本发明涉及复合材料的技术领域，特别涉及一种复合橡胶输水板及其制备方法和应用。
背景技术
近年来国家投入大部分资金治理沙漠，植树造林，造林期间需要大量的水进行灌溉，在过去浇水灌溉时使用水泥管输水，但是水泥管的运输和施工安装很不方便，水泥管材的尺寸也限制了输水能力的提高；后来又修建水泥渠道，但是水泥渠道在冬天经过冰冻之后就会风化，然后就开始漏水，即使能够在水泥渠道表面做防水层，最终因为沙漠中昼夜温差太大，防水层天热流淌，冷天脆裂，仍起不到较好的防漏水效果，输水过程损失较大。
氯丁橡胶又名氯丁二烯橡胶、新平橡胶，有良好的物理机械性能，用于制造耐油、耐热、耐酸碱的橡胶板和密封件，一些应用于室内的氯丁橡胶板材短期内可耐120℃～150℃高温，100℃以下可长期使用，其缺点是耐寒性较差不能适应沙漠多变的温度环境；三元乙丙橡胶具有优越的耐臭氧、耐寒性和抗老化性能，具备低密度高填充性能。
通过在氯丁橡胶中添加三元乙丙橡胶能够一定程度上提高产品的抗老化和耐候性能，同时降低橡胶的成本，但是三元乙丙橡胶和氯丁橡胶的溶解度参数相差甚远，将二者并用的同时也造成橡胶板的拉伸性等力学性能的下降，不能够满足沙漠环境中的长期使用要求。因此，急需制备一种性能全面、可长期应用于沙漠恶劣环境中的橡胶输水板，作为代替水泥渠的一种新型输水材料。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明目的在于提供一种复合橡胶输水板及其制备方法和应用，本发明提供的复合橡胶输水板耐候性好、力学性能好，能够用作输水渠材料，可长期应用于沙漠的输水工程。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种复合橡胶输水板，包括如下重量份的组分：氯丁橡胶50～70份、三元乙丙橡胶30～50份、挂胶帘子布90～110份、氧化锌4～6份、硬脂酸1～3份、轻质氧化镁3～5份、na-22促进剂0.6～1.4份、防老剂ctu0.6～1.4份；
优选的，所述复合橡胶输水板包括如下重量份的组分：氯丁橡胶60份、三元乙丙橡胶40份、挂胶帘子布100份、氧化锌5份、硬脂酸2份、轻质氧化镁4份、na-22促进剂1份、防老剂ctu1份；
优选的，所述复合橡胶输水板的厚度为1～3mm；
优选的，所述挂胶帘子布由帘子线经纬交织而成，所述帘子线的材质为聚酯纤维或聚酰胺纤维；
优选的，所述挂胶帘子布的断裂强度大于79cn/dtex，耐温超过120℃。
本发明提供了一种复合橡胶输水板的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别将氯丁橡胶和三元乙丙橡胶塑炼，得到塑炼后的氯丁橡胶和塑炼后的三元乙丙橡胶；
(2)将挂胶帘子布进行第一密炼，得到密炼后的挂胶帘子布；
(3)将所述步骤(2)中密炼后的挂胶帘子布和所述步骤(1)中塑炼后的氯丁橡胶、塑炼后的三元乙丙橡胶混合后依次进行第二密炼和热炼，得到混炼胶；
(4)将所述步骤(3)的得到的混炼胶进行压延，得到胶片；
(5)将所述步骤(4)得到的胶片进行硫化成型，得到复合橡胶输水板；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。
优选的，所述步骤(1)中氯丁橡胶和三元乙丙橡胶的塑炼温度独立地为50～80℃。
优选的，所述步骤(3)中混炼胶压延前还包括热炼，所述热炼的温度为40～50℃，热炼的时间为5～7分钟。
优选的，所述硫化成型的温度为145±5℃，压力为15±0.5mpa，硫化速度为0.5±0.01m/s。
本发明提供了一种复合橡胶输水板作为输水渠输水材料的应用。
