CN115197481B - 一种自润滑高耐久天然橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自润滑高耐久天然橡胶材料及其制备方法，属于橡胶材料技术领域，按重量份计包括以下原料：天然橡胶100份、氧化锌5‑10份、硬脂酸1‑3份、防老剂3‑6份、复合石蜡2‑5份、润滑剂3‑8份、偶联剂3‑5份、气相法白炭黑20‑40份、炭黑N550 20‑40份、硫磺1‑4份、促进剂1‑4份、N‑环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0‑0.5份；本发明的配方中复合石蜡和脂肪酸酰胺类润滑剂组成自润滑体系，可以有效消除制品异响；本发明配方中选择气相法白炭黑和炭黑N550共用，可以有效提高天然橡胶材料的机械性能；将三种成分防老剂相互协同并用，能有效提升天然橡胶的耐久性能。
Description
技术领域
本发明属于橡胶材料技术领域，具体地，涉及一种自润滑高耐久天然橡胶材料及其制备方法。
背景技术
随着用车群体的不断扩大，人们对汽车的异响问题的要求越来越严格，汽车底盘中使用到众多橡胶材料，如悬架***中的衬套，但由于目前橡胶材料的摩擦系数大，尤其是在潮湿的阴雨天，橡胶材料与金属件之间相对运动，产生摩擦异响，造成整车的噪声增大。
发明专利CN105295120B公开了一种具有自润滑功效的衬套用橡胶，包括以下重量百分比的组分：天然橡胶55-59％、顺丁橡胶14-7％份、油酸酰胺0.7-2％、二硫化钼0.7-2％、碳纳米管0.7-2％、石墨3.5-4.1％、氧化锌3.5-3.2％、硬脂酸1％、防老剂6PPD 1.7-1％、防老剂TMQ 1％、微晶蜡2％、炭黑N330 13.8-13.1％、硫磺1.4-1.3％和促进剂CZ 1.0-1.3％；该发明使用油酸酰胺、二硫化钼、碳纳米管、石墨的四重润滑组合，来确保橡胶配制原料在摩擦的各个阶段，都能有很好的润滑效果；然而多种自润滑组分的混合，会对橡胶材料的强度和耐久度带来影响，通过数据可以看出该发明橡胶材料的强度和耐久度与传统橡胶材料相比存在差距。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自润滑高耐久天然橡胶材料及其制备方法，在保证橡胶材料自润滑性能减小摩擦系数的前提下，提高橡胶材料的强度和耐久度，延长其使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种自润滑高耐久天然橡胶材料，按重量份计包括以下原料：天然橡胶100份、氧化锌5-10份、硬脂酸1-3份、防老剂3-6份、复合石蜡2-5份、润滑剂3-8份、偶联剂3-5份、气相法白炭黑20-40份、炭黑N550 20-40份、硫磺1-4份、促进剂1-4份、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0-0.5份；其中，N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺作为防焦剂，能避免在高温硫化过程中发生“焦烧”现象，提高安全性和可靠性。
进一步地，所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物、N,N'-二苯基对苯二胺和N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺按照质量比1-2:1-2:1-2混合而成；防老剂选择三种成分，其中，N-N'-二苯基对苯二胺和N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺都是较为通用的防老剂，具有优良的抗屈挠龟裂和动态疲劳性能，对臭氧、光老化都有较好的效果，但单一用量过高时容易从橡胶材料中析出引起喷霜，因此少量使用；2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物对热、氧引起的老化防护效果显著，能有效提升天然橡胶的耐热老化性能；三种成分相互协同并用，以达到更加优异的耐久性能。
进一步地，所述润滑剂为脂肪酸酰胺类润滑剂，具体为油酸酰胺或芥酸酰胺中的一种。
进一步地，所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和2-巯醇基苯并噻唑按照质量比为1-3：0-1混合而成。
一种自润滑高耐久天然橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、一段混炼：将天然橡胶加入密炼机中混炼25-30s，然后加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、偶联剂、复合石蜡和润滑剂进行混炼至70-80℃，再加入气相法白炭黑和炭黑N550混炼至140-160℃后排胶，得到一段胶；
步骤S2、二段混炼：将一段胶停放8-16h后，加入硫磺、促进剂和N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺混炼至100-120℃后排胶，得到终炼胶；
步骤S3、硫化：将终炼胶成型后送入硫化机，在150-160℃下硫化12-20min，得到自润滑高耐久天然橡胶材料成品。
进一步地，步骤S1中在混炼至120℃和135℃时，提上顶栓各一次，时间为15-30s。
本配方橡胶材料的硬度在65左右，摩擦系数＜0.5，橡胶扯断强度达到23MPa左右，扯断伸长率在550％左右。
本发明的有益效果：
本发明配方主要由复合石蜡和脂肪酸酰胺类润滑剂组成自润滑体系，在橡胶材料硫化成型后，脂肪酸酰胺类润滑剂会逐渐迁移到橡胶材料表面形成润滑薄膜，降低橡胶摩擦系数至＜0.5，可以有效消除制品异响；
