本发明涉及功能材料制备技术,尤其是一种橡胶材料及其制备方法和用途。
背景技术:
减震橡胶是防止震动、冲击的传递或起缓冲作用的硫化橡胶制品,广泛应用与汽车、桥梁及高铁动车行业。为了描述减震橡胶的动态回弹性,引入动静刚度比,即橡胶类弹性材料动态模量与静态模量的比值,该比值越大,说明减震效果越差,在高频下橡胶越难变形,无法对路面的震动进行有效传递,直接传导到车身,比值越小,说明高频(在车上就是高速)减震效果越好,高频下与低频下的反作用力接近,理想的动静刚度比为1,因此,针对减震需求产品,在静刚度确定的情况下,动静刚度比越小越好。
中国发明专利申请cn109400979a公开了一种高疲劳寿命橡胶减震材料,由以下重量份数的组分混炼硫化得到:天然橡胶:70~100份;反式丁二烯异戊二烯共聚橡胶:5~30份;炭黑:30~70份;氧化锌:2~8份;硬脂酸:0.5~5份;防老剂:1~5份;促进剂:0.5~3份;硫磺:1~5份;微晶蜡:1~5份;其他助剂:0~5份。该方案通过在原有纯nr配方体系下少量的取代nr,硫化胶的动静刚度比也略有降低,从1.15降低到1.01~1.09,从而减震性能改善。然而,该材料的耐温及耐老化性能较差,不适合汽车吊耳产品。
技术实现要素:
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种橡胶材料,其动静刚度比小于3,满足制备汽车吊耳的使用需求。
另一方面,对产品而言,动刚度和静刚度同等重要,一般是同时提要求,静刚度根据设计要求一般是一个定值,保证橡胶产品使用中有足够的力学性能又能相对容易传导变形。例如对汽车吊耳,其静刚度一般要求在15-30n/mm。静刚度过大,橡胶不容易变形,起不到减震效果,静刚度过小,橡胶产生的变形过大,耐疲劳变差,甚至对排气管不能有效的固定。而动刚度则越小越好。
本发明还提供所述橡胶材料的制备方法,通过硬脂酸和活性氧化锌配合使用,起到分散原料和防焦烧作用,同时配合硬脂酸皂类物质,提高填料在橡胶中分散性,改善混合料的流动性,使得产品的加工性能优良,便于生产制备。
本发明还保护所述橡胶材料的用途,用于制备弹性缓冲制件,尤其是汽车吊耳。
本发明中,三元乙丙橡胶优选为朗盛epdm8550c,门尼80(125摄氏度)乙烯含量48wt%,三单体含量5.5wt%,高门尼以及低乙烯含量赋予配方足够的弹性,为配方的主胶。
充油乙丙橡胶优选为韩国锦湖充油乙丙橡胶kep980,冲油份数75份,用来改善配方耐疲劳特性及强度。
软化油用于改善橡胶的加工性能和混炼性能,可以增加胶料的塑性,降低胶料粘度和混炼时的温度,改善分散性与混合性。
炭黑起填充和补强的作用,优选为n550和n774配合,选择粒径较大的炭黑填充是为了保证硫化后胶料的回弹性。
白炭黑起填充和补强作用,但在一定程度会降低配方的回弹,因此其用量不超过15重量份,从而改善胶料的抗撕裂性以及耐疲劳开裂性能,同时不降低回弹性能。
活性氧化锌是硫化活性剂,提高硫化胶热稳定性,减少和缩短硫化时间,提高硫化效率。硬脂酸和活性氧化锌配合使用,起到硫化活性剂的作用。
流动分散剂优选硬脂酸皂类的物质,可提高填料在橡胶中分散性,及改善配方的流动性,对加工性能以及耐疲劳有改善。
bibp类过氧化物起硫化交联作用,减少硫磺用量。bibp类过氧化物搭配少量硫磺可改善交联过程中分子链的裂解,改善橡胶的撕裂性以及耐疲劳性能。
制备过程中保证时间温度压力的情况下,比较关键的控制因素胶料填充的均匀性,避免隐性的结合不良,否则产品的疲劳性大大下降,耐疲劳后易开裂破坏。本发明中通过选用较好分散n550,n774炭黑并用少量的白炭黑,同时使用少量的分散剂,从而使得胶料填充更均匀,撕裂也有保证。
具体方案如下:
一种橡胶材料,所述橡胶材料按重量份计由以下原料组成:
进一步的,所述橡胶材料按重量份计由以下原料组成:
进一步的,所述橡胶材料按重量份计由以下原料组成:
进一步的,所述三元乙丙橡胶在125℃时的门尼粘度为80-100,乙烯含量不超过50wt%,三元单体含量不超过10wt%;
任选的,所述三元乙丙橡胶为朗盛三元乙丙橡胶8550c,在125℃时的门尼粘度为80,乙烯含量为48wt%,三元单体含量为5.5wt%;
任选的,所述充油乙丙橡胶的冲油份数为70-80份;
任选的,所述充油乙丙橡胶为韩国锦湖充油乙丙橡胶kep980。
进一步的,所述炭黑由橡胶炭黑n550和橡胶炭黑n774组成,所述橡胶炭黑n550和所述橡胶炭黑n774的质量比为1:1-3:2;
任选的,所述软化油为石蜡油p600;
任选的,所述流动分散剂为硬脂酸皂;
任选的,所述bibp类过氧化物为二-(叔丁基过氧化异丙基)苯。
本发明还提供所述橡胶材料的制备方法,包括以下步骤:按照所述重量份称取原料;
密炼:将三元乙丙橡胶和充油乙丙橡胶投入密炼机中,塑炼2-4分钟,投入活性氧化锌、硬脂酸、炭黑、白炭黑、流动分散剂混炼3-5分钟;再加入软化剂混炼3-5分钟;当温度达到115-125℃最后加入bibp类过氧化物和硫磺混炼0.1-1分钟,得到密炼好的胶料;
开炼:将密炼好的胶料投入开炼机,辊距为5-6mm,翻滚2次,辊距调为1-1.5mm薄通2次,辊距为调为5-6mm翻滚2次后出片,出片厚度为5-10mm。
进一步的,按照所述重量份称取原料;
