一种天然橡胶及其制备工艺的制作方法

本发明涉及橡胶制备技术领域，更具体地说，涉及一种天然橡胶及其制备工艺。

背景技术：

橡胶(rubber)是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。

橡胶分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。

天然橡胶具有高拉伸强度以及高抗撕裂性能，且压缩回弹性好，已被广泛用于包装密封条、汽车、航空航天以及机械制造等多个领域。

但是，天然橡胶在受到光照、冷热、风雨、细菌等自然因素的破坏时容易因交联硬化而龟裂、降解，从而使得天然橡胶容易老化，使得天然橡胶的拉伸强度以及回弹性容易受到影响，甚至容易对汽车以及机械的正常运行产生影响。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种天然橡胶及其制备工艺，它可以实现在天然橡胶中引入补强介质和表面修复球，补强介质用来对橡胶成品起到全局补强作用，通过介质内添加的聚丙烯纤维提高天然橡胶的拉伸强度以及回弹性，表面修复球则通过改性的方式获得磁性，并在后续等待成熟的过程中施加微弱的磁场引导，迫使其移动至表面避免团聚或者集中在内部过深处难以起到对裂纹修复的作用，在移动的过程中不仅促进橡胶的回缩以及添加剂的分散，同时其整齐排列在橡胶表面，可以针对性提高橡胶表面的强度和抗裂性能，在出现裂纹时候也可以及时感应并破裂释放胶水进行修复，最后在硫化前基于促熟装置加速生橡胶的回缩和应力的松弛，有利于胶料性能的均匀和稳定，从而大幅提升硫化后橡胶成品的性能和强度。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种天然橡胶，包括以下重量份数的成分：干胶计天然橡胶胶乳100份、补强介质15-30份、硬脂酸1-2份、氧化锌4-6份、促进剂0.5-1.5份、硫化剂2-4份、防老剂1-1.5份、增塑剂4-8份和表面修复球5-15份。

进一步的，所述补强介质包括以下重量份数的成分：15-25份炭黑、10-20份云母粉、5-10份聚丙烯纤维和20-40份去离子水，常温下均匀混合后干燥得到，云母粉可以直接用做橡胶填充增量剂，绢云母有补强效能，可替代部分半补强碳黑使用，还可用做隔离剂，由于它属单斜晶系，其结晶呈薄片状，能提高橡胶的阻尼性能，它有良好的耐热、耐酸性能和电绝缘性能，还有防护紫外线和放射性辐射的功能，聚丙烯纤维不仅可以辅助提升橡胶的性能和强度，尤其是拉伸强度的提升十分明显，并且也可以与表面修复球相配合，在橡胶表面出现裂纹时通过聚丙烯纤维的拉扯作用可以提升表面修复球破裂的成功率，从而有效释放出内部的胶水。

进一步的，所述促进剂为促进剂dm、促进剂tmtd、促进剂cbs中的任意一种或多种组合物，所述硫化剂为硫磺，所述防老剂为防老剂rd、防老剂4010na、防老剂4020中的任意一种或多种组合物，所述增塑剂为石蜡油。

进一步的，所述表面修复球包括自修复微囊和外抗压层，所述自修复微囊包括修复芯材和包裹覆盖在修复芯材外表面的包覆囊材，所述外抗压层内镶嵌有多个碳纳米管，自修复微囊是采用微囊技术将修复芯材封装起来，用来响应橡胶表面开裂而释放进行修复，外抗压层主要起到对表面修复球的外力防护作用，由于橡胶的加工过程中会受到机械力的作用，在使用过程中也会受到各种外力，因此要保证其不会误破裂进行无用修复，碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，尤其在一维方向上具有极其优异的强度，对外抗压层起到加强作用，同时也因为其仅加强一维平面的作用，对开裂引起的拉扯力防护较弱，因此碳纳米管可以做到加强外抗压层整体强度的前提下，在类似于开裂这种顺应一维方向的拉扯力时仍可以破裂露出自修复微囊，另外碳纳米管沿长度方向上的导热性能极其优异，由于橡胶是不良导热体，制品的硫化进程由于其各部位温度的差异而不同，而本发明是基于碳纳米管的作用下在硫化后可以保证温度均匀一致，大幅提高硫化效果。

进一步的，所述表面修复球包括以下制备步骤：

s1、以明胶与阿拉伯树胶通过复凝聚法在水相中进行微胶囊化，包覆环氧树脂胶得到自修复胶囊；

s2、取质量比1:1:2-5的纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁和凹凸棒土，加入适量的分散剂和去离子水搅拌混合，得到稀释液；

