本發(fā)明涉及耐磨橡膠，具體涉及一種超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、全球每年消耗的橡膠中，約40％是天然橡膠。天然橡膠具有優(yōu)異的綜合性能，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域。然而，天然橡膠制品的耐磨性不佳，從而影響產(chǎn)品的使用壽命和使用安全性。并且，礦山機(jī)械、土木工程、汽車工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域?qū)ο鹉z制品役使環(huán)境的要求越來(lái)越苛刻，這對(duì)天然橡膠的耐磨性能提出了更大的挑戰(zhàn)。另一方面，橡膠在制備過(guò)程中會(huì)添加大量的填料和化學(xué)助劑，使得橡膠制品在磨損過(guò)程中產(chǎn)生的大量磨屑以粉末形式存在于環(huán)境中時(shí)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染從而危害人和動(dòng)物的身體健康。因此，提高橡膠制品的耐磨性能具有重要意義。

2、共混改性是橡膠工業(yè)中常用的增強(qiáng)性能的方法。天然橡膠/順丁橡膠共混物作為輪胎行業(yè)最成功的案例之一，在輪胎行業(yè)和科研領(lǐng)域都受到了極大的關(guān)注。但天然橡膠/順丁橡膠共混物為熱力學(xué)不相容體系，具有低臨界溶解溫度型相圖。橡膠之間的不相容性往往導(dǎo)致相分離和界面附著力差，性能不理想和不穩(wěn)定。因此，添加具有增強(qiáng)界面相互作用的理想相結(jié)構(gòu)對(duì)于先進(jìn)共混膠材料至關(guān)重要。另外，炭黑作為橡膠復(fù)合材料中用量最大的添加物之一，其對(duì)橡膠制品的性能有巨大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為提高橡膠制品的耐磨性和力學(xué)性能，提供一種超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混復(fù)合材料。本發(fā)明增容橡膠的加入可以改善填料的分散性，增加橡膠相之間的交聯(lián)程度，優(yōu)選合適種類的超耐磨炭黑，與納米二氧化硅組成復(fù)合填料，并與新型納米填料進(jìn)行協(xié)同補(bǔ)強(qiáng)能有效提升橡膠的力學(xué)性能和耐磨性。此外，綠色環(huán)保的植物油增塑劑可以增強(qiáng)填料與橡膠基體間的結(jié)合力，填充后能夠使共混膠復(fù)合材料的性能進(jìn)一步提高。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)配比的原料制備而成：石墨烯改性天然橡膠母膠25～45份、順丁橡膠25～45份，增容橡膠10～50份，超耐磨炭黑30～60份，納米二氧化硅5～20份，綠色植物油增塑劑1～10份，氧化鋅5份，硬脂酸2份，防老劑rd2份，抗氧化劑4020na2份，硫化促進(jìn)劑cz2份，硫磺2份，硅烷偶聯(lián)劑2份；

3、所述石墨烯改性天然橡膠母膠由石墨烯懸浮液倒入天然膠乳稀釋液中進(jìn)行攪拌，然后進(jìn)行絮凝、洗滌、干燥后制得

4、所述的增容橡膠的用量會(huì)影響共混橡膠內(nèi)部的填料-橡膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)會(huì)影響共混橡膠基體的結(jié)晶度，并且對(duì)共混橡膠的性能有很大影響。本發(fā)明中，增容橡膠的加入可以改善填料的分散性，增加橡膠相之間的交聯(lián)程度；適度的微晶結(jié)構(gòu)可以提高共混膠的力學(xué)性能和耐磨性。

5、進(jìn)一步地，所述石墨烯改性天然橡膠母膠的制備步驟為：將氧化石墨烯均勻分散在去離子水中，得到濃度為1mg/ml的石墨烯懸浮液；將固含量為60％的天然橡膠膠乳加入去離子水稀釋至質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30％；將石墨烯懸浮液倒入天然膠乳稀釋液中進(jìn)行攪拌30min，然后進(jìn)行絮凝、洗滌、干燥、得到石墨烯改性天然橡膠母膠。

6、進(jìn)一步地，所述的一種增容橡膠為反式丁戊橡膠。

7、進(jìn)一步地，所述的反式丁戊橡膠門尼粘度為50～70。

8、進(jìn)一步地，所述超耐磨炭黑為炭黑n134與其它炭黑按1:0～1:1進(jìn)行混配而成的炭黑。

9、進(jìn)一步地，所述的炭黑n134，吸碘值為130～150g/kg、吸油值為120～135×10-5m3/kg，所述的其它炭黑包括炭黑n220、炭黑n234、炭黑n326、炭黑n330和炭黑n375中的一種或多種。

10、進(jìn)一步地，所述納米二氧化硅為粒徑為10～100nm的活性納米填料，bet比表面積為140～165m2/g。

11、進(jìn)一步地，所述綠色植物油增塑劑為棕櫚油、蓖麻油、環(huán)氧大豆油和亞麻油中的一種或多種。

12、另外，本發(fā)明還提供上述一種超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

13、(1)共混及增容混煉：首先將石墨烯改性天然橡膠母膠與重量份數(shù)配比的順丁橡膠和增容橡膠在密煉機(jī)中于50～80℃、30～50r/min下混煉4-10min。

