本发明属于橡胶材料
技术领域：
，具体涉及一种耐寒橡胶及其制备方法。
背景技术：
：低温对橡胶的物理机械性能影响很大，主要表现在变硬、变脆、弹性消失及其他一些老化现象，使其原有的质量降低。橡胶的耐寒性，即在规定的低温下保持其弹性和正常工作的能力，橡胶的耐寒性主要取决于高聚物的两个基本特性，玻璃化转变和结晶，两者都会使橡胶在低温下丧失弹性。橡胶的耐寒性主要体现在分子链的运动能力较强，分子间的运动相对的容易，分子凝聚的能量相对的低。一，可以适当的提高含胶率，在硫化条件不变的状态下，结合胶含量相对变下小，因而提高耐寒性。二，增塑剂，油的选取和使用。增塑剂能使橡胶分子运动变得容易。经硫化后的橡胶在室温附近很大的温度区域内都拥有弹性，随着温度的下降，微粒的布朗运动减弱，橡胶会因为内部粘性的增加而呈现出皮革状。当温度进一步降低微粒的布朗运动完全停止，橡胶就会产生冻结现象，既进入脆化玻璃状区域。这就是结晶性橡胶的结晶现象。这种现象表明：通过将橡胶至于适当的温度下，橡胶内部的不规则分子结构中的一部分将会出现重新排列，其结果造成模量增加，永久变形扩大，并且随时间的延长橡胶的弹性也慢慢丧失。以上橡胶分子运动规律可知：要使橡胶具有良好的耐寒性必须使其分子间的凝聚能量相对的小，熔融熵较大，也就是要求分子间的运动相对额容易而且结晶性低。中国专利CN106046462A公开一种耐寒橡胶。本发明的一种耐寒橡胶，包括下述的材料：氯丁橡胶W、乙丙橡胶1500、顺丁橡胶CR1211、氟硅橡胶、半补强炉黑SRF、微晶蜡、高苯乙烯树脂、氧化镁、硫黄、硬质陶土、细粒径炭黑、轻质操作油、氧化锌、N,N’-二芳基对苯二胺、N-苯基-N’-异丙基对苯二胺、硬脂酸、苯酚-甲醛树脂、油酸丁酯。本发明的有益效果在于，采用本发明的配方得到的胶料，其耐寒性能好，在-40℃、-50℃保存3个月后，其200％定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率/％变化幅度均比较小；其拉伸强度保持率、扯断伸长率保持率保持较好。此发明通过添加弹性能力极强的橡胶原料和增塑剂，改善耐寒性能，能够保证在低温环境中长时间作业，但是其弹性影响常温甚至高温作业，使其应用范围受到限制。中国专利CN103665821A公开一种耐寒橡胶。本发明的耐寒橡胶包括下述重量份数的组分：氯醇橡胶50-150、天然橡胶50-120、硅橡胶30-70、聚氨酯橡胶20-60、乙丙橡胶10-40、炭黑N10010-30、陶土2-8、硫黄2-10、防老剂1-5、陶土1-10、芳烃油1-5、白炭黑1-10、防焦剂1-5、纳米氧化锌1-4、二乙基二硫代氨基甲酸锌1-4、2-硫醇基咪唑啉1-4、增塑剂1-10、软化剂4-12。本发明的有益效果在于，本发明的耐寒橡胶与普通的橡胶相比，具有良好的耐寒性能，适用于低温条件下连续持续性的使用，同时橡胶还具有抗拉强度高，耐火、耐腐蚀等优点。其中添加过多的增塑剂和软化剂会影响橡胶的力学性能，同时天然橡胶的需求会增加成本，而且对于橡胶耐寒性的改善并不显著，仅仅通过改变橡胶的弹性性能，玻璃化和结晶化方面贡献不大。中国专利CN103897230A公开了一种耐寒橡胶密封圈，它是由下述重量份的原料制成：三元乙丙橡胶30-50份、顺丁橡胶50-80份、硬脂酸锌2-3.5份、二苯基硅二醇3-5份、邻苯二甲酸二辛酯1-3份、微晶蜡2.6-3.5份、高耐磨炭黑6-8份、氧化镁10-15份、改性硅微粉12-15份、金红石型钛白粉4-6份、明矾粉3-6份、纳米碳酸钙5-8份、环烷基橡胶油5-8份、焦磷酸钠1-2份、防老剂2-3份、促进剂PZ3-5份、木质素磺酸钠0.15-0.3份、固体古马隆5-7份、松节油1.2-1.4份、耐寒剂20-30份、硫磺2-2.5份。本发明的耐寒橡胶密封圈，具有很好的耐寒性，低温下不开裂，能够在零下三十度环境下不发脆、保持良好的性能。本发明是通过改善橡胶材料的弹性来保证低温作业，并未从内部环境以及结构方面作出进一步的优化，耐寒性能以及使用寿命收到极大的限制。