CN117820733A - 用于空气弹簧的橡胶混炼胶及空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于空气弹簧的橡胶混炼胶，其特征在于，其橡胶成分主要由天然橡胶、顺丁橡胶、反式异戊二烯组成，其中优选包含乙丙橡胶。本发明提供的空气弹簧用橡胶混炼胶，通过将天然橡胶、反式异戊二烯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶进行复合，所得的橡胶材料具有优异的耐疲劳性，由其制得的空气弹簧具有延长的使用寿命。另外，在优选的方案中，通过将反式异戊二烯橡胶与乙丙橡胶并用，在维持原有耐热老化前提下，有效地提高胶料的耐疲劳性及抗臭氧龟裂性能，进一步改善了空气弹簧疲劳寿命。

Description

用于空气弹簧的橡胶混炼胶及空气弹簧

技术领域

本发明涉及高分子材料，具体涉及橡胶混炼胶及橡胶空气弹簧。

背景技术

空气弹簧是在一个密封的容器中充入压缩空气，利用气体可压缩性实现其弹性作用，在汽车、航空、医疗器械、家具、机械制造等领域都有着广泛地应用。空气弹簧的主要核心部件为橡胶囊皮，空气弹簧的寿命主要取决于橡胶囊皮的寿命，具体取决于囊皮的耐疲劳性、耐臭氧、耐热老化性能，因此橡胶配方的设计要重点考量这些性能。现有技术制造空气弹簧的橡胶原料基本是采用天然橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶中一种或多种的组合，其中氯丁橡胶因其优异的物理性能，以及耐油性、耐热、耐臭氧，被广泛用于空气弹簧中。CN 116656020A公开一种抗疲劳的橡胶组合物，其以氯丁橡胶和液体顺丁橡胶为主材生产一种用于空气弹簧的橡胶组合物，CN 115521519 A本发明涉及一种橡胶气囊用橡胶组合物，其包括100份的混合胶料、25～50份补强剂、9份的硫化剂，所述混合胶料包括并用的氯丁橡胶与顺丁橡胶，旨在改善橡胶气囊的耐磨性、弹性和耐寒性。但是这些公开中的产品在耐疲劳性方面还有待提高，与国外先进技术相比还有较大差距。在苛刻的使用条件下，低温脆性无法满足要求，囊皮会过早发生龟裂。

发明内容

本发明的目的是进一步提供空气弹簧用橡胶混炼胶的耐疲劳性及抗臭氧龟裂性。

本发明的橡胶混炼胶，其橡胶成分主要由天然橡胶、顺丁橡胶、反式异戊二烯橡胶组成。

在一种典型实施方式中，所述橡胶成分主要包含天然橡胶45-55份、顺丁橡胶25-35份、反式异戊二烯橡胶10-20份。

作为进一步的优选，所述橡胶成分主要包含天然橡胶45-55份、顺丁橡胶27-32份、反式异戊二烯橡胶12-17份。

本发明的橡胶混炼胶中，所述橡胶成分进一步包含乙丙橡胶。乙丙橡胶的用量为5-15份，更优选在8-12份的范围。

本发明的橡胶混炼胶中，进一步含有补强剂，用量为橡胶主材总重的35-45％，其中优选炭黑。

本发明的橡胶混炼胶中，进一步含有软化剂，用量为橡胶主材总重的2-7％，其中优选环烷基橡胶油。

本发明提供的空气弹簧用橡胶混炼胶，通过将天然橡胶、反式异戊二烯橡胶与顺丁橡胶进行复合，所得的橡胶材料具有优异的耐疲劳性，由其制得的空气弹簧具有延长的使用寿命。另外，在优选的方案中，通过将反式异戊二烯橡胶与乙丙橡胶并用，在维持原有耐热老化前提下，有效地提高胶料的耐疲劳性及抗臭氧龟裂性能，进一步改善了空气弹簧疲劳寿命。

