本发明涉及一种传动带。
背景技术：
传动带是将电机或发动机旋转产生的动力，通过带轮由胶带传导到机械设备上，故又称之为动力带。它是机电设备的核心联结部件，种类异常繁多，用途极为广泛。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种传动带，其胶料具有优良的力学性能、耐磨耗性能以及耐疲劳性能，从而赋予传动带优异的性能。
为达到以上目的，本发明提供一种传动带，包括胶料和设于胶料内部的线绳骨架，所述胶料的配方为：氯丁橡胶80～150重量份、稳定剂0～5重量份、促进剂1～5重量份、防老剂0.5～2重量份、聚苯乙烯包覆纳米氧化锌5～20重量份、有机改性石墨烯2～5重量份。
优选地，所述稳定剂为NDMC、NDBC和CDBC中的一种或多种。
优选地，所述促进剂为MDB、MTT、CBS、和SDBC中的一种或多种。
优选地，所述防老剂为MMB、MBZ和MB中的一种或多种。
优选地，所述线绳骨架为聚酯硬线绳骨架。
优选地，所述聚苯乙烯包覆纳米氧化锌通过以下步骤制备：
(1)将纳米氧化锌和去离子水混合配制成质量分数为6％～10％的水悬浮液，然后加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮搅拌均匀；
(2)将步骤(1)的悬浮液在搅拌下升温至60～85℃，稳定后加入引发剂；
(3)向步骤(2)的悬浮液中加入苯乙烯反应8～24小时后，提取产物得到聚苯乙烯包覆的纳米氧化锌。
值得一提的是，所述聚苯乙烯包覆纳米氧化锌的制备是在氮气气氛下进行的。
优选地，所述引发剂为过硫酸钾。
优选地，制备所述聚苯乙烯包覆纳米氧化锌时，纳米氧化锌、聚乙烯吡咯烷酮、引发剂、和苯乙烯的质量比为(125～200)∶(0.5～1)∶(0.8～1.5)∶100。
纳米氧化锌在悬浮液中均匀分散，引发剂在热作用下分解生成自由基，溶液中的苯乙烯被引发聚合形成一端带有亲水基团的自由基活性链。纳米氧化锌表面带正电，易与带负电的自由基活性链结合，从而使其表面疏水性增强，有利于剩余单体在纳米氧化锌表面聚合包覆从而形成聚苯乙烯包覆纳米氧化锌微粒。
优选地，有机改性石墨烯通过以下方法制备：
(a)将石墨烯和N-甲基吡咯烷酮混合配制成质量分数为40％～60％的悬浮液后超声混合；
(b)向步骤(a)的悬浊液中加入2-氨基甲基咪唑，搅拌条件下加热升温至60～150℃后反应8～24h，然后提取产物得到有机改性石墨烯。
优选地，2-氨基甲基咪唑的加入量为石墨烯质量的30％～60％。
石墨烯的环氧基团与小分子有机物2-氨基咪唑的端氨基分子发生环氧开环加成反应，由此形成了有机物改性的石墨烯助剂。小分子有机物一方面可以阻碍石墨烯的团聚，另一方面有利于增强石墨烯与橡胶基体间的结合力。
优选地，所述胶料通过以下方法制备：在双辊开炼机上放入氯丁橡胶，包辊，将辊距缩调至最小，依次加入稳定剂、促进剂和防老剂，混炼5-25分钟，然后缓慢加入聚苯乙烯包覆纳米氧化锌和有机改性石墨烯混炼10～30分钟，使其与橡胶混炼均匀，所得混炼胶在150～200℃的硫化温度下在50吨平板硫化机上模压硫化得到胶料。
本发明的上述优选实施例具有以下有益效果：
(1)聚苯乙烯包覆纳米氧化锌的表面与基体橡胶具有良好的相容性，聚苯乙烯分子链与橡胶分子链相互缠绕或锚嵌，能使橡胶与填料相界面上形成柔性橡胶层，该层能松弛界面应力，改善了界面的粘结强度和相容性，同时聚苯乙烯层改进了纳米氧化锌的分散性能，从而促使橡胶在填料表面的浸润展开，提高了胶料的综合性能；
(2)纳米氧化锌表面接枝的高分子层与基体形成弹性过渡区，该弹性过渡区有利于吸收冲击能量，因此胶料具有较好的力学性能；
(3)纳米氧化锌复合微粒以及有机改性石墨烯填充到橡胶体系中，形成应力集中点使基体产生的裂纹扩展受阻和钝化，使得裂纹不致发展成为破坏性开裂；