目前橡胶制品大都无法适应低温的条件下使用，而且长期在低温条件下的橡胶，其定伸应力发生较大幅度的变化，其拉伸强度保持率、扯断伸长率保持率保持较差，无法满足使用需求。因此，需要对橡胶耐寒性差的缺点进行改进，克服其缺点，本发明根据以上问题，发明一种可以克服耐寒橡胶结构单一、易脆化、低温使用寿命短等缺点，由于耐寒橡胶的使用的范围广、频率高，因此使用一段时间后，耐寒橡胶就容易脆化、断裂、变硬等问题，影响耐寒橡胶继续使用。因此，研发一种耐寒橡胶，改善以上问题是十分有必要的。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有的不足而提供一种耐寒橡胶，改善目前耐寒橡胶结构单一、易脆化、低温使用寿命短等缺点，以及制作工艺复杂，生产成本高的问题，本发明耐寒橡胶具有较好的耐寒能力，可以改变传统的耐寒橡胶性能问题，结构的特殊性同时可以提高耐寒橡胶的抗脆化能力，而且质地轻，性能好，耐高压，原料的选择还可以有效的避免使用橡胶对环境的污染。为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：一种耐寒橡胶，所述耐寒橡胶包括橡胶基层和橡胶面层，由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶40份～60份，三元乙丙橡胶80份～100份，聚氨酯橡胶60份～80份，隔热材料10份～20份，石蜡4份～12份，硬脂酸镁1份～5份，氧化硼2份～5份，羟基硅油3份～8份，乙炔炭黑1份～4份，硫化剂1份～6份，纳米氧化铝2份～8份，增塑剂5份～14份。其中硫化剂和增塑剂均为普通市售产品，其中，硫化剂优选为叔丁基苯酚甲醛树脂、硫磺华和氧化锌中的任一种；增塑剂优选为邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯、壬二酸二辛酯和磷酸三辛酯中的任一种。进一步的，耐寒橡胶由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶45份～50份，三元乙丙橡胶85份～90份，聚氨酯橡胶65份～70份，隔热材料15份～18份，石蜡6份～9份，硬脂酸镁2份～3份，氧化硼2份～4份，羟基硅油4份～6份，乙炔炭黑2份～3份，硫化剂2份～5份，纳米氧化铝3份～6份，增塑剂6份～10份。更进一步的，耐寒橡胶由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶46份，三元乙丙橡胶88份，聚氨酯橡胶66份，隔热材料16份，石蜡7份，硬脂酸镁2.6份，氧化硼3份，羟基硅油5份，乙炔炭黑2.4份，硫化剂3份，纳米氧化铝5份，增塑剂8份。进一步的，所述隔热材料包括聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯硬质泡沫塑料、膨胀珍珠岩、硅酸钙、硅藻土、玻璃棉中的一种或者组合。采用隔热材料可以有效阻止橡胶材料受环境中的低温能量的影响，避免橡胶材料的玻璃化和结晶化，从根源上解除低温对橡胶材料的影响；另一方面，隔热材料质地轻，弹性好，可以增强橡胶材料的弹性，防止脆化变硬，保证橡胶材料内部结构的稳定性。更进一步的，纳米氧化锌的粒径为70nm～100nm。根据本发明的另一目的，在于提供一种上述耐寒橡胶的制备方法，包括如下步骤：S10，将所述重量份的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶在混炼机中混炼均匀，加入所述重量份的石蜡，硬脂酸镁，氧化硼，羟基硅油，乙炔炭黑，硫化剂，纳米氧化铝，增塑剂继续混炼得到初级橡胶混合物；S20，S10得到的初级橡胶混合物分为A、B两个组分，组分B中加入所述重量份的隔热材料，在混炼机中以800r/min～1500r/min的转速再次混炼1h～2h；组分B和隔热材料均匀混合，充分混炼，提高橡胶材料的耐寒能力；S30，S20得到的组分A作为橡胶基层，组分B作为橡胶面层，同时热压成型，成型后于硫化设备中，在压力为20.0MPa～20.8MPa，温度为155℃～165℃的条件下，硫化8min～12min，修边得到所述耐寒橡胶。