通过大量试验实践确定各组份的用量，该胶料具有突出的耐疲劳性，而且胶片有一定的挺性，加工作业性优，所生产的空气弹簧与国外先进产品做平行对比试验，橡胶囊皮的耐疲劳次数从300-350万次提升到400-450万次，产品未见开裂损坏，漏气试验符合标准，达到国外一流品牌同等品质水平。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合实施例对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

橡胶混炼胶的组成

根据本发明，用于空气弹簧的橡胶混炼胶中，橡胶主材主要由天然橡胶、顺丁橡胶和反式异戊二烯橡胶复合而成。在典型的实施方式中，这三种原料以质量份计按天然橡胶45-55、顺丁橡胶25-35、反式异戊二烯橡胶10-20的配比复合。在一种优选的实施方式中，这三种原料以天然橡胶45-55、顺丁橡胶27-32、反式异戊二烯橡胶12-17的配比复合。本发明通过这三种橡胶材料的复合，所获得的橡胶混炼胶具有优异的耐疲劳性。

可以用于本发明的天然橡胶包括标准胶、烟胶片、浓缩胶、白绉胶片、胶清橡胶和风干胶片等，其中优选标准胶。

在本发明的一个较佳实施方式中，橡胶混炼胶中还引入乙丙橡胶。乙丙橡胶是以乙烯和丙烯为基础单体合成的共聚物。橡胶分子链中依单体单元组成不同，分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶。前者为乙烯和丙烯的共聚物，以EPM表示；后者为乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃第三单体的共聚物，以EPDM表示。本发明优选EPDM，三元乙丙橡胶由于侧链上含有二烯烃，不但可以用硫磺硫化，而且还保持了二元乙丙橡胶的各种特性。在使用乙丙橡胶的情况下，乙丙橡胶的用量优选为5-15份，更优选在8-12份的范围。试验证实，引入乙丙橡胶可以显著延长橡胶制品的抗臭氧性能和使用寿命。

需要说明，为了本发明的目的，橡胶混炼胶采用前述橡胶材料为主材，并不排斥为了进一步优化产品性能的目的而添加其他橡胶成分的方案。但是在添加其橡胶成分的情况下，其用量优选不超过前述橡胶主材质量之和的15％，更优选不超过10％，例如，可以不超过5％。。

本发明的橡胶混炼胶中还含有常规量的补强剂，可以使用的补强剂包括炭黑，白炭黑、高岭土、膨润土滑石粉、云母粉碳酸钙、煤矸石粉、海泡石粉、长石粉等。其中，炭黑是最优选的补强性填料；高岭土又称瓷土，是由多种矿物组成的含水铝硅酸盐的集合体，主要有用成分是高岭石。作为补强填料，高岭土掺入橡胶后，形成有机高聚物(橡胶，基体相)-无机物(高岭土，分散相)复合材料，能改善橡胶制品的物理化学性能，如力学强度、耐磨性、稳定性、耐酸碱腐蚀性以及改善胶料的加工性能。膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿；滑石粉是水合硅酸镁的片状结晶；云母粉含有多种成分，主要有SiO₂，含量一般在49％左右，Al2O3含量在30％左右，可改善橡胶的物理机械性能、阻燃性、绝缘性、光泽等方面的性能，可用于特种橡胶制品；煤矸石粉为氧化硅和氧化镁的混合物，类似于高岭土，俗称硅铝炭黑，易混入橡胶，分散性好，可替代部分炭黑作为补强剂使用。海泡石粉的性能仅次于白炭黑。补强剂的用量以橡胶主材的总重量计可以在30-50％之间，例如可以在35-45％之间。

本发明的用于空气弹簧的橡胶混炼胶中还使用了软化剂，其用量优选为橡胶主材质量的2-7％。可以选用的软化剂包括石油系增塑剂、煤焦油系增塑剂、脂肪油系增塑剂、松油系增塑剂，例如但不限于润滑油、石蜡、液体石蜡、石油沥青、凡士林、低分子量聚异丁烯或聚丁烯、液体EPDM或EPM(乙烯-丙烯共聚物)、煤焦油沥青、蓖麻油、亚麻籽油、蜂蜡、无规聚丙烯和苯并呋喃茚树脂、KN4006环烷基橡胶油。