(4)有机改性石墨烯粉末与聚苯乙烯包覆纳米氧化锌可以产生协同作用，进一步提高胶料以及传动带的力学性能。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明实施例采用的化学试剂均为市购：石墨烯购自常州第六元素材料科技股份有限公司；纳米氧化锌购自四川锌鸿科技有限公司；稳定剂(NDMC、NDBC和CDBC)、促进剂(MDB、MTT、CBS和SDBC)以及防老剂(MMB、MBZ和MB)购自河南龙基化工有限公司。
实施例1
聚苯乙烯包覆纳米氧化锌的制备：(1)取质量比为200∶0.5∶0.8∶100的纳米氧化锌、聚乙烯吡咯烷酮、过硫酸钾和苯乙烯；(2)将纳米氧化锌、去离子水混合配制成质量分数为6％的水悬浮液，然后加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在1500r/min条件下搅拌分散10min；(3)将步骤(2)的悬浊液在450r/min条件下搅拌加热升温至60℃后稳定5min后加入引发剂过硫酸钾；(4)向步骤(3)所得的悬浮液中滴加苯乙烯反应8h；(5)将步骤(4)所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于50℃条件下干燥24h，将干燥后的滤饼粉碎得到聚苯乙烯包覆纳米氧化锌。步骤(2)～步骤(4)在氮气气氛下进行。
有机改性石墨烯的制备：(1)将石墨烯和N-甲基吡咯烷酮混合配制成质量分数为40％的悬浮液后，在300W功率的条件下超声0.5h；(2)向步骤(1)的悬浊液中加入2-氨基甲基咪唑，在1000r/min条件下搅拌加热升温至60℃后反应24h，其中2-氨基甲基咪唑的加入量占石墨烯质量的30％；(3)停止反应后离心过滤，将滤饼置于干燥箱中于60℃条件下干燥24h，得到有机改性石墨烯。
胶料的制备：在双辊开炼机上放入150重量份氯丁橡胶，包辊，将辊距缩调至最小，依次加入5重量份稳定剂、5重量份促进剂和2重量份防老剂，混炼25分钟，然后缓慢加入5重量份聚苯乙烯包覆纳米氧化锌和2重量份有机改性石墨烯混炼30分钟，使其与橡胶混炼均匀，所得混炼胶在150℃的硫化温度下在50吨平板硫化机上模压硫化得到胶料。
实施例2
聚苯乙烯包覆纳米氧化锌的制备：(1)取质量比为125∶1∶0.8∶100的纳米氧化锌、聚乙烯吡咯烷酮、过硫酸钾和苯乙烯；(2)将纳米氧化锌、去离子水混合配制成质量分数为10％的水悬浮液，然后加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在2000r/min条件下搅拌分散60min；(3)将步骤(2)的悬浊液在750r/min条件下搅拌加热升温至85℃后稳定20min后加入引发剂过硫酸钾；(4)向步骤(3)所得的悬浮液中滴加苯乙烯反应12h；(5)将步骤(4)所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于50℃条件下干燥24h，将干燥后的滤饼粉碎得到聚苯乙烯包覆纳米氧化锌。步骤(2)～步骤(4)在氮气气氛下进行。
有机改性石墨烯的制备：(1)将石墨烯和N-甲基吡咯烷酮混合配制成质量分数为50％的悬浮液后，在300W功率的条件下超声3h；(2)向步骤(1)的悬浊液中加入2-氨基甲基咪唑，在2500r/min条件下搅拌加热升温至100℃后反应24h，其中2-氨基甲基咪唑的加入量占石墨烯质量的40％；(3)停止反应后离心过滤，将滤饼置于干燥箱中于80℃条件下干燥6h，得到有机改性石墨烯。
胶料的制备：在双辊开炼机上放入100重量份氯丁橡胶，包辊，将辊距缩调至最小，依次加入2重量份稳定剂、3重量份促进剂和1重量份防老剂，混炼25分钟，然后缓慢加入10重量份聚苯乙烯包覆纳米氧化锌和2重量份有机改性石墨烯混炼30分钟，使其与橡胶混炼均匀，所得混炼胶在150℃的硫化温度下在50吨平板硫化机上模压硫化得到胶料。
实施例3