橡胶基层有效的保证本发明耐寒橡胶作业时，保持原有的橡胶材料的良好性能，适度的强度，弹性以及拉伸变化率，橡胶面层因为添加了隔热材料，在发挥隔绝低温环境的同时，发挥橡胶材料应有的性能，另外，由于组分A和组分B同时热压成型，接触层的结合力相当强烈，不会对橡胶面层和橡胶基层的能量传递产生阻碍，相反可以更好的传递。进一步的，S10具体操作为：S11，将所述重量份的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶分别粉碎过20目～50目筛，之后混合均匀；S12，混炼机预热至60℃～80℃，加入S11得到的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶的混合物，在混炼机中以1000r/min～1800r/min的速率混炼30min～60min，同时升温至135℃～145℃；S13，混炼后恒温10min～30min，加入所述重量份的石蜡，硬脂酸镁，氧化硼，羟基硅油，乙炔炭黑，硫化剂，纳米氧化铝，增塑剂继续混炼2h～3h得到初级橡胶混合物。更进一步的，S12中，升温速率5℃/min～10℃/min。进一步的，S20中，组分A和组分B的重量比为5：1。进一步的，S30中，热压操作的工艺参数为：温度为120℃～135℃，压力为3MPa～5MPa。本发明的优点和有益效果是：1.本发明公开的耐寒橡胶，通过采用橡胶基层和橡胶面层结构布局，隔绝低温对橡胶材料作业影响的同时保持原有橡胶材料的良好性能，同时制备工艺的特殊性可以保证橡胶基层和橡胶面层结合稳定，没有界面差异，作用强度不受限制；2.在本发明公开的耐寒橡胶，改善原材料选材，通过添加隔热材料、氧化硼和必要辅料，扩大所制备的耐寒橡胶的使用范围，本发明耐寒橡胶具有较好的耐寒能力，可以改变传统的耐寒橡胶性能问题，结构的特殊性同时可以提高耐寒橡胶的抗脆化能力，而且质地轻，性能好，耐高压，原料的选择还可以有效的避免使用橡胶对环境的污染；3.本发明结合现代先进工艺，制备方法简单、加工成本低、耐寒效果显著，所制备的耐寒橡胶性能好、抗脆化，能持久保持良好的耐寒性，使用寿命长。具体实施方式以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例1一种耐寒橡胶原料以及配料组成：(单位：kg)所述耐寒橡胶包括橡胶基层和橡胶面层，由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶40kg，三元乙丙橡胶80kg，聚氨酯橡胶60kg，隔热材料10kg，石蜡4kg，硬脂酸镁1kg，氧化硼2kg，羟基硅油3kg，乙炔炭黑1kg，硫化剂1kg，粒径为70nm的纳米氧化铝2kg，增塑剂5kg。通过如下方法制备：S10，将所述重量份的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶分别粉碎过20目筛，之后混合均匀；混炼机预热至60℃，加入氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶的混合物，混炼机以1000r/min的转速混炼30min，同时以5℃/min的速率升温至135℃，混炼后恒温10min，加入所述重量份的石蜡，硬脂酸镁，氧化硼，羟基硅油，乙炔炭黑，叔丁基苯酚甲醛树脂，纳米氧化铝，壬二酸二辛酯继续混炼2h得到初级橡胶混合物；S20，S10得到的初级橡胶混合物按重量比5：1分为A、B两个组分，组分B中加入所述重量份的隔热材料，在混炼机中以800r/min的转速再次混炼1h；上述操作中，隔热材料是聚苯乙烯泡沫塑料和玻璃棉的组合，质量比为1：1。