一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于橡胶材料领域，具体涉及一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料及其制备方法。复合橡胶材料的原料包括如下重量份数的组分：三元乙丙橡胶：70～30份、氯磺化聚乙烯：30～70份、补强剂：30～60份、阻燃材料：25～50份、石蜡油：5～15份、抗臭氧剂：5～12份、氧化锌：4～6份、硬脂酸：0.3～1份。本发明专利技术的阻燃复合橡胶在制备过程中，先将三元乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯及氧化镁三种材料进行合炼，再分步添加活性剂、大料和油料，进行低温混炼，且无需高温条件，生产工艺简单、节能、高效。本发明专利技术通过合理的配方设计和工艺优化，制得的复合橡胶材料具有抗高浓度臭氧特性和良好的阻燃性能，在臭氧发生器上能抗200ppm的臭氧浓度而保持完好。

【技术实现步骤摘要】
一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料及其制备方法
本专利技术属于橡胶材料领域，具体涉及一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料及其制备方法。
技术介绍
臭氧具有极强的氧化性和杀菌性能，可广泛应用于饮用水净化、食品加工存储、果蔬保鲜、空气净化、医疗卫生、化学氧化等领域。目前，我国对臭氧的应用浓度一般不超过10ppm，而在临床医疗中的应用可能会达到20ppm，而臭氧发生器局部浓度可高达170～300ppm，输出浓度也可达到150ppm。因而臭氧发生器对配件有很高的要求，通常使用耐臭氧、耐老化且绝缘性能良好的橡胶材料。但目前用于臭氧发生器的绝缘橡胶多为单胶种，或加入少量防老剂或抗臭氧剂，而当臭氧浓度超过30ppm后，就容易出现龟裂，无法正常使用。并且臭氧发生器的高压电弧裂解氧气，局部瞬间高温，会使胶垫击穿、烧焦甚至着火，若臭氧发生器橡胶配件的性能太差，就有可能导致安全事故，带来严重后果。作为臭氧发生器配件的橡胶材料不仅要有良好的电绝缘性、耐臭氧、耐老化性能，还要有很好的耐热变形和阻燃性能。三元乙丙橡胶(EPDM)主链由化学稳定的饱和烃组成，侧链含有不饱和双键，因而具备优异的耐老化性能，有一定耐臭氧能力，但阻燃性能差，对于利用高压电离产生高浓度臭氧的臭氧发生器仍不适用。通过橡胶配方设计对橡胶进行改性十分必要，如中国专利申请CN108485013A将氯丁橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶和三元乙丙橡胶共用，同时添加多种阻燃剂和防老剂，使制得的复合橡胶有较好的阻燃性、耐臭氧性和耐油性，但其仅能达到耐50pphm浓度臭氧的效果。尽管已有不少研究通过改性处理提高三元乙丙橡胶的耐老化性或阻燃性能，但目前的阻燃橡胶材料都难以达到很好的抗高浓度臭氧的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，通过合理的配方设计和工艺优化，提供一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料及其制备方法。本专利技术的上述目的通过以下技术方案得以实施：一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，所述复合橡胶材料的原料包括如下重量份数的组分：三元乙丙橡胶：70～30份、氯磺化聚乙烯：30～70份、补强剂：30～60份、阻燃材料：25～50份、石蜡油：5～15份、抗臭氧剂：5～12份、氧化锌：4～6份、氧化镁：2～5份、硬脂酸：0.3～1份、加工助剂：1～3.5份、硫化剂：1.8～4.6份、颜料：1～5份、交联助剂：0.6～1.8份。进一步地，本专利技术所述复合橡胶材料的原料包括如下重量份数的组分：三元乙丙橡胶：70～60份、氯磺化聚乙烯：30～40份、补强剂：45～55份、阻燃材料：35～45份、石蜡油：8～12份、抗臭氧剂：7～10份、氧化锌：4～5份、氧化镁：3～4份、硬脂酸：0.3～0.6份、加工助剂：2～3份、硫化剂：2.2～4份、颜料：1～3.5份、交联助剂：0.8～1.2份。三元乙丙橡胶(EPDM)有较好的耐臭氧性能，但阻燃性能差，在靠电弧产生臭氧的环境下安全性较差，而氯磺化聚乙烯(CSM)具有优异的耐热、耐臭氧性能，但弹性弱、加工性能差，且活性氯有较强的腐蚀性，高温压缩会产生较大的永久变形。而本专利技术将EPDM和CSM并用，能够实现互补增效，CSM释放的含氯物质可使胶料热老化过程中形成的过氧化物分解，提高复合橡胶材料的耐热老化性能和阻燃性能，而EPDM和其他助剂的添加也可改善CSM的工艺性能和机械性能，使复合橡胶材料的综合性能得到大大改善。本专利技术的阻燃复合橡胶材料具有抗高浓度臭氧的特性，用于臭氧发生器零配件材料能在高浓度臭氧条件下保持完好，耐臭氧浓度不低于200ppm。进一步地，本专利技术所述补强剂为白炭黑、滑石粉、硫酸钡、煅烧高岭土中的至少两种。进一步优选，本专利技术所述补强剂为白炭黑和硫酸钡的混合物，白炭黑和硫酸钡的质量比3～5:1。进一步地，本专利技术所述阻燃材料为三氧化二锑和十溴二苯乙烷的混合物。进一步优选，本专利技术所述阻燃材料中三氧化二锑和十溴二苯乙烷的质量比为1:2～4。进一步地，本专利技术所述抗臭氧剂为防老剂NBC、AFS、BLE、微晶蜡、4030中的至少两种。进一步优选，本专利技术所述抗臭氧剂为防老剂AFS和微晶蜡的混合物，防老剂AFS和微晶蜡的质量比为1:5～9。