聚苯乙烯包覆纳米氧化锌的制备：(1)取质量比为170∶1∶1.5∶100的纳米氧化锌、聚乙烯吡咯烷酮、过硫酸钾和苯乙烯；(2)将纳米氧化锌、去离子水混合配制成质量分数为6％的水悬浮液，然后加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮，在2000r/min条件下搅拌分散30min；(3)将步骤(2)的悬浊液在650r/min条件下搅拌加热升温至75℃后稳定10min后加入引发剂过硫酸钾；(4)向步骤(3)所得的悬浮液中滴加苯乙烯反应12h；(5)将步骤(4)所得反应液冷却至室温后真空抽滤，将滤饼置于干燥箱中于80℃条件下干燥12h，将干燥后的滤饼粉碎得到聚苯乙烯包覆纳米氧化锌。步骤(2)～步骤(4)在氮气气氛下进行。
有机改性石墨烯的制备：(1)将石墨烯和N-甲基吡咯烷酮混合配制成质量分数为60％的悬浮液后，在300W功率的条件下超声6h；(2)向步骤(1)的悬浊液中加入2-氨基甲基咪唑，在2500r/min条件下搅拌加热升温至150℃后反应8h，其中2-氨基甲基咪唑的加入量占石墨烯质量的30％；(3)停止反应后离心过滤，将滤饼置于干燥箱中于80℃条件下干燥12h，得到有机改性石墨烯。
胶料的制备：在双辊开炼机上放入80重量份氯丁橡胶，包辊，将辊距缩调至最小，依次加入1重量份促进剂和0.5重量份防老剂，混炼25分钟，然后缓慢加入20重量份聚苯乙烯包覆纳米氧化锌和5重量份有机改性石墨烯混炼30分钟，使其与橡胶混炼均匀，所得混炼胶在200℃的硫化温度下在50吨平板硫化机上模压硫化得到胶料。
对比例1
胶料的制备方法同实施例2，只是胶料的原料中不含有聚苯乙烯包覆纳米氧化锌和有机改性石墨烯。
对比例2
改性石墨烯的制备方法同实施例2。胶料的制备方法同实施例2，只是胶料的原料由纳米氧化锌替换实施例2中的聚苯乙烯包覆纳米氧化锌。
对比例3
聚苯乙烯包覆纳米氧化锌的制备方法同实施例2。胶料的制备方法同实施例2，只是胶料的原料中不含有机改性石墨烯。
对比例4
有机改性石墨烯的制备方法同实施例2。胶料的制备方法同实施例2，只是胶料的原料中不含聚苯乙烯包覆纳米氧化锌。
对比例5
聚苯乙烯包覆纳米氧化锌的制备方法同实施例2。胶料的制备方法同实施例2，只是胶料的原料由石墨烯替换实施例2中的有机改性石墨烯。
采用实施例1-3和对比例1-5得到的胶料按照本领域制备传动带的现有方法制备传动带，然后对各传动带的相关性能进行测试，结果如表1所示。撕裂强度的测试参照国家标准GB/T529-99，邵氏硬度参照国家标准GB/T531-99在LX-A型橡胶硬度仪上测定，老化条件为150℃48h。磨耗性能的测试参照国家标准GB/TI689-98在Akron磨耗试验机上进行，疲劳性能的测试参照国家标准GB/T13934-92标准在PL-140疲劳试验机上进行。
表1
比较实施例2和对比例2的实验结果可以发现：纳米氧化锌表面包覆聚苯乙烯有利于降低胶料的磨耗体积，提高耐疲劳性能以及力学性能。比较实施例2和对比例5的实验结果可以发现：添加了经过表面改性的石墨烯有利于降低胶料的磨耗体积，提高耐疲劳性能以及力学性能。比较对比例1和对比例3的实验结果可以发现：只添加聚苯乙烯包覆纳米氧化锌时，胶料的磨耗性能疲劳性能以及力学性能都有明显提升。比较对比例1和对比例4的实验结果可以发现：只添加有机改性石墨烯时，胶料的磨耗性能疲劳性能以及力学性能都有明显提升。
通过比较实施例2、对比例1、对比例3、对比例4的实验结果可以发现：只添加聚苯乙烯包覆纳米氧化锌使胶料的磨耗体积减少了0.11，只添加有机改性石墨烯使胶料的磨耗体积减少了0.38，而同时添加聚苯乙烯包覆纳米氧化锌和有机改性石墨烯使胶料的磨耗体积减少了0.58，0.58＞(0.11+0.38)，可见聚苯乙烯包覆纳米氧化锌与有机改性石墨烯复配时具有协同作用，可以赋予胶料更优异的耐磨耗性能。同理，聚苯乙烯包覆纳米氧化锌与有机改性石墨烯复配时对于提高耐疲劳性能和力学性能也具有协同作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。