一种纳米杂化填料增强橡胶材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米杂化填料增强橡胶材料，由如下重量份的原料制备而成：天然橡胶40‑50份、辅料橡胶20‑30份、杂化填料5‑7份、白炭黑10‑12份、二氧化铈2‑3份、石棉纤维2‑3份、四氢呋喃35‑45份、油11‑15份、硬脂酸1‑2份、纳米氧化锌4‑6份、促进剂0.7‑0.8份、硫磺3‑5份、防老剂0.6‑1份；本发明专利技术还公开了所述橡胶材料的制备工艺。本发明专利技术通过以天然橡胶和辅料橡胶作为橡胶基体，辅料橡胶包括三元乙丙橡胶、丁氰橡胶、氟橡胶和顺丁橡胶，辅料橡胶对天然橡胶起到互补作用，得到性能优良的橡胶基体；通过杂化填料和白炭黑、二氧化铈和石棉纤维的复配，对橡胶具有补强作用，提高橡胶材料的力学和耐磨性能，从而提高橡胶材料的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米杂化填料增强橡胶材料及其制备工艺
本专利技术属于橡胶材料
，具体地，涉及一种纳米杂化填料增强橡胶材料及其制备工艺。
技术介绍
橡胶材料的力学性能对橡胶材料制品使用性能至关重要。改进橡胶材料的力学性能一直是所属领域的科技工作者关注的课题。普遍做法是在橡胶材料基体中填加无机填料，通过填料来改进橡胶材料的力学性能。石墨烯与碳纳米管具有大比表面积、优异的力学性能、导电性能和阻隔性能，是一种理想的橡胶材料改性填料，已成功地用于增强橡胶材料的力学性能。石墨烯和碳纳米管在聚合物基体材料中分散不好，团聚明显，聚合物复合材料性能不均匀。再者，耐磨性是某些橡胶制品的重要技术指标，它直接关系到轮胎、输送带、胶鞋、动密封件等许多橡胶制品的使用寿命。因此，研究橡胶的耐磨性具有重要的意义。磨耗性能是与橡胶制品的使用寿命密切相关的一项非常重要的力学性能指标，其主要表征橡胶制品在受到外界摩擦力的作用下因材料表面破坏而产生磨损的抵抗能力。为了提高橡胶制品的耐磨性和使用寿命，降低能耗，节约成本，国内外的专家和学者对此进行了广泛而且深入的研究，因此，橡胶的磨损磨耗研究一直是当今材料摩擦学领域研究的热点之一。同时橡胶制品的老化是橡胶材料应用中十分突出的问题，橡胶材料在放置及使用过程中会出现发粘、变软、变色、变硬及变脆等问题，产生物理力学性能变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米杂化填料增强橡胶材料及其制备工艺，通过以天然橡胶和辅料橡胶作为橡胶基体，辅料橡胶包括三元乙丙橡胶、丁氰橡胶、氟橡胶和顺丁橡胶，辅料橡胶对天然橡胶起到互补作用，得到性能优良的橡胶基体；通过杂化填料和白炭黑、二氧化铈和石棉纤维的复配，对橡胶基体具有补强作用，提高橡胶材料的力学性能和耐磨性能，从而提高橡胶材料的使用寿命；本专利技术的工艺简单，易于控制，成本低，易于工业化，适宜面广，具有良好的经济效益和社会效益。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种纳米杂化填料增强橡胶材料，由如下重量份的原料制备而成：天然橡胶40-50份、辅料橡胶20-30份、杂化填料5-7份、白炭黑10-12份、二氧化铈2-3份、石棉纤维2-3份、四氢呋喃35-45份、油11-15份、硬脂酸1-2份、纳米氧化锌4-6份、促进剂0.7-0.8份、硫磺3-5份、防老剂0.6-1份；所述橡胶材料由如下步骤制备而成：步骤一、将杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维加入四氢呋喃中，60-100W超声条件下进行机械搅拌6-10h，使得杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维均匀分散在四氢呋喃中，获得填料分散液；步骤二、将天然橡胶和辅料橡胶加入橡胶密炼机，混合1-5min，升高密炼机温度至110-160℃，加入填料分散液，继续混炼5-15min，待水分蒸发完毕，采用热空气烘干；步骤三、将油、硬脂酸、纳米氧化锌、促进剂、硫磺和防老剂依次加入橡胶密炼机，混炼2-5min后出片，停放18-30h，硫化成型，得橡胶片；步骤四、将橡胶片放在平板硫化机上进行模压成型，进而制得橡胶材料；其中，硫化压力为10-20MPa，硫化温度为150-170℃，硫化时间为20-40min，热压时间为2-4h。