一种高耐磨复合橡胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及橡胶材料技术领域，具体公开一种高耐磨复合橡胶材料及其制备方法。所述高耐磨复合橡胶材料包括如下重量份数的各组分：天然橡胶30份～55份、高顺式聚丁二烯复合橡胶30份～55份、溶聚丁苯橡胶15份～30份、聚双环戊二烯树脂5份～7份、液体聚异戊二烯橡胶2份～4份、改性氧化石墨烯0.5份～1.5份、炭黑30份～40份、耐磨填料10份～15份、氧化锌4份～6份、硬脂酸1份～3份、硫磺2份～3份、偶联剂0.8份～1.6份、防老剂0.5份～2.5份和促进剂0.5份～2.5份。本发明专利技术采用天然橡胶/高顺式聚丁二烯复合橡胶/溶聚丁苯橡胶共混体系，以聚双环戊二烯树脂和液体聚异戊二烯橡胶作为增塑剂，交联密度高，相容性好，达到提高橡胶材料耐磨性能的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨复合橡胶材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及橡胶材料
，尤其涉及一种高耐磨复合橡胶材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着橡胶应用领域的不断扩展，人们对于橡胶的功能性也提出了更高的要求，例如应用于轮胎胎间垫胶层的橡胶材料，不仅需要良好的力学性能，还应具备低生热、高导热、耐摩擦和低滑动阻力等特点。天然橡胶(NR)是一种以顺
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1,4
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聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，具有弹性大、定伸强度高、抗撕裂性和电绝缘性优良等特点，因此在日常生活、医疗卫生、交通运输、工业、农业等领域有着广泛的应用。然而天然橡胶的耐磨性能一般，无法满足强烈摩擦场合的使用需求。
[0003]为了提高天然橡胶的耐磨性，一类方法是在橡胶中添加填料，如碳酸钙、炭黑、白炭黑和蒙脱土等，其能显著改善复合材料的机械性能、热学性能及电学性能，但是问题在于橡胶分子链一般为非极性的聚二烯烃材料，与大多数极性填料的相容性很差，依靠外部机械剪切作用很难将填料均匀分散在橡胶基底中，极易形成尺寸大的团聚体，或者迁移产生喷霜现象，严重影响橡胶材料的加工与性能。此外，与耐磨性优异的高聚物共混，也是提高天然橡胶耐磨性能的方法之一，然而并用的橡胶必须具有一定的相容性，否则难以形成分子级共混，导致复合橡胶材料在加工或其制品在使用过程中出现分离现象。因此，如何改善填料与橡胶基体，以及各橡胶胶料之间的相容性，是提高橡胶材料性能的关键。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提供一种高耐磨复合橡胶材料及其制备方法，采用天然橡胶/高顺式聚丁二烯复合橡胶/溶聚丁苯橡胶共混体系，选用聚双环戊二烯树脂和液体聚异戊二烯橡胶作为增塑剂，配以改性氧化石墨烯、硬质炭黑和耐磨填料，交联密度高，相容性好，达到提高橡胶材料耐磨性能的目的。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种高耐磨复合橡胶材料，包括如下重量份数的各组分：天然橡胶30份～55份、高顺式聚丁二烯复合橡胶30份～55份、溶聚丁苯橡胶15份～30份、聚双环戊二烯树脂5份～7份、液体聚异戊二烯橡胶2份～4份、改性氧化石墨烯0.5份～1.5份、炭黑30份～40份、耐磨填料10份～15份、氧化锌4份～6份、硬脂酸1份～3份、硫磺2份～3份、偶联剂0.8份～1.6份、防老剂0.5份～2.5份和促进剂0.5份～2.5份；其中，所述天然橡胶、高顺式聚丁二烯复合橡胶和溶聚丁苯橡胶的重量份数总和为100份。
[0007]相对于现有技术，本申请提供的高耐磨复合橡胶材料，具有以下优势：
[0008]本专利技术以天然橡胶为主胶，并用溶聚丁苯橡胶和高顺式聚丁二烯复合橡胶，其中，天然橡胶分子链柔顺，交联密度大，分子间作用力小，分子中有大量可发生内旋转的C