本发明的配方中选择气相法白炭黑和炭黑N550共用，气相法白炭黑补强效果与细粒子炭黑相近，但生热比细粒子炭黑低，配方中的偶联剂使气相法白炭黑与天然橡胶偶联，可以有效提高天然橡胶材料的强度和伸长率等机械性能；但气相法白炭黑的用量过大时，增硬效果反而会变差，主要是因为分散不佳的原因，因此采用与炭黑N550并用，炭黑N550属于中粒子炭黑，性能同细粒径炭黑相比在橡胶中分散更容易且生热较少，同粗粒子炭黑相比补强效果更好，与气相法白炭黑并用后橡胶具有优异的机械性能和加工性能；同时，考虑到气相法白炭黑呈弱酸性，会延长橡胶材料的硫化时间，因此，通过添加促进剂来调节硫化时间，促进剂的添加也能进一步提高配方强度和伸长率，最终橡胶扯断强度可达到23MPa左右，扯断伸长率在550％左右。
本发明配方中的防老剂选择2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物、N-N'-二苯基对苯二胺和N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺三种成分，三种成分相互协同并用，对热、氧、臭氧、光老化都具有较好的防护效果，能有效提升天然橡胶的耐热老化性能，达到更加优异的耐久性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种自润滑高耐久天然橡胶材料，按重量份计包括以下原料：
天然橡胶100份、氧化锌5份、硬脂酸1份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物1份、N,N'-二苯基对苯二胺1份、N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺1份、复合石蜡2份、油酸酰胺3份、偶联剂Si-69 3份、气相法白炭黑20份、炭黑N550 40份、硫磺1份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份。
该种自润滑高耐久天然橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将天然橡胶加入密炼机中混炼25s，然后加入氧化锌、硬脂酸、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物、N,N'-二苯基对苯二胺、N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺、偶联剂Si-69、复合石蜡和油酸酰胺进行混炼至70℃，再加入气相法白炭黑和炭黑N550混炼至140℃后排胶，得到一段胶；其中，在混炼至120℃和135℃时，提上顶栓各一次，时间为15s；
步骤S2、将一段胶停放8h后，加入硫磺和N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺混炼至100℃后排胶，得到终炼胶；
步骤S3、将终炼胶成型后送入硫化机，在150℃下硫化20min，得到自润滑高耐久天然橡胶材料成品。
实施例2
一种自润滑高耐久天然橡胶材料，按重量份计包括以下原料：
天然橡胶100份、氧化锌8份、硬脂酸2份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物1.5份、N,N'-二苯基对苯二胺1.5份、N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺1.5份、复合石蜡3份、油酸酰胺5份、偶联剂Si-694份、气相法白炭黑30份、炭黑N550 30份、硫磺3份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份、2-巯醇基苯并噻唑0.8份和N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.3份。
该种自润滑高耐久天然橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将天然橡胶加入密炼机中混炼28s，然后加入氧化锌、硬脂酸、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物、N,N'-二苯基对苯二胺、N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺、偶联剂Si-69、复合石蜡和油酸酰胺进行混炼至75℃，再加入气相法白炭黑和炭黑N550混炼至150℃后排胶，得到一段胶；其中，在混炼至120℃和135℃时，提上顶栓各一次，时间为20s；
步骤S2、将一段胶停放12h后，加入硫磺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、2-巯醇基苯并噻唑和N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺混炼至110℃后排胶，得到终炼胶；
步骤S3、将终炼胶成型后送入硫化机，在155℃下硫化16min，得到自润滑高耐久天然橡胶材料成品。
实施例3
一种自润滑高耐久天然橡胶材料，按重量份计包括以下原料：
天然橡胶100份、氧化锌10份、硬脂酸3份、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物2份、N,N'-二苯基对苯二胺2份、N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺2份、复合石蜡5份、芥酸酰胺8份、偶联剂Si-695份、气相法白炭黑40份、炭黑N550 20份、硫磺4份、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺3份、2-巯醇基苯并噻唑1份和N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.5份。