本发明的用于空气弹簧的橡胶混炼胶中还使用了硫化促进剂，其用量优选为橡胶主材质量的2-7％，优选在3-5％的范围。可以使用的硫化促进剂为硫磺、促进剂CZ、促进剂NS、防焦剂CTP及其组合。

本发明的用于空气弹簧的橡胶混炼胶中还使用了配合剂，该配合剂是氧化锌、硬脂酸、防老剂、防老剂、防老剂和防老剂的组合，合计用量优选为橡胶主材质量的2-15％，在一个典型实施方式中，该配合剂是氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA、防老剂4020、防老剂RD和防老剂AW的组合，用量为橡胶主材用量的7-12％。

制备工艺

(一)橡胶的塑炼：

将天然胶、反式异戊二烯橡胶、乙丙橡胶投入密炼机中进行密炼。设定好压力、温度和转速，通冷却水控制温度优选不超过150℃。压力可以在6.0±0.5kgf/c㎡的范围，转速30-50转/分钟。混炼过程中加入部分补强剂，加入后继续塑炼适宜的时间，直至橡胶材料充分软化，得到塑炼胶。

(二)橡胶的混炼：

将顺丁橡胶和塑炼胶投入密炼机中，继续密炼，期间加入剩余的补强剂和全部配合剂。用通冷却水控制温度不超过140℃，密炼机压力控制不低于5.0kgf/c㎡，转速30-50转/分钟，混炼期间再加入剩余的补强剂及配合剂，混炼一段时间后再注入软化剂，继续混炼至各胶料完全混合均匀后排料，制成混炼胶。

(三)橡胶的重炼：

为了有效的降低混炼胶门尼及提高胶料的分散效果，将混炼胶继续密炼，密炼机上压力控制在6.0±0.5kgf/c㎡，转速为30-50转/分钟，混炼至110℃清扫，后混炼至130℃排料，制成混炼胶C.

(四)橡胶的加促：

向密炼机中投入硫化剂和促进剂，控制温度不超过105℃，在20-30转/分钟的转速密炼，使得硫化剂和促进剂均匀分布在胶料中。

实施例1-5

本实施例中使用的原料如下：

天然橡胶为NR3L天然胶，由厦门化轻进出品有限公司提供；

顺丁橡胶为BR9000顺丁胶，由厦门化轻进出品有限公司提供；

反式异戊二烯橡胶由青岛竣翔科技有限公司提供；

乙丙橡胶为EPDM8120E，由日本三井化学提供；

补强剂为N774炭黑，由卡博特公司提供。

这里使用的配合剂由氧化锌、硬脂酸、防老剂4010NA、防老剂4020、防老剂RD、防老剂AW组成。硫化促进剂组合为硫磺、促进剂CZ、促进剂NS、防焦剂CTP，这些材料都可以从国内商购得到。

按照表1的配方取上述原料，进行下面的操作：

(1)密炼机通冷却水，密炼机上顶栓压力控制6.0±0.5kgf/c㎡，转速：40转/分钟，将天然胶、反式异戊二烯橡胶、乙丙橡胶投入密炼机中，混炼100秒后再加入部份的半补强炭黑，混炼至135℃清扫，后混炼至145℃排料，制成塑炼胶。

(2)密炼机通冷却水，密炼机上顶栓压力控制6.0±0.5kgf/c㎡，转速：40转/分钟，将塑炼胶与顺丁橡胶投入密炼机中，混炼30秒再加入剩余的半补强炭黑及配合剂，混炼50秒，提起上顶栓注入软化剂，混炼至125℃清扫，后混炼至140℃排料，制成混炼胶B.

(3)为了有效降低混炼胶门尼及提高胶料的分散效果，将混炼胶B按密炼机通冷却水，密炼机上顶栓压力控制6.0±0.5kgf/c㎡，转速：40转/分钟的条件再次投入到密炼机中，混炼至110℃清扫，后混炼至130℃排料，制成混炼胶C.

