本发明涉及橡胶材料技术领域，特别是一种高强耐磨橡胶材料。
背景技术：
橡胶行业是国民经济的重要基础产业之一，由于其独特的性能，它在为人民提供日常生活中不可或缺的日用、医用等轻工产品的同时，也向机械、交通、建筑、制造等重工业提供各种橡胶部件。现代材料工业的发展中，橡胶材料因为质地轻巧、性能良好、原料丰富、加工方便、用途广泛，因而发展速度大大越过了传统的钢铁、木材、水泥三大基本材料。橡胶材料在现代生活中的应用也越来越广泛，其中，高强度耐磨橡胶材料的开发是目前橡胶研究领域的重要研究方向，高强度耐磨高橡胶良好的性能可以满足当代科技发展对橡胶材料提出的一些特殊要求，与传统金属材料相比具有质量小、绝缘性能好等特点，因此发展很快，但又有先天不足，现有技术中高强度耐磨高分子材料通常有硬脆、易老化、耐磨性能不佳等缺点，影响材料使用寿命。
技术实现要素：
基于背景技术提出的问题，本发明提出了一种高强耐磨橡胶材料，其在保持固有的良好弹性基础上，还具有强度高、耐磨性好、使用寿命长的优点。
本发明提出的一种高强耐磨橡胶材料，其原料按重量份包括：环氧天然橡胶55-75份、三元乙丙橡胶15-27份、丁苯橡胶18-32份、聚氨酯弹性体6-12份、炭黑N330 1-3份、炭黑N660 3-6份、改性补强填料12-20份、轻钙4-10份、蒙脱土22-28份、聚丙烯纤维3-10份、二硫化钼5-8份、硅烷偶联剂0.8-3份、纳米氧化锌3-8份、促进剂DM 1.5-2.5份、促进剂TMTM 1-3份、硫磺0.2-2份、防老剂0.5-1.5份、防老助剂0.1-0.5份、偏苯三酸三辛酯4-8份、柠檬酸三丁酯1-4份、环氧大豆油酸丁酯3-5份。
优选地，其原料按重量份包括：环氧天然橡胶60-70份、三元乙丙橡胶18-24份、丁苯橡胶22-28份、聚氨酯弹性体8-10份、炭黑N330 1-2份、炭黑N660 4-5份、改性补强填料14-18份、轻钙6-8份、蒙脱土24-26份、聚丙烯纤维5-8份、二硫化钼6-7份、硅烷偶联剂1.2-2.4份、纳米氧化锌5-6份、促进剂DM 1.8-2.2份、促进剂TMTM 1.5-2.5份、硫磺0.6-1.5份、防老剂0.8-1.2份、防老助剂0.2-0.4份、偏苯三酸三辛酯5-7份、柠檬酸三丁酯2-3份、环氧大豆油酸丁酯4-5份。
优选地，所述改性补强填料的制备方法包括：按重量份将多壁碳纳米管100份加入体积比为1:0-3的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在20-40℃下超声处理1-3h，再加入60-80℃水浴中搅拌反应1-3h，冷却至室温，抽滤，洗涤，得到氧化碳纳米管；将所述氧化碳纳米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂5-15份加入到甲苯中，在频率为30-38KHz，声强为0.6-0.8W/cm2，温度为105-115℃的条件下超声反应4-6h，抽滤，洗涤，真空干燥，得到表面活化的多壁碳纳米管；将所述表面活化的多壁碳纳米管中加入乙醇中搅拌均匀，加入聚合甘油25-40份，升温至70-85℃，搅拌20-26h，静置10-12h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到所述改性补强填料。
优选地，所述聚合甘油是通过将甘油加热至230-270℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应得到。
优选地，所述环氧化天然橡胶是由重量配比为5:1-2的环氧化度为10％的环氧化天然橡胶和环氧化度为30％的环氧化天然橡胶组成。
优选地，所述防老剂是由防老剂4010、防老剂4010NA、防老剂4020、防老剂3100中的一种或者多种组成。
优选地，所述防老助剂是由微晶石蜡与微晶蜡OK1987组成，微晶石蜡与微晶蜡OK1987的重量配比为1:1.3-1.5。