S30，S20得到的组分A作为橡胶基层，组分B作为橡胶面层，同时在温度为120℃，压力为3MPa条件下热压成型，成型后于硫化设备中，在压力为20.0MPa，温度为155℃的条件下，硫化8min，修边得到所述耐寒橡胶。实施例2一种耐寒橡胶原料以及配料组成：(单位：kg)所述耐寒橡胶包括橡胶基层和橡胶面层，由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶60kg，三元乙丙橡胶100kg，聚氨酯橡胶80kg，隔热材料20kg，石蜡12kg，硬脂酸镁5kg，氧化硼5kg，羟基硅油8kg，乙炔炭黑4kg，硫化剂6kg，粒径为100nm的纳米氧化铝8kg，增塑剂14kg。通过如下方法制备：S10，将所述重量份的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶分别粉碎过50目筛，之后混合均匀；混炼机预热至80℃，加入氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶的混合物混炼机以1800r/min的转速混炼60min，同时以10℃/min的速率升温至145℃，混炼后恒温30min，加入所述重量份的石蜡，硬脂酸镁，氧化硼，羟基硅油，乙炔炭黑，氧化锌，纳米氧化铝，邻苯二甲酸二辛酯继续混炼3h得到初级橡胶混合物；S20，S10得到的初级橡胶混合物按重量比5：1分为A、B两个组分，组分B中加入所述重量份的隔热材料，在混炼机中以1500r/min的转速再次混炼2h；上述操作中，隔热材料是聚氨酯硬质泡沫塑料。S30，S20得到的组分A作为橡胶基层，组分B作为橡胶面层，同时在温度为135℃，压力为5MPa条件下热压成型，成型后于硫化设备中，在压力为20.8MPa，温度为165℃的条件下，硫化12min，修边得到所述耐寒橡胶。实施例3一种耐寒橡胶原料以及配料组成：(单位：kg)所述耐寒橡胶包括橡胶基层和橡胶面层，由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶45kg，三元乙丙橡胶85kg，聚氨酯橡胶65kg，隔热材料15kg，石蜡6kg，硬脂酸镁2kg，氧化硼2kg，羟基硅油4kg，乙炔炭黑2kg，硫化剂2kg，粒径为80nm的纳米氧化铝3kg，增塑剂6kg。通过如下方法制备：S10，将所述重量份的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶分别粉碎过30目筛，之后混合均匀；混炼机预热至65℃，加入氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶的混合物，混炼机以1200r/min的转速混炼40min，同时以7℃/min的速率升温至138℃，混炼后恒温15min，加入所述重量份的石蜡，硬脂酸镁，氧化硼，羟基硅油，乙炔炭黑，叔丁基苯酚甲醛树脂，纳米氧化铝，己二酸二辛酯继续混炼2h得到初级橡胶混合物；S20，S10得到的初级橡胶混合物按重量比5：1分为A、B两个组分，组分B中加入所述重量份的隔热材料，在混炼机中以1000r/min的速率再次混炼1.5h；上述操作中，隔热材料是膨胀珍珠岩、硅酸钙和硅藻土的组合，质量比为2：5：1。S30，S20得到的组分A作为橡胶基层，组分B作为橡胶面层，同时在温度为125℃，压力为4MPa条件下热压成型，成型后于硫化设备中，在压力为20.2MPa，温度为158℃的条件下，硫化9min，修边得到所述耐寒橡胶。实施例4一种耐寒橡胶原料以及配料组成：(单位：kg)所述耐寒橡胶包括橡胶基层和橡胶面层，由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶50kg，三元乙丙橡胶90kg，聚氨酯橡胶70kg，隔热材料18kg，石蜡9kg，硬脂酸镁3kg，氧化硼4kg，羟基硅油6kg，乙炔炭黑3kg，硫化剂5kg，粒径为90nm的纳米氧化铝6kg，增塑剂10kg。