进一步地，所述辅料橡胶包括三元乙丙橡胶、丁氰橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶，三元乙丙橡胶、丁氰橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶按照质量之比为1：0.2-0.3:0.5-0.7:1.1-1.2复配而成。进一步地，所述促进剂为二硫化二苯并噻唑、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸锌中一种或多种。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体、2-巯基苯并咪唑、N,N'-二丁基二硫代氨基甲酸镍、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺中一种或多种。进一步地，所述油为橡胶类用油。进一步地，所述杂化填料由如下方法制备：(1)称取6g脱脂棉进行粉碎，放入170mL的58％硫酸溶液中，将体系置于55℃水浴中搅拌2h，然后将混合液倒入600mL去离子水中，静置后离心，收集悬浊液，用去离子水透析至中性，将透析后的悬浊液冷冻干燥，制得纤维素纳米晶；(2)称取16g纤维素纳米晶加入40mL无水乙醇中，再加入120mL质量分数为6％的尿素溶液，180r/min室温下搅拌12h，抽滤，将抽滤后的纤维素纳米晶转移至100mL无水乙醇中，180r/min搅拌30min，抽滤，得到预处理纤维素纳米晶；(3)将预处理的纤维素纳米晶加入150mL无水乙醇中，250r/min搅拌10min，再常温超声16-18min，得到纤维素纳米晶悬浮液，备用；(4)将12g正硅酸乙酯和1.3g硅烷偶联剂KH-570加入到装有80mL无水乙醇的三口烧瓶中，水浴加热至60℃，采用恒压滴液漏斗将纤维素纳米晶悬浮液逐滴加入到其中，滴加完成后，60℃恒温磁力搅拌6h，加入氨水调节体系pH至8-9，继续反应1h；(5)待反应液静置30min后，将反应液抽滤，并置于80℃真空干燥箱中干燥6h，制得杂化填料。一种纳米杂化填料增强橡胶材料的制备工艺，包括如下步骤：步骤一、将杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维加入四氢呋喃中，60-100W超声条件下进行机械搅拌6-10h，使得杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维均匀分散在四氢呋喃中，获得填料分散液；步骤二、将天然橡胶和辅料橡胶加入橡胶密炼机，混合1-5min，升高密炼机温度至110-160℃，加入填料分散液，继续混炼5-15min，待水分蒸发完毕，采用热空气烘干；步骤三、将油、硬脂酸、纳米氧化锌、促进剂、硫磺和防老剂依次加入橡胶密炼机，混炼2-5min后出片，停放18-30h，硫化成型，得橡胶片；步骤四、将橡胶片放在平板硫化机上进行模压成型，进而制得橡胶材料；其中，硫化压力为10-20MPa，硫化温度为150-170℃，硫化时间为20-40min，热压时间为2-4h。本专利技术的有益效果：本专利技术在橡胶材料的原料中采用杂化填料代替了部分白炭黑，杂化填料的形成过程是通过尿素溶液对纤维素纳米晶进行预处理，能够破坏纤维素纳米晶的非晶区，从而使TEOS渗透到纤维素纳米晶的内部，使纤维素纳米晶的内部和表面都均匀负载有SiO2纳米粒子，纤维素纳米晶表面的-OH与SiO2会形成分子间氢键，使得SiO2牢固负载于纤维素纳米晶表面，得到牢固的杂化填料；通过将杂化填料加入橡胶基体，一方面能够降低白炭黑填料网络的密度；另一方面加入的杂化填料能够占据白炭黑填料网络的节点，使白炭黑网络难以形成，减少白炭黑填料网络打破-重建过程中的能量消耗，降低压缩生热，同时杂化填料能够增加白炭黑和橡胶基体的相互作用，提高橡胶材料的耐磨性能，提高其使用寿命；本专利技术在橡胶材料的原料中添加了二氧化铈和石棉纤维，CeO2表面的铈原子易结合自由基，能促进大分子链的增长，即交联反应增加，故氟橡胶交联密度增加，当石棉纤维协同CeO2使用时，石棉纤维会促进CeO2在氟橡胶中的分布，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米杂化填料增强橡