有益效果：本发明提供的复合橡胶板包括如下重量份的组分：氯丁橡胶50～70份、三元乙丙橡胶30～50份、挂胶帘子布90～110份、氧化锌4～6份、硬脂酸1～3份、轻质氧化镁3～5份、na-22促进剂0.6～1.4份、防老剂ctu0.6～1.4份。复合橡胶输水板的耐热、耐寒性取决于橡胶分子结构的化学键，本发明将氯丁橡胶与三元乙丙橡胶共用，通过活化剂和促进剂使氯丁橡胶与三元乙丙橡胶产生双键交联，从而保持了二者的性能优势，在较宽的温度范围内保持橡胶分子链的柔性和弹性，提高了复合橡胶输水板的耐温性能，同时又具有较好的抗臭氧性和抗日光性能，适合在沙漠等环境恶劣的户外环境使用，橡胶板老化速度慢经久耐用。
本发明在复合橡胶输水板中加入挂胶帘子布，挂胶帘子布一般用作轮胎等橡胶制品的骨架，本发明将其应用于复合橡胶板中，一方面能够大幅度的提高复合橡胶输水板整体的撕裂强度和抗风揭能力；另一方面由于挂胶帘子布的相对密度仅为0.5，而氯丁橡胶的相对密度为1.23，加入挂胶帘子布可大幅降低复合橡胶输水板的重量，便于运输安装。
本发明提供的复合橡胶输水板具有气密性好，不吸水的特点，应用于水渠的铺设，可根据水渠的水流量大小进行任意裁剪和拼接，输水时漏水少，对水质造成的污染小。
实施例结果表明，本发明提供的2mm厚的复合橡胶输水板截取每m2的产品测定重量为2.36～2.44kg，质量轻；抗拉伸强度为13.5～16.8mpa，抗风揭能力强；耐老化时间长。
具体实施方式
本发明提供了一种复合橡胶输水板，包括如下重量份的组分：氯丁橡胶50～70份、三元乙丙橡胶30～50份、挂胶帘子布90～110份、氧化锌4～6份、硬脂酸1～3份、轻质氧化镁3～5份、na-22促进剂0.6～1.4份、防老剂ctu0.6～1.4份。
在本发明中，以重量份计，所述复合橡胶输水板包括氯丁橡胶50～70份，优选为55～65份，更优选为60份。本发明对氯丁橡胶的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，比如山西合成橡胶基团生产的cr224、cr240，日本电化生产的a90、m40、pm40等均可。
以氯丁橡胶的重量份数为基准，本发明所述复合橡胶输水板包括三元乙丙橡胶30～50份，优选为35～45份，更优选为40份。本发明对三元乙丙橡胶的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，氯丁橡胶又名氯丁二烯橡胶或新平橡胶，具有耐油、耐热、耐燃烧、耐腐蚀、拉伸强度高、伸长率高的特点，且具有可逆的结晶性，缺点是耐寒性较差，不能适应沙漠多变的温度环境；三元乙丙橡胶具有优越的耐臭氧氧化、耐寒性和抗侵蚀老化性能，具备低密度高填充性能。氯丁橡胶和三元乙丙橡胶溶解度参数相差较大，并不能直接共用，本发明通过加入活化剂和促进剂，使氯丁橡胶和三元乙丙橡胶产生双键交联，从而保持了两种橡胶的性能优势，提升了产品的耐高低温性能和户外的抗老化性能，使复合橡胶输水板更加经久耐用。
以氯丁橡胶的重量份数为基准，本发明所述复合橡胶输水板包括挂胶帘子布90～110份，优选为95～105份，更优选为100份。在本发明中，所述挂胶帘子布优选为轮胎厂制成轮胎时使用的挂胶帘子布的废弃边角料，也称轮胎用浸胶帘子布，所述帘子布是用强力股线作经，用中、细支单纱作纬，织制的轮胎用骨架织物，经线排列紧密，纬纱排列稀疏，状似帘子；所述浸胶是采用天然胶乳或氯丁胶对帘子布进行表面浸泡或涂覆，达到后期与橡胶粘合的效果。
本发明对所述挂胶帘子布的材质种类无特殊要求，使用聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、钢丝等材质织造的挂胶帘子布均可，优选为抗拉伸性能好、质量较轻的聚酯纤维(比如涤纶)或聚酰胺纤维(比如尼龙)织造的挂胶帘子布。挂胶帘子布一般用作轮胎等橡胶制品的骨架，是影响轮胎性能和寿命的重要材料，具有强度高、耐高温、耐疲劳、结构稳定、能和橡胶粘合的优点；本发明所述挂胶帘子线优选为轮胎厂的边角料，所有轮胎企业使用的挂胶帘子布都是ccc认证产品，质量都是合格的，因而本发明直接使用即可。
在本发明中，所述挂胶帘子布的断裂强度优选大于79cn/dtex，耐温优选超过120℃，本发明对废弃的挂胶帘子布边角料的形状无特殊要求，形状为片状、条状、三角形等形状均可。