优选地，所述高强耐磨橡胶材料的制备方法包括：将环氧天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶和聚氨酯弹性体加入密炼机中塑炼得到橡胶主料；向所述橡胶主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性补强填料、轻钙、蒙脱土、聚丙烯纤维、二硫化钼、硅烷偶联剂、防老剂、防老助剂、偏苯三酸三辛酯、柠檬酸三丁酯、环氧大豆油酸丁酯进行混炼，再加入硫磺，促进剂DM，促进剂TMTM和纳米氧化锌进行混炼，接着升温至160-200℃继续进行混炼，降温出料后得到所述高强耐磨橡胶材料。
优选地，所述高强耐磨橡胶材料的制备方法包括：将环氧天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶和聚氨酯弹性体加入密炼机中塑炼25-30min得到橡胶主料，其中塑炼过程中打三角包4-6次；向所述橡胶主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性补强填料、轻钙、蒙脱土、聚丙烯纤维、二硫化钼、硅烷偶联剂、防老剂、防老助剂、偏苯三酸三辛酯、柠檬酸三丁酯、环氧大豆油酸丁酯以80-85rpm的搅拌速度混炼27-30min，再加入硫磺，促进剂DM，促进剂TMTM和纳米氧化锌以75-80rpm的搅拌速度混炼21-25min，接着升温至175-185℃继续混炼8-13min，降温出料后得到所述高强耐磨橡胶材料。
本发明中，所述高强耐磨橡胶材料采用环氧化天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶以及聚氨酯弹性体作为主料配合使用，不仅互溶性好，还改善了胶料的粘结力、刚度及交联度，所得制品的弹性及耐磨性能优异；其中环氧化天然橡胶在保留天然橡胶综合性能的基础上，进一步提高了产品的气密性和粘着性，同时还具备一些特殊性能，其与三元乙丙橡胶和丁苯橡胶复配，改善了橡胶组合物的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和耐磨性能；此外，本发明中为了改善橡胶材料的强度特性，通过加入炭黑与改性补强填料复配作为补强剂；一方面，由于炭黑N330和炭黑N660表面具有许多能和橡胶反应的化学基团，其分散于橡胶分子中，与橡胶分子链相互缠绕，起到物理交联点的作用，提高了橡胶的定伸强度、拉伸强度和拉断伸长率；另一方面，通过混酸处理后的多壁碳纳米管在其表面含有大量活性基团，再经过与硅烷偶联剂的接枝处理，可与聚合甘油上的羟基和醚基产生吸附，从而对多壁碳纳米管产生包裹，改善了多壁碳纳米管与环氧化天然橡胶等基料间的界面作用，可以显著提高橡胶材料的界面结合效应，提高其在基料中的分散性和稳定性，并保持着多壁碳纳米管的特有结构，这有利于充分发挥多壁碳纳米管的补强效应，极大得增强了制品的强度性能以及耐老化性能；本发明中同时还加入一定量的蒙脱土、聚丙烯纤维、云母粉和二硫化钼作为补强剂和填充剂，其能够大量填充在橡胶分子之中，增加了本发明的容积，节约了成本，不仅提高橡胶材料的抗拉伸强度撕裂强度，同时显著增强了橡胶材料的耐磨性能；而以硫磺为主硫化剂，以促进剂DM，促进剂TMTM为助硫化剂组成的快速硫硫化体系，能够显著提高各种原料分子间交联程度，促进分子间网状结构生成，从而大大提高本发明耐侯性、拉伸性能和耐磨性能；纳米氧化锌的添加剂可以提高橡胶硫化时的硫化效率、提高橡胶材料的耐磨性能以及改善橡胶材料的物理力学性能；加入的对苯二胺类防老剂，能与橡胶分子发生反应，保持橡胶最佳的机械性能，提高本发明的耐老化性能；防老助剂选择不同结晶度的微晶石蜡与微晶蜡OK1987的混合使用，可提高材料的耐臭氧性能，同时进一步提高本发明可塑性，降低了原料粘度和混炼时的温度，改善分散性与混合性，提高本发明的拉伸强度、伸长率和减震性能；偏苯三酸三辛酯、柠檬酸三丁酯和环氧大豆油酸丁酯作为增塑剂使用，可提高本发明可塑性，降低了原料粘度和混炼时的温度，改善分散性与混合性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种高强耐磨橡胶材料，其原料按重量份包括：环氧天然橡胶55份、三元乙丙橡27份、丁苯橡胶18份、聚氨酯弹性体12份、炭黑N330 