密炼:将三元乙丙橡胶和充油乙丙橡胶投入密炼机中,塑炼3分钟,投入活性氧化锌、硬脂酸、炭黑、白炭黑、流动分散剂混炼4分钟;再加入软化剂混炼4分钟;当温度达到115-125℃最后加入bibp类过氧化物和硫磺混炼0.5分钟,得到密炼好的胶料;
开炼:将密炼好的胶料投入开炼机,辊距为5-6mm,翻滚2次,辊距调为1-1.5mm薄通2次,辊距为调为5-6mm翻滚2次后出片,出片厚度为7-9mm。
进一步的,所述三元乙丙橡胶在125℃时的门尼粘度为80-100,乙烯含量不超过50wt%,三元单体含量不超过10wt%;
任选的,所述三元乙丙橡胶为朗盛三元乙丙橡胶8550c,在125℃时的门尼粘度为80,乙烯含量为48wt%,三元单体含量为5.5wt%;
任选的,所述充油乙丙橡胶的冲油份数为70-80份;
任选的,所述充油乙丙橡胶为韩国锦湖充油乙丙橡胶kep980。
进一步的,所述炭黑由橡胶炭黑n550和橡胶炭黑n774组成,所述橡胶炭黑n550和所述橡胶炭黑n774的质量比为1:1-3:2;
任选的,所述软化油为石蜡油p600;
任选的,所述流动分散剂为硬脂酸皂;
任选的,所述bibp类过氧化物为二-(叔丁基过氧化异丙基)苯。
本发明还保护所述橡胶材料的用途,用于制备弹性缓冲制件,尤其是汽车吊耳。
有益效果:
本发明所述橡胶材料采用独特配方设计,使得材料的动静刚度比为小于3,可满足汽车吊耳等弹性缓冲制件的制备要求,同时静刚度25±3n/mm,且耐疲劳性能佳,材料强度和抗撕裂性能好。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中,如未明确说明,“%”均指重量百分比。
以下使用的测试方法包括:
静刚度测试:试验速度:10mm/min;预循环次数:2次;载荷范围:0mm~10mm;计算范围:0mm~10mm.
动刚度测试:预载:95n,振幅:±0.1mm,频率:0hz~200hz,记录各频率所测的动刚度数据及连续的动刚度曲线
耐久测试:加载力:95±380n,频率:5hz,温度:120℃,次数:150万次。
以下使用的主要试剂包括:
实施例中三元乙丙橡胶为朗盛epdm8550c,充油乙丙橡胶为韩国锦湖充油乙丙橡胶kep980,软化油为石蜡油p600,流动分散剂为硬脂酸皂,bibp类过氧化物为无味dcp,防老剂为rd。
实施例1
制备橡胶材料,按照表1称取原料;
密炼:将三元乙丙橡胶和充油乙丙橡胶投入密炼机中,塑炼3分钟,投入活性氧化锌、硬脂酸、炭黑、白炭黑、流动分散剂混炼4分钟;再加入软化剂混炼4分钟;当温度达到115-125℃最后加入bibp类过氧化物和硫磺混炼0.5分钟,得到密炼好的胶料;
开炼:将密炼好的胶料投入开炼机,辊距为5-6mm,翻滚2次,辊距调为1-1.5mm薄通2次,辊距为调为5-6mm翻滚2次后出片,出片厚度为8mm。
表1原料用量表/重量份
实施例2
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
实施例3
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
实施例4
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
实施例5
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
实施例6
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
实施例7
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
实施例8
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
实施例9
制备橡胶材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。
对比例1
制备对比材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。实验过程发现疲劳后有轻微开裂现象
对比例2
制备对比材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。实验过程发现硫化速度慢,效率低,换用其他助交联剂胶料偏脆,有脱破问题。
对比例3
制备对比材料,原料用量见表1,制备方法同实施例1。实验过程发现胶料分散差,有颗粒并且流动性偏差,不利于成型。
性能检测
表2性能测试结果表
原料纯kep980生胶的动静刚度比在7左右,纯kep350生胶动静刚度比在4-5左右,通过本发明所述方法经过制备,得到的橡胶材料最大动静刚度比小于3,大于等于2,比值稳定,满足汽车吊耳的制备要求。
将实施例1所制备的橡胶材料进行耐久性测试,耐久试验前静刚度为27.62n/mm,耐久试验后静刚度为22.73n/mm,静刚度变化率为17.6%,试验件外观未见裂纹、表面脱落、磨伤等缺陷。说明产品耐疲劳性能优良。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。