(4)密炼机通冷却水，密炼机上顶栓压力控制5.0±0.5kgf/c㎡，转速：25转/分钟，将混炼胶C与硫化剂、促进剂一同投入至密炼机中，混炼至95℃清扫，后混炼至105℃排料，制成混炼胶，然后进行硫化等后续步骤，直至得到根据本发明的用于空气弹簧的橡胶混炼胶。

(5)为了制备空气弹簧，将胶料压延成内外层胶片，与二层帘子布贴合成帘布筒，与两端钢丝圈反包成胎胚，硫化温度为160～170℃，硫化时间为15～20分钟，硫化完毕后，得到膜式空气弹簧。

表1.实施例1-5原料组成

抗臭氧的测试

用实施例1-5制备的橡胶材料制成长150、宽10cm、厚2mm的小片，用夹具两端夹位，拉伸20％，放入臭氧箱浓度为100pphm，温度为40℃抗臭氧箱中观察发生裂口时间。

耐疲劳性的测试

橡胶材料制成长150、宽25cm、厚7mm,中间有凹槽的试片夹持于屈挠机上进行弯曲疲劳，观察弯曲疲劳发生龟裂时的弯曲次数。

空气弹簧寿命的测试

将胶料压延成内外层胶片，与二层帘子布贴合成帘布筒，与两端钢丝圈反包成胎胚硫化成空气弹簧，将制成的空气弹簧总成安装于空气弹簧疲劳台架上，偏摆角度为5度，测定空气弹簧的寿命。

表2.实施例1-5及比较例所得橡胶片及空气弹簧的测试结果

从上述的表2可以看出，使用反式异戊二烯橡胶及并用乙丙橡胶EPDM8120E改善了抗臭氧性及屈挠性能实施例2使用反式异戊二烯橡胶超过20份，试样弯曲疲劳龟裂反而下降；实施例3使用15份反式异戊二烯橡胶时试样弯曲疲劳性能最好；实施例5在使用15份反式异戊二烯橡胶基础上增加10份EPDM8120E，抗臭氧性能明显提高，试样弯曲疲劳性能下降不明显，所生产的空气弹簧囊皮台架寿命明显提高，从而改善了空气弹簧的使用寿命。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于空气弹簧的橡胶混炼胶，其特征在于，其橡胶成分主要由天然橡胶、顺丁橡胶、反式异戊二烯橡胶组成。

2.如权利要求1所述的橡胶混炼胶，其橡胶成分以质量计主要包含天然橡胶45-55份、顺丁橡胶25-35份、反式异戊二烯橡胶10-20份。

3.如权利要求2所述的橡胶混炼胶，其橡胶成分主要包含天然橡胶45-55份、顺丁橡胶27-32份、反式异戊二烯橡胶12-17份。

4.如权利要求1至3任一项所述的橡胶混炼胶，其橡胶成分进一步包含乙丙橡胶。

5.如权利要求4所述的橡胶混炼胶，乙丙橡胶的用量为5-15份，更优选在8-12份的范围。

6.根据权利要求1所述的橡胶混炼胶，进一步含有补强剂，用量为橡胶主材总重的35-45％，其中优选炭黑。

7.根据权利要求1所述的橡胶混炼胶，进一步含有软化剂，用量为橡胶主材总重的2-7％，其中优选环烷基橡胶油。

8.根据权利要求1所述的橡胶混炼胶，进一步含有硫化促进剂，用量为橡胶主材总重的2-7％，其为硫磺、促进剂CZ、促进剂NS、防焦剂CTP的组合。

9.根据权利要求1所述的橡胶混炼胶，进一步含有配合剂，用量为橡胶主材总重的7-12％，该配合剂是氧化锌、硬脂酸、防老剂、防老剂、防老剂和防老剂的混合物。

10.一种空气弹簧，其有权利要求1至9任一项所述的橡胶混炼胶制成。