通过如下方法制备：S10，将所述重量份的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶分别粉碎过40目筛，之后混合均匀；混炼机预热至75℃，加入氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶的混合物，混炼机以1500r/min的转速混炼45min，同时以8℃/min的速率升温至140℃，混炼后恒温25min，加入所述重量份的石蜡，硬脂酸镁，氧化硼，羟基硅油，乙炔炭黑，硫磺华，纳米氧化铝，壬二酸二辛酯继续混炼3h得到初级橡胶混合物；S20，S10得到的初级橡胶混合物按重量比5：1分为A、B两个组分，组分B中加入所述重量份的隔热材料，在混炼机中以1200r/min的转速再次混炼2h；上述操作中，隔热材料是聚苯乙烯泡沫塑料。S30，S20得到的组分A作为橡胶基层，组分B作为橡胶面层，同时在温度为130℃，压力为5MPa条件下热压成型，成型后于硫化设备中，在压力为20.6MPa，温度为162℃的条件下，硫化10min，修边得到所述耐寒橡胶。实施例5一种耐寒橡胶原料以及配料组成：(单位：kg)所述耐寒橡胶包括橡胶基层和橡胶面层，由以下重量份的原料组成：氯醇橡胶46kg，三元乙丙橡胶88kg，聚氨酯橡胶66kg，隔热材料16kg，石蜡7kg，硬脂酸镁2.6kg，氧化硼3kg，羟基硅油5kg，乙炔炭黑2.4kg，硫化剂3kg，粒径为80nm的纳米氧化铝5kg，增塑剂8kg。通过如下方法制备：S10，将所述重量份的氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶分别粉碎过30目筛，之后混合均匀；混炼机预热至65℃，加入氯醇橡胶，三元乙丙橡胶，聚氨酯橡胶的混合物，混炼机以1500r/min的转速混炼45min，同时以5℃/min的速率升温至140℃，混炼后恒温20min，加入所述重量份的石蜡，硬脂酸镁，氧化硼，羟基硅油，乙炔炭黑，氧化锌，纳米氧化铝，磷酸三辛酯继续混炼2.5h得到初级橡胶混合物；S20，S10得到的初级橡胶混合物按重量比5：1分为A、B两个组分，组分B中加入所述重量份的隔热材料，在混炼机中以1000r/min的转速再次混炼1.5h；上述操作中，隔热材料是聚氨酯硬质泡沫塑料和硅酸钙的组合，质量比为2：1。S30，S20得到的组分A作为橡胶基层，组分B作为橡胶面层，同时在温度为130℃，压力为3MPa条件下热压成型，成型后于硫化设备中，在压力为20.4MPa，温度为160℃的条件下，硫化11min，修边得到所述耐寒橡胶。实验例采用上述各实施例1～5制备得到的耐寒橡胶和普通耐寒橡胶，用于耐寒橡胶基本性能的研究对比，进一步证实了本发明耐寒橡胶的优异性能：测试1：将实施例1～5制备得到的耐寒橡胶和普通耐寒橡胶按照GB6034-1985标准，分别测定其在-40℃和-50℃下的压缩耐寒系数，结果见表1：表1本发明实施例1～5制备的耐寒橡胶的压缩耐寒系数检测项目压缩耐寒系数(-40℃)压缩耐寒系数(-50℃)实施例10.460..36实施例20.440.32实施例30.460.34实施例40.480.35实施例50.480.36普通耐寒橡胶0.320.20通过以上实验数据结果可以看出，在-40℃低温环境中，本发明耐寒橡胶的压缩耐寒系数在0.44以上，耐寒能力极好；在-50℃低温环境中，本发明耐寒橡胶的压缩耐寒系数在0.32以上，相比于普通耐寒橡胶，本发明耐寒橡胶具有显著进步，同时耐寒性能稳定，可以长期低温作业，使用寿命长。此外，本发明提供的耐寒橡胶亦可以有效抗高压，防止脆化，降低环境污染，适用范围广。以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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