14、(2)填料及助劑混煉：在步驟(1)完成后，依次加入重量份配比的防老劑rd、抗氧化劑4020na、硫化促進(jìn)劑cz、氧化鋅、硬脂酸于50～80℃、30～50r/min下混煉5～10min，隨后加入炭黑、二氧化硅、環(huán)氧大豆油和硅烷偶聯(lián)劑kh550于50～80℃、30～50r/min下混煉5～10min；然后在開(kāi)煉機(jī)上加入重量份配比的硫磺，再次進(jìn)行混煉5～10min；

15、(3)共混膠硫化：在步驟(2)完成后，將上述混煉后的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠在硫化機(jī)上進(jìn)行橡膠硫化，硫化的溫度為130～170℃、時(shí)間為10～30min，壓力為13～18mpa。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：

17、第一，本發(fā)明通過(guò)增容橡膠添加量的調(diào)控優(yōu)化天然橡膠/順丁橡膠共混復(fù)合材料的耐磨性能，基于具有兩相親和性的增容橡膠組分設(shè)計(jì)，使共混膠表現(xiàn)出更優(yōu)異的力學(xué)性能和耐磨性。

18、第二，本發(fā)明優(yōu)選超耐磨炭黑的種類與填充量，與納米二氧化硅組成雙相填料，通過(guò)氧化石墨烯協(xié)同補(bǔ)強(qiáng)，進(jìn)一步提升石墨烯改性天然橡膠的力學(xué)性能和耐磨性能。

19、第三，本發(fā)明通過(guò)對(duì)綠色植物油增塑劑添加量的調(diào)控優(yōu)化天然橡膠/順丁橡膠共混復(fù)合材料的耐磨性能，利用植物油與填料之間的耦合作用，以橋梁的形式增強(qiáng)填料與橡膠基體間的結(jié)合力，使共混膠復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性能得到提高。

技術(shù)特征：

1.一種超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料，其特征在于，由以下重量份數(shù)配比的原料制備而成：石墨烯改性天然橡膠母膠25~45份、順丁橡膠25~45份，增容橡膠10~50份，超耐磨炭黑30~60份，納米二氧化硅5~20份，綠色植物油增塑劑1~10份，氧化鋅5份，硬脂酸2份，防老劑rd2份，抗氧化劑4020na?2份，硫化促進(jìn)劑cz2份，硫磺2份，硅烷偶聯(lián)劑2份；所述石墨烯改性天然橡膠母膠由石墨烯懸浮液倒入天然膠乳稀釋液中進(jìn)行攪拌，然后進(jìn)行絮凝、洗滌、干燥后制得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述石墨烯改性天然橡膠母膠的制備步驟為：將氧化石墨烯均勻分散在去離子水中，得到濃度為1mg/ml的石墨烯懸浮液；將固含量為60%的天然橡膠膠乳加入去離子水稀釋至質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30%；將石墨烯懸浮液倒入天然膠乳稀釋液中進(jìn)行攪拌30min，然后進(jìn)行絮凝、洗滌、干燥、得到石墨烯改性天然橡膠母膠。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述增容橡膠為反式丁戊橡膠。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反式丁戊橡膠，其特征在于，所述的反式丁戊橡膠門尼粘度為50~70。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述超耐磨炭黑為炭黑n134與其它炭黑按1:0~1:1進(jìn)行混配而成的炭黑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超耐磨炭黑，其特征在于，所述的炭黑n134吸碘值為130~150g/kg、吸油值為120~135×10-5?m3/kg，所述的其它炭黑包括炭黑n220、炭黑n234、炭黑n326、炭黑n330和炭黑n375中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述納米二氧化硅為粒徑為10~100nm的活性納米填料，bet比表面積為140~165?m2/g。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述綠色植物油增塑劑為棕櫚油、蓖麻油、環(huán)氧大豆油和亞麻油中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混橡膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于耐磨橡膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混復(fù)合材料及其制備方法；由以下重量份配比的原料制備而成：石墨烯改性天然橡膠母膠25~45份、順丁橡膠25~45份，增容橡膠10~50份，超耐磨炭黑30~60份，納米二氧化硅5~20份，綠色植物油增塑劑1~10份，氧化鋅5份，硬脂酸2份，防老劑RD2份，抗氧化劑4020NA?2份，硫化促進(jìn)劑CZ2份，硫磺2份，硅烷偶聯(lián)劑2份。本發(fā)明通過(guò)發(fā)揮超耐磨炭黑與納米二氧化硅和氧化石墨烯的協(xié)同作用，并借助綠色植物油增塑劑對(duì)填料和橡膠間的連接作用增強(qiáng)填料與橡膠基體的結(jié)合力，通過(guò)簡(jiǎn)單環(huán)保的工藝制得性能優(yōu)異的超耐磨改性天然橡膠/順丁橡膠共混復(fù)合材料。

技術(shù)研發(fā)人員：周少鋒,楊佳偉,劉亞青,趙貴哲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10