胶材料，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：天然橡胶40-50份、辅料橡胶20-30份、杂化填料5-7份、白炭黑10-12份、二氧化铈2-3份、石棉纤维2-3份、四氢呋喃35-45份、油11-15份、硬脂酸1-2份、纳米氧化锌4-6份、促进剂0.7-0.8份、硫磺3-5份、防老剂0.6-1份；/n所述橡胶材料由如下步骤制备而成：/n步骤一、将杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维加入四氢呋喃中，60-100W超声条件下进行机械搅拌6-10h，使得杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维均匀分散在四氢呋喃中，获得填料分散液；/n步骤二、将天然橡胶和辅料橡胶加入橡胶密炼机，混合1-5min，升高密炼机温度至110-160℃，加入填料分散液，继续混炼5-15min，待水分蒸发完毕，采用热空气烘干；/n步骤三、将油、硬脂酸、纳米氧化锌、促进剂、硫磺和防老剂依次加入橡胶密炼机，混炼2-5min后出片，停放18-30h，硫化成型，得橡胶片；/n步骤四、将橡胶片放在平板硫化机上进行模压成型，进而制得橡胶材料；其中，硫化压力为10-20MPa，硫化温度为150-170℃，硫化时间为20-40min，热压时间为2-4h。/n...

【技术特征摘要】
1.一种纳米杂化填料增强橡胶材料，其特征在于，由如下重量份的原料制备而成：天然橡胶40-50份、辅料橡胶20-30份、杂化填料5-7份、白炭黑10-12份、二氧化铈2-3份、石棉纤维2-3份、四氢呋喃35-45份、油11-15份、硬脂酸1-2份、纳米氧化锌4-6份、促进剂0.7-0.8份、硫磺3-5份、防老剂0.6-1份；
所述橡胶材料由如下步骤制备而成：
步骤一、将杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维加入四氢呋喃中，60-100W超声条件下进行机械搅拌6-10h，使得杂化填料、白炭黑、二氧化铈、石棉纤维均匀分散在四氢呋喃中，获得填料分散液；
步骤二、将天然橡胶和辅料橡胶加入橡胶密炼机，混合1-5min，升高密炼机温度至110-160℃，加入填料分散液，继续混炼5-15min，待水分蒸发完毕，采用热空气烘干；
步骤三、将油、硬脂酸、纳米氧化锌、促进剂、硫磺和防老剂依次加入橡胶密炼机，混炼2-5min后出片，停放18-30h，硫化成型，得橡胶片；
步骤四、将橡胶片放在平板硫化机上进行模压成型，进而制得橡胶材料；其中，硫化压力为10-20MPa，硫化温度为150-170℃，硫化时间为20-40min，热压时间为2-4h。


2.根据权利要求1所述的一种纳米杂化填料增强橡胶材料，其特征在于，所述辅料橡胶包括三元乙丙橡胶、丁氰橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶，三元乙丙橡胶、丁氰橡胶、氟橡胶、顺丁橡胶按照质量之比为1：0.2-0.3:0.5-0.7:1.1-1.2复配而成。


3.根据权利要求1所述的一种纳米杂化填料增强橡胶材料，其特征在于，所述促进剂为二硫化二苯并噻唑、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二乙基二硫代氨基甲酸锌中一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种纳米杂化填料增强橡胶材料，其特征在于，所述防老剂为2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、2-巯基苯并咪唑、N,N'-二丁基二硫代氨基甲酸镍、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺中一种或多种。


5.根据权利要求1所述的一种纳米杂化填料增强橡胶材料，其特征在于，所述油为橡胶类用油...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻跃琴，
申请(专利权)人：杭州睿琦化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33