在本发明中，所述挂胶帘子布能增进氯丁橡胶和三元乙丙橡胶的结合，并起到骨架作用，提高了复合橡胶输水板的抗拉伸强度和抗风揭能力。在本发明中，橡胶的相对密度是指在4℃时单位体积的橡胶的质量和同体积的纯水质量的比值，氯丁橡胶的相对密度为1.23，挂胶帘子布的相对密度为0.5，加入挂胶帘子布后可大幅度降低复合橡胶输水板的质量，使复合橡胶输水板便于运输安装。
以氯丁橡胶的重量份数为基准，本发明所述复合橡胶输水板包括氧化锌4～6份，优选为4.5～5.5份，更优选为5份。
以氯丁橡胶的重量份数为基准，本发明所述复合橡胶输水板包括硬脂酸1～3份，优选为1.5～2.5份，更优选为2份。
以氯丁橡胶的重量份数为基准，本发明所述复合橡胶输水板包括轻质氧化镁3～5份，优选为3.5～4.5份，更优选为4份。
以氯丁橡胶的重量份数为基准，本发明所述复合橡胶输水板包括na-22促进剂0.6～1.4份，优选为0.8～1.2份，更优选为1份。
以氯丁橡胶的重量份数为基准，本发明所述复合橡胶输水板包括防老剂ctu0.6～1.4份，优选为0.8～1.2份，更优选为1份。
在本发明中，氧化锌、硬脂酸、轻质氧化镁是活性剂，氧化锌和硬脂酸能够形成硬脂酸锌带动其他促进剂和橡胶的双键交联，轻质氧化镁在复合橡胶中起到吸酸剂和促进剂的作用，在氯丁橡胶胶结过程中起到吸酸、硫化交联、防焦的作用；na-22是氯丁橡胶和三元乙丙橡胶共用的硫化促进剂，na-22既能对氯丁橡胶起到硫化作用，也对三元乙丙橡胶起到硫化作用；ctu是防老剂。本发明对氧化锌、硬脂酸、轻质氧化镁、促进剂na-22、防老剂ctu的来源无特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述复合橡胶输水板的厚度优选为1～3mm，更优选为1.5～2.5mm，最优选为2mm。
本发明提供了上述方案所述的复合橡胶输水板的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别将氯丁橡胶和三元乙丙橡胶塑炼，得到塑炼后的氯丁橡胶和塑炼后的三元乙丙橡胶；
(2)将挂胶帘子布进行第一密炼，得到密炼后的挂胶帘子布；
(3)将所述步骤(2)中密炼后的挂胶帘子布和所述步骤(1)中塑炼后的氯丁橡胶、塑炼后的三元乙丙橡胶混合后依次进行第二密炼和热炼，得到混炼胶；
(4)将所述步骤(3)的得到的混炼胶进行压延，得到胶片；
(5)将所述步骤(4)得到的胶片进行硫化成型，得到复合橡胶输水板；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。
本发明将氯丁橡胶和三元乙丙橡胶塑炼，得到塑炼后的氯丁橡胶和塑炼后的三元乙丙橡胶。在本发明中，所述氯丁橡胶和三元乙丙橡胶塑炼前优选还包括切胶，通过所述切胶将氯丁橡胶和三元乙丙橡胶分散，便于配料、塑炼和混炼加工，本发明对所述切胶的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的切胶方式即可。
切胶后，本发明将所述氯丁橡胶和三元乙丙橡胶分别进行塑炼。在本发明中，所述塑炼的温度独立地优选为50～80℃，更优选为60～70℃。在本发明中，塑炼能够降低氯丁橡胶和三元乙丙橡胶的弹性，增加可塑性，并获得适当的流动性，以满足混炼、压延、硫化加工工艺过程的要求，本发明对所述塑炼的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的开炼机即可。
本发明将挂胶帘子布进行第一密炼，得到密炼后的挂胶帘子布。在本发明中，所述第一密炼的时间优选为5～7分钟，更优选为6分钟。