1份、炭黑N660 6份、改性补强填料12份、轻钙10份、蒙脱土22份、聚丙烯纤维10份、二硫化钼5份、硅烷偶联剂3份、纳米氧化锌3份、促进剂DM 2.5份、促进剂TMTM 1份、硫磺2份、防老剂0.5份、防老助剂0.5份、偏苯三酸三辛酯4份、柠檬酸三丁酯4份、环氧大豆油酸丁酯3份；
其中，所述改性补强填料的制备方法包括：按重量份将多壁碳纳米管100份加入浓硝酸溶液中，在40℃下超声处理1h，再加入80℃水浴中搅拌反应1h，冷却至室温，抽滤，洗涤，得到氧化碳纳米管；将所述氧化碳纳米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂15份加入到甲苯中，在频率为30KHz，声强为0.8W/cm2，温度为105℃的条件下超声反应6h，抽滤，洗涤，真空干燥，得到表面活化的多壁碳纳米管；将所述表面活化的多壁碳纳米管中加入乙醇中搅拌均匀，加入聚合甘油25份，升温至85℃，搅拌20h，静置12h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到所述改性补强填料；所述聚合甘油是通过将甘油加热至230℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应得到；
所述环氧化天然橡胶是由重量配比为5:1的环氧化度为10％的环氧化天然橡胶和环氧化度为30％的环氧化天然橡胶组成；所述防老剂为防老剂4010；所述防老助剂是由微晶石蜡与微晶蜡OK1987组成，微晶石蜡与微晶蜡OK1987的重量配比为1:1.3。
实施例2
一种高强耐磨橡胶材料，其原料按重量份包括：环氧天然橡胶75份、三元乙丙橡胶15份、丁苯橡胶32份、聚氨酯弹性体6份、炭黑N330 3份、炭黑N660 3份、改性补强填料20份、轻钙4份、蒙脱土28份、聚丙烯纤维3份、二硫化钼8份、硅烷偶联剂0.8份、纳米氧化锌8份、促进剂DM 1.5份、促进剂TMTM 3份、硫磺0.2份、防老剂1.5份、防老助剂0.1份、偏苯三酸三辛酯8份、柠檬酸三丁酯1份、环氧大豆油酸丁酯5份；
其中，所述改性补强填料的制备方法包括：按重量份将多壁碳纳米管100份加入体积比为1:3的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在20℃下超声处理3h，再加入60℃水浴中搅拌反应3h，冷却至室温，抽滤，洗涤，得到氧化碳纳米管；将所述氧化碳纳米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂5份加入到甲苯中，在频率为38KHz，声强为0.6W/cm2，温度为115℃的条件下超声反应4h，抽滤，洗涤，真空干燥，得到表面活化的多壁碳纳米管；将所述表面活化的多壁碳纳米管中加入乙醇中搅拌均匀，加入聚合甘油40份，升温至70℃，搅拌26h，静置10h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到所述改性补强填料；所述聚合甘油是通过将甘油加热至270℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应得到；
所述环氧化天然橡胶是由重量配比为5:1的环氧化度为10％的环氧化天然橡胶和环氧化度为30％的环氧化天然橡胶组成；所述防老剂为防老剂4010NA；所述防老助剂是由微晶石蜡与微晶蜡OK1987组成，微晶石蜡与微晶蜡OK1987的重量配比为1:1.5。
实施例3