该种自润滑高耐久天然橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、将天然橡胶加入密炼机中混炼30s，然后加入氧化锌、硬脂酸、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物、N,N'-二苯基对苯二胺、N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺、偶联剂Si-69、复合石蜡和芥酸酰胺进行混炼至80℃，再加入气相法白炭黑和炭黑N550混炼至160℃后排胶，得到一段胶；其中，在混炼至120℃和135℃时，提上顶栓各一次，时间为30s；
步骤S2、将一段胶停放16h后，加入硫磺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、2-巯醇基苯并噻唑和N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺混炼至120℃后排胶，得到终炼胶；
步骤S3、将终炼胶成型后送入硫化机，在160℃下硫化12min，得到自润滑高耐久天然橡胶材料成品。
对比例1
本对比例与实施例2相比，将原料中的“气相法白炭黑30份、炭黑N550 30份”替换为“炭黑N550 60份”，其余原料和制备方法均相同，制得普通天然橡胶材料，此处不再赘述。
对比例2
本对比例与实施例2相比，将原料中的“2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物1.5份、N,N'-二苯基对苯二胺1.5份、N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺1.5份”替换为“N,N'-二苯基对苯二胺4.5份”，其余原料和制备方法均相同，制得普通天然橡胶材料，此处不再赘述。
将实施例1-实施例3和对比例1-对比例2制得的天然橡胶材料进行硬度(GB/T531)、强度(GB/T 528)、伸长率(GB/T 528)、摩擦系数(HG/T 2729)和耐久度的性能测试，其中，耐久度性能测试的条件为：径向力1.1±7.7kN，频率1Hz，同时扭转±15°，频率2Hz。测试数据详见下表1内容。
表1
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 硬度/邵尔(度) | 63 | 67 | 65 | 62 | 65 |
| 强度(MPa) | 23.1 | 24.5 | 21.8 | 19.2 | 22.8 |
| 伸长率(％) | 535 | 580 | 545 | 490 | 515 |
| 摩擦系数 | 0.48 | 0.42 | 0.45 | 0.46 | 0.43 |
| 耐久度(万次) | 12.9 | 14.4 | 13.6 | 12.7 | 9.5 |
由表1数据可知，本发明的自润滑高耐久橡胶材料能够保证较小的摩擦系数(＜0.5)，在应用到汽车底盘结构中，能够明显改善异响问题；同时，本发明制得的自润滑高耐久橡胶材料在保证低摩擦系数的前提下，还具有优异的机械性能(硬度、强度和伸长率)和耐久性能，在汽车底盘中有广泛的使用范围。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种自润滑高耐久天然橡胶材料，其特征在于，按重量份计包括以下原料：天然橡胶100份、氧化锌5-10份、硬脂酸1-3份、防老剂3-6份、复合石蜡2-5份、润滑剂3-8份、偶联剂3-5份、气相法白炭黑20-40份、炭黑N55020-40份、硫磺1-4份、促进剂1-4份、N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0-0.5份；所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物、N,N'-二苯基对苯二胺和N-(1,3二甲基丁基)-N'苯基对苯二胺按照质量比1-2:1-2:1-2混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种自润滑高耐久天然橡胶材料，其特征在于：所述润滑剂为脂肪酸酰胺类润滑剂，具体为油酸酰胺或芥酸酰胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种自润滑高耐久天然橡胶材料，其特征在于：所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和2-巯醇基苯并噻唑按照质量比为1-3：0-1混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种自润滑高耐久天然橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、将天然橡胶加入密炼机中混炼25-30s，然后加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、偶联剂、复合石蜡和润滑剂进行混炼至70-80℃，再加入气相法白炭黑和炭黑N550混炼至140-160℃后排胶，得到一段胶；
步骤S2、将一段胶停放8-16h后，加入硫磺、促进剂和N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺混炼至100-120℃后排胶，得到终炼胶；
步骤S3、将终炼胶成型后送入硫化机，在150-160℃下硫化12-20min，得到自润滑高耐久天然橡胶材料成品。
5.根据权利要求4所述的一种自润滑高耐久天然橡胶材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中在混炼至120℃和135℃时，提上顶栓各一次，时间为15-30s。
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