本发明将密炼后的挂胶帘子布和塑炼后的氯丁橡胶、塑炼后的三元乙丙橡胶混合后依次进行第二密炼和热炼，得到混炼胶。在本发明中，所述第二密炼的时间优选为5～7分钟，更优选为6分钟；所述热炼的温度优选为40～50℃，更优选为45℃，热炼的时间优选为5～7分钟，更优选为6分钟。本发明对所述密炼的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的密炼机进行密炼即可，本发明对所述热炼的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的开炼机进行热炼即可。
得到混炼胶后，本发明将混炼胶进行压延，得到胶片。在本发明中，所述胶片的压延尺寸优选为宽度1100mm×厚度1～3mm×长度10000mm，所述胶片厚度更优选为1.5～2.5mm，最优选为2mm。本发明对所述压延的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的压延机即可，具体的，如两个辊筒l型压延机；本发明对压延参数无特殊要求，能够满足压延混炼胶胶片的尺寸即可。
得到胶片后，本发明将所述胶片进行硫化成型，得到复合橡胶输水板。在本发明中，所述硫化成型的温度优选为145±5℃，更优选为145℃，压力优选为15±0.5mpa，更优选为15mpa，硫化速度优选为0.5±0.01m/s，更优选为0.5m/s；本发明对所述硫化的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的硫化机即可，具体的，如鼓式硫化机。
硫化成型完成后，本发明优选将硫化产物进行冷却、修边和整理，得到复合橡胶输水板。
本发明提供了上述方案所述复合橡胶输水板或上述技术方案所述制备方法制备得到的复合橡胶输水板作为输水渠输水材料的应用。本发明对所述复合橡胶输水板的应用方法没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的方法进行应用，能够得到输水渠即可。
在本发明的具体实施例中，所述复合橡胶输水板的应用方法优选包括如下步骤：
根据施工需要挖出沟槽，将复合橡胶输水板裁剪后进行铺设；
将复合橡胶输水板两端的对接口进行打磨；
使用胶黏剂粘合复合橡胶输水板的对接口，然后用橡胶锤砸实；
在复合橡胶输水板两侧打眼，使用不锈钢螺栓、尼龙绳和重物进行固定。
在本发明中，优选的，复合橡胶输水板的对接口采用钢丝刷打磨，打磨宽度不低于10公分，打磨后扫净对接口表面的粉尘；所述固定用重物优选为石块，木棍、铁棍等，将重物挖坑深埋并砸实，起到永久固定作用，提高输水渠的抗风揭能力。
下面结合实施例对本发明提供的复合橡胶输水板及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3中使用的氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、挂胶帘子布、氧化锌、硬脂酸、轻质氧化镁、na-22促进剂、防老剂ctu均为市售，其中挂胶帘子布为轮胎厂废弃的边角料，其织造材质为涤纶(聚酯纤维的一种)，涤纶帘子布经天然胶乳挂胶得到本发明使用的挂胶帘子布。
实施例1
一种复合橡胶输水板，由包括如下重量份的原料制备而得：
氯丁橡胶60份、三元乙丙橡胶40份、挂胶帘子布100份、氧化锌5份、硬脂酸2份、轻质氧化镁4份、na-22促进剂1份、防老剂ctu1份；
上述复合橡胶输水板的制备方法，包括如下步骤：
称取各原料后，将氯丁橡胶和三元乙丙橡胶经过切胶和65℃的塑炼处理后与经过6分钟第一密炼的挂胶帘子布混合，进行6分钟的第二密炼，然后在45℃下热炼6分钟得到混炼胶，将混炼胶在两个辊筒l型压延机中压延，得到宽度1100mm×厚度2mm×长度10000mm的胶片，得到胶片后，在温度为145℃，压力为15mpa，速度为0.49米/每秒的鼓式硫化机中进行硫化后，经过常规的冷却、修边、整理得到复合橡胶输水板。
实施例2
一种复合橡胶输水板，由包括如下重量份的原料制备而得：
氯丁橡胶50份、三元乙丙橡胶30份、挂胶帘子布110份、氧化锌4份、硬脂酸1份、轻质氧化镁3份、na-22促进剂0.6份、防老剂ctu0.6份；