一种高强耐磨橡胶材料，其原料按重量份包括：环氧天然橡胶60份、三元乙丙橡胶24份、丁苯橡胶22份、聚氨酯弹性体10份、炭黑N330 1份、炭黑N660 5份、改性补强填料14份、轻钙8份、蒙脱土24份、聚丙烯纤维8份、二硫化钼6份、硅烷偶联剂2.4份、纳米氧化锌5份、促进剂DM 2.2份、促进剂TMTM 1.5份、硫磺1.5份、防老剂0.8份、防老助剂0.4份、偏苯三酸三辛酯5份、柠檬酸三丁酯3份、环氧大豆油酸丁酯4份；
其中，所述改性补强填料的制备方法包括：按重量份将多壁碳纳米管100份加入体积比为1:1的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在30℃下超声处理2h，再加入70℃水浴中搅拌反应2h，冷却至室温，抽滤，洗涤，得到氧化碳纳米管；将所述氧化碳纳米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂10份加入到甲苯中，在频率为34KHz，声强为0.7W/cm2，温度为110℃的条件下超声反应5h，抽滤，洗涤，真空干燥，得到表面活化的多壁碳纳米管；将所述表面活化的多壁碳纳米管中加入乙醇中搅拌均匀，加入聚合甘油30份，升温至75℃，搅拌23h，静置11h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到所述改性补强填料；所述聚合甘油是通过将甘油加热至250℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应得到；
所述环氧化天然橡胶是由重量配比为5:1.5的环氧化度为10％的环氧化天然橡胶和环氧化度为30％的环氧化天然橡胶组成；所述防老剂是由防老剂4020、防老剂3100组成；所述防老助剂是由微晶石蜡与微晶蜡OK1987组成，微晶石蜡与微晶蜡OK1987的重量配比为1:1.4；
所述高强耐磨橡胶材料的制备方法包括：将环氧天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶和聚氨酯弹性体加入密炼机中塑炼25min得到橡胶主料，其中塑炼过程中打三角包6次；向所述橡胶主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性补强填料、轻钙、蒙脱土、聚丙烯纤维、二硫化钼、硅烷偶联剂、防老剂、防老助剂、偏苯三酸三辛酯、柠檬酸三丁酯、环氧大豆油酸丁酯以80rpm的搅拌速度混炼30min，再加入硫磺，促进剂DM，促进剂TMTM和纳米氧化锌以75rpm的搅拌速度混炼25min，接着升温至160℃继续混炼13min，降温出料后得到所述高强耐磨橡胶材料。
实施例4
一种高强耐磨橡胶材料，其原料按重量份包括：环氧天然橡胶70份、三元乙丙橡胶18份、丁苯橡胶28份、聚氨酯弹性体8份、炭黑N330 2份、炭黑N660 4份、改性补强填料18份、轻钙6份、蒙脱土26份、聚丙烯纤维5份、二硫化钼7份、硅烷偶联剂1.2份、纳米氧化锌6份、促进剂DM 1.8份、促进剂TMTM 2.5份、硫磺0.6份、防老剂1.2份、防老助剂0.2份、偏苯三酸三辛酯7份、柠檬酸三丁酯2份、环氧大豆油酸丁酯5份；
其中，所述改性补强填料的制备方法包括：按重量份将多壁碳纳米管100份加入体积比为1:2的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在25℃下超声处理2.5h，再加入75℃水浴中搅拌反应1.5h，冷却至室温，抽滤，洗涤，得到氧化碳纳米管；将所述氧化碳纳米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂8份加入到甲苯中，在频率为35KHz，声强为0.7W/cm2，温度为108℃的条件下超声反应4.5h，抽滤，洗涤，真空干燥，得到表面活化的多壁碳纳米管；将所述表面活化的多壁碳纳米管中加入乙醇中搅拌均匀，加入聚合甘油35份，升温至75℃，搅拌22h，静置11h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到所述改性补强填料；所述聚合甘油是通过将甘油加热至260℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应得到；