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C单键；溶聚丁苯橡胶耐磨性优异，苯环的共轭效应可以提高填料与橡胶分子链的亲和性，有助
于填料与橡胶界面结合，减少不易分散的硬炭颗粒在橡胶材料堆积，避免其形成应力集中点；高顺式聚丁二烯复合橡胶耐寒性、耐磨性和弹性能好，动负荷下发热少。本专利技术通过将三者以特定配比进行共混，有助于分子链段的定向排列，减少大分子链间的内摩擦，增强橡胶之间的交联密度，从而形成均匀的三维网状结构，共混程度高，大大提高橡胶材料的综合性能。
[0009]本专利技术通过在天然橡胶/高顺式聚丁二烯复合橡胶/溶聚丁苯橡胶共混体系中，加入聚双环戊二烯树脂和液体聚异戊二烯橡胶共同作为增塑剂，其中，液体聚异戊二烯橡胶具有与天然橡胶相同的链结构，能够参与交联成为硫化胶网络中的组成部分，改善共混胶料界面间的相互作用，且液体聚异戊二烯橡胶的低黏度特性可以降低体系的混炼能耗，提高加工性能；而聚双环戊二烯树脂含有大量的不饱和键，可以提高硫化效率，改善混炼行为，且硫化后聚双环戊二烯树脂的双键能够参与到交联反应中，提高橡胶材料的拉伸强度。本专利技术通过将聚双环戊二烯树脂和液体聚异戊二烯橡胶复配，液体聚异戊二烯橡胶能够提高聚双环戊二烯树脂在橡胶基体中的分散性，二者协同可以有效改善炭黑及其他耐磨填料的分散效果，降低填料与橡胶分子链之间的摩擦滑移，增加共混胶的交联密度，使胶料具有良好的物理性能和化学稳定性，由此达到提高橡胶材料耐磨性能的目的。
[0010]本专利技术在配方中引入改性氧化石墨烯、炭黑和其他耐磨填料并用补强复合橡胶，能够赋予复合橡胶的优异的强度和耐磨性能，且特定的填料用量范围使填料的网络化程度低，整体分散均匀，不易团聚。
[0011]可选的，所述高顺式聚丁二烯复合橡胶为高顺式1,4
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聚丁二烯和1,2
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间同立构聚丁二烯的混合物；其中，所述1,2
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间同立构聚丁二烯的含量为1.5wt％～2.5wt％。特定含量的1,2
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间同立构聚丁二烯对高顺式1,4聚丁二烯具有较高的补强性能，形成的高顺式聚丁二烯复合橡胶能够提高共混胶的硬度和模量。
[0012]可选的，所述溶聚丁苯橡胶中苯乙烯的含量为35wt％～40wt％，乙烯基的含量为40wt％～60wt％。
[0013]优选的溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量和乙烯基含量，使溶聚丁苯橡胶与天然橡胶保证其和天然橡胶/高顺式聚丁二烯复合橡胶的溶解度参数之差减少，还可使天然橡胶分子链中的异戊二烯与溶聚丁苯橡胶分子链中的丁二烯的相互作用焓变减小，有利于提高三者的微观相容性，从而提高橡胶材料的强度和耐磨性能。
[0014]可选的，所述液体聚异戊二烯橡胶结构单元中顺式1,4
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结构的摩尔比为70％～90％，3,4
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结构的摩尔比为20％～30％，分子量为20000g/mol
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40000g/mol，分子量分布为1.2～1.3。
[0015]可选的，所述改性氧化石墨烯由橡胶促进剂与氧化石墨烯反应制得，具体制备步骤为：
[0016]s1、将氧化石墨加入到水中，超声剥离，得氧化石墨烯的水分散液；
[0017]s2、将橡胶促进剂溶于有机溶剂或水中，形成橡胶促进剂溶液；
[0018]s3、将所述橡胶促进剂溶液与氧化石墨烯的水分散液混合，于60℃～80℃下搅拌反应3h～5h，将反应后的混合液进行抽滤、洗涤、离心、干燥，得所述改性氧化石墨烯。