防老剂种类繁多，单独使用一种防老剂起到的效果有限，而专利技术人在摸索过程中意外发现在防老剂AFS中添加适量微晶蜡不但能提高抗臭氧老化、抗热氧化性能，有很好的臭氧龟裂、屈挠龟裂防护特性，还能改善不同橡胶之间的相容性，使得到的复合橡胶物理性能得到改善。进一步地，本专利技术所述加工助剂为硬脂酸盐、金属皂类、酰胺类加工助剂中的一种或多种。进一步地，本专利技术所述硫化剂为双二五硫化剂、硫化剂DCP、硫化剂BIBP中的至少一种。进一步地，本专利技术所述交联助剂为TAIC、TAC、TRIM/S、间苯撑双马来酰亚胺中的至少一种。本专利技术的另一目的在于提供一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：(1)按比例称取各组分原料；(2)先将三元乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯及氧化镁投入密炼机，设置密炼机的温度为40～60℃，进行密炼，得到合炼橡胶；(3)将抗臭氧剂、氧化锌、硬脂酸、加工助剂投入密炼机中，设置密炼机的温度为55～70℃，进行密炼；(4)将补强剂、阻燃材料、石蜡油投入密炼机中设置密炼机的温度为60～80℃，进行密炼，得到混合胶料；(5)排胶出片，冷却，常温下放置24小时以上；(6)再将混合胶料投入开炼机，加入颜料、硫化剂和交联助剂进行混炼，得到厚度为5～7mm的阻燃复合橡胶材料。本专利技术的阻燃复合橡胶在制备过程中，先将三元乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯和氧化镁三种材料进行合炼，使三者充分混合，再分步添加活性剂、大料和油料进行共混密炼，可改善不同物料之间的相容性，也有助于减少能耗和设备损耗。本专利技术中的氧化镁可作为增粘剂，先将其与三元乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯一起投入密炼机，使两种生胶之间粘接强度增大，相互扩散融合形成均相，还能促进CSM的硫化。并且，本专利技术在密炼排胶出片后需常温放置24小时以上，使固态物料与液态物料充分浸润，分布更加均匀，同时恢复橡胶的疲劳特性，有利于延长硫化焦烧期，以确保生产操作的安全性。进一步优选，本专利技术制备方法中步骤(2)设置密炼机的温度为60℃，步骤(3)设置密炼机的温度为65℃，步骤(4)设置密炼机的温度为80℃。本专利技术采用低温混炼的工艺方法，可解决氯磺化聚乙烯高温脱氯的问题。由于生胶在合炼过程中会放出热量，导致系统温度升高，而密炼温度过高会导致CSM脱氯，产生氯气危害人体和环境。因此，本专利技术在步骤(1)橡胶合炼过程中设置密炼机温度不超过60℃，而加入补强剂后，不同物料在混合过程中摩擦生热，导致温度进一步提高。但若密炼温度设定太低，生胶不易软化，表现出一定的塑料性质，硬度和脆性增加，难以和其他添加剂混合均匀。进一步地，本专利技术制备方法中，步骤(2)中密炼的时间为1～3min，步骤(3)中密炼的时间为1～3min，步骤(4)中密炼的时间为4～8mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，其特征在于，所述复合橡胶材料的原料包括如下重量份数的组分：三元乙丙橡胶：70～30份、氯磺化聚乙烯：30～70份、补强剂：30～60份、阻燃材料：25～50份、石蜡油：5～15份、抗臭氧剂：5～12份、氧化锌：4～6份、氧化镁：2～5份、硬脂酸：0.3～1份、加工助剂：1～3.5份、硫化剂：1.8～4.6份、颜料：1～5份、交联助剂：0.6～1.8份。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，其特征在于，所述复合橡胶材料的原料包括如下重量份数的组分：三元乙丙橡胶：70～30份、氯磺化聚乙烯：30～70份、补强剂：30～60份、阻燃材料：25～50份、石蜡油：5～15份、抗臭氧剂：5～12份、氧化锌：4～6份、氧化镁：2～5份、硬脂酸：0.3～1份、加工助剂：1～3.5份、硫化剂：1.8～4.6份、颜料：1～5份、交联助剂：0.6～1.8份。


2.根据权利要求1所述的抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，其特征在于，复合橡胶材料中三元乙丙橡胶的重量份数不低于氯磺化聚乙烯的重量份数。


3.根据权利要求1所述的抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，其特征在于，所述补强剂为白炭黑、滑石粉、硫酸钡、煅烧高岭土中的至少两种。


4.根据权利要求1所述的抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，其特征在于，所述抗臭氧剂为防老剂NBC、AFS、BLE、微晶蜡、4030中的至少两种。


5.根据权利要求4所述的抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，其特征在于，所述抗臭氧剂为防老剂AFS和微晶蜡的混合物，防老剂AFS和微晶蜡的质量比为1:5～9。


6.根据权利要求1所述的抗高浓度臭氧的阻燃复合橡胶材料，其特征在于，所述硫化剂为双二五硫化剂、硫化剂DCP、硫化剂BIBP中的至少一种。


7.根据权利要求1所述的抗高浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江龙，古伍贤，初浩晖，古小军，李雷，唐科荣，刘小团，
申请(专利权)人：宁波柯林斯橡塑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33