式制得的橡胶履带耐切割、耐磨以及其他力学性能均优于普通加热硫化方式制得的大尺寸橡胶履带。普通加热硫化采用平板硫化机进行大尺寸橡胶履带制品的硫化，硫化模具发热元件产生的热量通过热板向硫化模具进行纵向传导时，不能同步加热整个硫化模具，致使大尺寸的橡胶履带制品不同部位的硫化温度存在显著差异，硫化不均匀，从而性能不稳定且较差，寿命更短。

试验例4

预硫化步骤对大尺寸橡胶履带制品性能的影响

将经过实施例3和对比例2的硫化工艺制备得到的大尺寸橡胶履带测定其耐切割性能等其他力学性能，测定方法同试验例1一致。测试结果见表4。

本发明实施例3的大尺寸橡胶履带硫化工艺为：原料准备与处理→金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂→预硫化→成型→电磁加热硫化→硫化结束，取出成品。

对比例2的大尺寸橡胶履带的硫化工艺为，原料准备与处理→金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂→成型→电磁加热硫化→硫化结束，取出成品。

上述对比例2和实施例3的其他操作步骤完全一致。

表4-预硫化步骤对大尺寸橡胶履带制品性能的测定结果

从表4明显可以看出，进行了预硫化步骤后制备的大尺寸橡胶履带的性能优于未进行预硫化步骤制备得到的大尺寸橡胶履带的性能。

Claims (8)

1.一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)原料准备与处理：

a：取生胶、粘土、碳纳米管、硅烷偶联剂、***纤维、防老剂、纳米氧化锌、抗撕裂树脂、微晶蜡、硫化促进剂、页岩灰备用；

b：将生胶、***纤维、硅烷偶联剂、纳米氧化锌、粘土加入开炼机塑炼，得到混炼胶b；

c：将混炼胶b放入密炼机中，加入防老剂、抗撕裂树脂、碳纳米管、页岩灰、微晶蜡、硫化促进剂混炼，即得橡胶履带混炼胶；

(2)金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂；

(3)预硫化：将橡胶履带混炼胶用电子束辐照；

(4)成型：将辐照后的橡胶履带混炼胶置于有金属芯棒的履带成型机中成型；

(5)电磁加热硫化：将步骤(4)中成型后的橡胶履带置于电磁加热硫化模具中进行硫化；

(6)硫化结束，取出成品。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于；步骤a中按质量份计，生胶100-200份、粘土15-20份、碳纳米管5-7份、硅烷偶联剂1-2份、***纤维4-5份、防老剂2-5份、纳米氧化锌1-3 份、抗撕裂树脂6-11份、微晶蜡4-8份、硫化促进剂2-4份、页岩灰3-6份。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于：生胶为天然橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶按重量比2-4∶1.5-2∶1-2混合而成；防老剂为LIG-FLEX601-75；硫化促进剂为二乙基二硫代氨基甲酸锌镧配合物；抗撕裂树脂为石油树脂；硅烷偶联剂为偶联剂Si69。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于：步骤b的塑炼时间100-120s，温度控制在155-160℃；步骤c的混炼温度控制在100-110℃，时间为110-130s。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于，金属芯棒表面处理及涂覆胶黏剂的具体操作步骤；

d：将金属芯棒用30#棕刚玉进行机械喷砂处理，喷砂时间15-30min，喷砂结束后将金属芯棒表面吹洗干净；

e：将经过步骤d处理后金属芯棒超声清洗10-15min；

f：将清洗后的金属芯棒依次浸涂底胶和面胶，备用。

6.根据权利要求5所述的一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于，在步骤f中浸涂的底胶为PLT815胶黏剂；面胶为821LF；步骤f的具体操作为：将清洗后的金属芯棒先浸涂底胶PLT815后置于70-80℃温度下完全干燥，再浸涂面胶821LF后置于70-80℃温度下完全干燥。

7.根据权利要求1所述的一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于：预硫化步骤中电子束辐照剂量为100-150kGy。

8.根据权利要求1所述的一种大尺寸橡胶履带的硫化工艺，其特征在于：电磁加热硫化时，硫化温度控制在145-150℃，硫化时间为15-17min，硫化压力为10-15Mpa。