[0019]进一步可选的，所述橡胶促进剂由质量比为2～3:1的N
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叔丁基
‑2‑
苯并噻唑次磺酰胺和二邻甲基苯胍组成，所述橡胶促进剂与氧化石墨烯的质量比为1～2:1。
[0020]优选的改性氧化石墨烯，通过接枝特定的橡胶促进剂分子链段可以参与橡胶的硫化，缩短硫化时间，提高硫化效率；且其在橡胶中的分散状态均匀，与橡胶之间形成良好的界面结合，可以显著改善橡胶复合材料的硫化性能、力学和动态粘弹等性能；同时改性氧化石墨烯的片层结构可以减少炭黑及其它耐磨填料的团聚现象，提高填料的分散性。
[0021]可选的，所述炭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨复合橡胶材料，其特征在于，包括如下重量份数的各组分：天然橡胶30份～55份、高顺式聚丁二烯复合橡胶30份～55份、溶聚丁苯橡胶15份～30份、聚双环戊二烯树脂5份～7份、液体聚异戊二烯橡胶2份～4份、改性氧化石墨烯0.5份～1.5份、炭黑30份～40份、耐磨填料10份～15份、氧化锌4份～6份、硬脂酸1份～3份、硫磺2份～3份、偶联剂0.8份～1.6份、防老剂0.5份～2.5份和促进剂0.5份～2.5份；其中，所述天然橡胶、高顺式聚丁二烯复合橡胶和溶聚丁苯橡胶的重量份数总和为100份。2.如权利要求1所述的高耐磨复合橡胶材料，其特征在于，所述高顺式聚丁二烯复合橡胶为高顺式1,4
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聚丁二烯和1,2
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间同立构聚丁二烯的混合物；其中，所述1,2
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间同立构聚丁二烯的含量为1.5wt％～2.5wt％。3.如权利要求1所述的高耐磨复合橡胶材料，其特征在于，所述溶聚丁苯橡胶中苯乙烯的含量为35wt％～40wt％，乙烯基的含量为40wt％～60wt％。4.如权利要求1所述的高耐磨复合橡胶材料，其特征在于，所述液体聚异戊二烯橡胶结构单元中顺式1,4
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结构的摩尔比为70％～90％，3,4
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结构的摩尔比为20％～30％，分子量为20000g/mol
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40000g/mol，分子量分布为1.2～1.3。5.如权利要求1所述的高耐磨复合橡胶材料，其特征在于，所述改性氧化石墨烯由橡胶促进剂与氧化石墨烯反应制得，具体制备步骤为：s1、将氧化石墨加入到水中，超声剥离，得氧化石墨烯的水分散液；s2、将橡胶促进剂溶于有机溶剂或水中，形成橡胶促进剂溶液；s3、将所述橡胶促进剂溶液与氧化石墨烯的水分散液混合，于60℃～80℃下搅拌反应3h～5h，将反应后的混合液进行抽滤、洗涤、离心、干燥，得所述改性氧化石墨烯。6.如权利要求5所述的高耐磨复合橡胶材料，其特征在于，所述橡胶促进剂由质量比为2～3:1的N
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叔丁基
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苯并噻唑次磺酰胺和二邻甲基苯胍组成，所述橡胶促进剂与氧化石墨烯的质量比为1～2:1。7.如权利要求1所述的高耐磨复合橡胶材料，其特征在于，所述炭黑为炭黑N110、炭黑N220、炭黑...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建国，赵树强，孙逊，张子月，
申请(专利权)人：京东橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：