上述复合橡胶输水板的制备方法，包括如下步骤：
称取各原料后，将氯丁橡胶和三元乙丙橡胶经过切胶和65℃的塑炼处理后与经过6分钟第一密炼的挂胶帘子布混合，进行6分钟的第二密炼，然后在45℃下热炼6分钟得到混炼胶，将混炼胶在两个辊筒l型压延机中压延，得到宽度1100mm×厚度2mm×长度10000mm的胶片，得到胶片后，在温度为145℃，压力为15mpa，速度为0.49米/每秒的鼓式硫化机中进行硫化后，经过常规的冷却、修边、整理得到复合橡胶输水板。
实施例3
一种复合橡胶输水板，由包括如下重量份的原料制备而得：
氯丁橡胶70份、三元乙丙橡胶50份、挂胶帘子布90份、氧化锌6份、硬脂酸3份、轻质氧化镁5份、na-22促进剂1.4份、防老剂ctu1.4份；
上述复合橡胶输水板的制备方法，包括如下步骤：
称取各原料后，将氯丁橡胶和三元乙丙橡胶经过切胶和65℃的塑炼处理后与经过6分钟第一密炼的挂胶帘子布混合，进行6分钟的第二密炼，然后在45℃下热炼6分钟得到混炼胶，将混炼胶在两个辊筒l型压延机中压延，得到宽度1100mm×厚度2mm×长度10000mm的胶片，得到胶片后，在温度为145℃，压力为15mpa，速度为0.49米/每秒的鼓式硫化机中进行硫化后，经过常规的冷却、修边、整理得到复合橡胶输水板。
实施例4
本实施例使用实施例1的原料配比和制备方法，唯一的区别在于所述挂胶帘子布的织造材质为尼龙纤维(聚酰胺纤维的一种)。
对比例1
本对比例使用实施例1的原料配比和制备方法，唯一的区别在于原料中不使用挂胶帘子布。
应用例
挖一10m长的倒梯形沟槽作为输水渠，沟槽底部宽0.5m，两个侧坡宽均为1m，侧坡与底部水平线的夹角均为45°，将裁剪后的复合橡胶输水板铺设于沟槽侧坡和底部，在输水板接头处下面放一根厚木板或槽钢，用钢丝刷进行打磨，打磨宽度不低于10公分，必须打磨到位；胶黏剂按说明书进行勾兑并搅拌均匀，用刷子把复合橡胶输水板需要粘结处的粉尘清扫干净，凡打磨的地方都涂刷胶黏剂，要涂刷均匀，晾几分钟后，用手触摸不粘手时，进行粘合；开始要把两侧对齐，对齐后一同放手，从中间向两边贴合，用橡胶锤砸实；在侧坡的输水板一侧一公分处打眼，用不锈钢螺栓固定输水板，用细尼龙绳拴牢螺栓，将细尼龙绳随木棍固定深埋。
将由实施例1～4和对比例1制备的复合橡胶输水板采用xut测厚仪测定厚度，并逐个测试产品的重量、抗拉伸强度、耐老化时间，测定结果见表1。
表1.复合橡胶输水板性能对比表
表1中产品重量是按照实施例1～4以及对比例1制备的2mm厚的复合橡胶输水板截取1m2的面积称得的重量数据。
表1中的抗拉伸性能测试是使用cz-40000电子万能试验机，按照gb/t528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定标准进行的测定。
表1中的耐老化时间测试尝试了多种方法，包括采用gb/t3512-2001硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验法进行测定；采用gb/t13642-1992硫化橡胶耐臭氧老化试验动态拉伸试验法进行测定；采用gb/t15255-1994硫化橡胶人工气候老化(碳弧灯)试验方法进行测定。
由以上实施例及表1的数据对比可知，多次橡胶老化性能测试后本发明实施例1～3以及对比例1制备的复合橡胶输水板产品均无明显老化现象和性能的明显降低；未添加挂胶帘子布的对比例1的产品质量最重，抗拉伸性能较差，抗风揭能力差，而随着加入挂胶帘子布的占比逐步增大，实施例3、1、2的产品重量是逐步降低的，但是抗拉伸性能却越来越好。
可见本发明实施例1～3提供的复合橡胶输水板产品质量轻，抗拉伸性能好，耐候性和抗风揭能力更强，于沙漠中的输水渠铺设，具有很好的应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。