所述环氧化天然橡胶是由重量配比为5:1.6的环氧化度为10％的环氧化天然橡胶和环氧化度为30％的环氧化天然橡胶组成；所述防老剂为防老剂4010；所述防老助剂是由微晶石蜡与微晶蜡OK1987组成，微晶石蜡与微晶蜡OK1987的重量配比为1:1.5；
所述高强耐磨橡胶材料的制备方法包括：将环氧天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶和聚氨酯弹性体加入密炼机中塑炼30min得到橡胶主料，其中塑炼过程中打三角包4次；向所述橡胶主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性补强填料、轻钙、蒙脱土、聚丙烯纤维、二硫化钼、硅烷偶联剂、防老剂、防老助剂、偏苯三酸三辛酯、柠檬酸三丁酯、环氧大豆油酸丁酯以85rpm的搅拌速度混炼27min，再加入硫磺，促进剂DM，促进剂TMTM和纳米氧化锌以80rpm的搅拌速度混炼21min，接着升温至200℃继续混炼8min，降温出料后得到所述高强耐磨橡胶材料。
实施例5
一种高强耐磨橡胶材料，其原料按重量份包括：环氧天然橡胶65份、三元乙丙橡胶21份、丁苯橡胶25份、聚氨酯弹性体9份、炭黑N330 1.5份、炭黑N660 4.5份、改性补强填料16份、轻钙7份、蒙脱土25份、聚丙烯纤维7份、二硫化钼6.5份、硅烷偶联剂1.8份、纳米氧化锌5.5份、促进剂DM 2份、促进剂TMTM 2份、硫磺1份、防老剂1份、防老助剂0.3份、偏苯三酸三辛酯6份、柠檬酸三丁酯2.5份、环氧大豆油酸丁酯4.5份；
其中，所述改性补强填料的制备方法包括：按重量份将多壁碳纳米管100份加入体积比为1:1的浓硝酸与浓硫酸的混合酸溶液中，在30℃下超声处理2h，再加入70℃水浴中搅拌反应2h，冷却至室温，抽滤，洗涤，得到氧化碳纳米管；将所述氧化碳纳米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂10份加入到甲苯中，在频率为35KHz，声强为0.7W/cm2，温度为110℃的条件下超声反应5h，抽滤，洗涤，真空干燥，得到表面活化的多壁碳纳米管；将所述表面活化的多壁碳纳米管中加入乙醇中搅拌均匀，加入聚合甘油30份，升温至80℃，搅拌23h，静置11h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到所述改性补强填料；所述聚合甘油是通过将甘油加热至250℃，在氮气保护的条件下，加入氢氧化钠作为催化剂进行聚合反应得到；
所述环氧化天然橡胶是由重量配比为5:1.5的环氧化度为10％的环氧化天然橡胶和环氧化度为30％的环氧化天然橡胶组成；所述防老剂为防老剂3100；所述防老助剂是由微晶石蜡与微晶蜡OK1987组成，微晶石蜡与微晶蜡OK1987的重量配比为1:1.3；
所述高强耐磨橡胶材料的制备方法包括：将环氧天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶和聚氨酯弹性体加入密炼机中塑炼27min得到橡胶主料，其中塑炼过程中打三角包5次；向所述橡胶主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性补强填料、轻钙、蒙脱土、聚丙烯纤维、二硫化钼、硅烷偶联剂、防老剂、防老助剂、偏苯三酸三辛酯、柠檬酸三丁酯、环氧大豆油酸丁酯以80-85rpm的搅拌速度混炼28min，再加入硫磺，促进剂DM，促进剂TMTM和纳米氧化锌以78rpm的搅拌速度混炼23min，接着升温至175℃继续混炼9min，降温出料后得到所述高强耐磨橡胶材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。