s3、取质量比1:0.05-0.2的自修复胶囊和碳纳米管加入至稀释液中继续搅拌混合，取出后干燥得到表面修复球。

一种天然橡胶的制备工艺，包括以下制备步骤：

一、称取干胶计天然橡胶胶乳、补强介质、硬脂酸、氧化锌、防老剂、增塑剂和表面修复球搅拌混合均匀后，烘干以除去多余的水分，得到天然橡胶复合物；

二、将上述天然橡胶复合物投入至密炼机内进行密炼，并添加硬脂酸、氧化锌和促进剂，结束后放置24h得到密炼橡胶；

三、将硫化剂与密炼橡胶一起投入至开炼机上混合，混炼均匀，出料后放置在促熟装置上2-4h得到混炼橡胶；

四、将混炼橡胶加入至模具中硫化30-60min，得到天然橡胶成品。

进一步的，所述促熟装置包括一对托料辊，一对所述托料辊上放置有生橡胶片，且生橡胶片富余有长度向下凹陷，所述生橡胶片上下两侧分别设有上弧板和下弧板，所述上弧板和下弧板均为空心结构，所述上弧板和下弧板均固定连通有进气管，所述进气管连接有外部气源，所述上弧板和下弧板靠近生橡胶片的一端开设有多个均匀分布的气冲孔，所述上弧板和下弧板内部还固定镶嵌有多块均匀分布的磁铁块，利用一对托料辊进行生橡胶片的悬挂，保证其处于松弛状态，在停放过程中可以有效进行回缩和应力的释放，同时利用磁力吸附的作用迫使生橡胶片内部的表面修复球向表面移动并整齐排列，在移动过程中有助于添加剂等的分散，也有利于胶料性能的均匀和稳定，并且通过气流倾斜冲击的作用，加速橡胶的自然回弹进程，引起的微小震动也可以加速生橡胶片应力的释放，去除加工过程中的结构性疲劳，显著缩短生橡胶片的停放时间，并且有助于提高硫化后的橡胶成品性能和强度。

进一步的，所述上弧板和下弧板上的气冲孔的方向均由左右两侧向中央倾斜，且相对于切线角度倾斜5-10度，合适倾斜角度可以利用气流的冲击加速生橡胶片的自然回弹进程，角度过小加速作用不够明显，角度过度容易对生橡胶片引起二次结构性疲劳和回缩过度的现象，反而不利于橡胶性能和强度的提升。

进一步的，所述步骤二中的密炼温度为75-85℃，持续时间30-60min。

进一步的，所述硫化条件为4.6mpa×t90×150℃。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以实现在天然橡胶中引入补强介质和表面修复球，补强介质用来对橡胶成品起到全局补强作用，通过介质内添加的聚丙烯纤维提高天然橡胶的拉伸强度以及回弹性，表面修复球则通过改性的方式获得磁性，并在后续等待成熟的过程中施加微弱的磁场引导，迫使其移动至表面避免团聚或者集中在内部过深处难以起到对裂纹修复的作用，在移动的过程中不仅促进橡胶的回缩以及添加剂的分散，同时其整齐排列在橡胶表面，可以针对性提高橡胶表面的强度和抗裂性能，在出现裂纹时候也可以及时感应并破裂释放胶水进行修复，最后在硫化前基于促熟装置加速生橡胶的回缩和应力的松弛，有利于胶料性能的均匀和稳定，从而大幅提升硫化后橡胶成品的性能和强度。

(2)补强介质包括以下重量份数的成分：15-25份炭黑、10-20份云母粉、5-10份聚丙烯纤维和20-40份去离子水，常温下均匀混合后干燥得到，云母粉可以直接用做橡胶填充增量剂，绢云母有补强效能，可替代部分半补强碳黑使用，还可用做隔离剂，由于它属单斜晶系，其结晶呈薄片状，能提高橡胶的阻尼性能，它有良好的耐热、耐酸性能和电绝缘性能，还有防护紫外线和放射性辐射的功能，聚丙烯纤维不仅可以辅助提升橡胶的性能和强度，尤其是拉伸强度的提升十分明显，并且也可以与表面修复球相配合，在橡胶表面出现裂纹时通过聚丙烯纤维的拉扯作用可以提升表面修复球破裂的成功率，从而有效释放出内部的胶水。

(3)表面修复球包括自修复微囊和外抗压层，自修复微囊包括修复芯材和包裹覆盖在修复芯材外表面的包覆囊材，外抗压层内镶嵌有多个碳纳米管，自修复微囊是采用微囊技术将修复芯材封装起来，用来响应橡胶表面开裂而释放进行修复，外抗压层主要起到对表面修复球的外力防护作用，由于橡胶的加工过程中会受到机械力的作用，在使用过程中也会受到各种外力，因此要保证其不会误破裂进行无用修复，碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，尤其在一维方向上具有极其优异的强度，对外抗压层起到加强作用，同时也因为其仅加强一维平面的作用，对开裂引起的拉扯力防护较弱，因此碳纳米管可以做到加强外抗压层整体强度的前提下，在类似于开裂这种顺应一维方向的拉扯力时仍可以破裂露出自修复微囊，另外碳纳米管沿长度方向上的导热性能极其优异，由于橡胶是不良导热体，制品的硫化进程由于其各部位温度的差异而不同，而本发明是基于碳纳米管的作用下在硫化后可以保证温度均匀一致，大幅提高硫化效果。

(4)促熟装置包括一对托料辊，一对托料辊上放置有生橡胶片，且生橡胶片富余有长度向下凹陷，生橡胶片上下两侧分别设有上弧板和下弧板，上弧板和下弧板均为空心结构，上弧板和下弧板均固定连通有进气管，进气管连接有外部气源，上弧板和下弧板靠近生橡胶片的一端开设有多个均匀分布的气冲孔，上弧板和下弧板内部还固定镶嵌有多块均匀分布的磁铁块，利用一对托料辊进行生橡胶片的悬挂，保证其处于松弛状态，在停放过程中可以有效进行回缩和应力的释放，同时利用磁力吸附的作用迫使生橡胶片内部的表面修复球向表面移动并整齐排列，在移动过程中有助于添加剂等的分散，也有利于胶料性能的均匀和稳定，并且通过气流倾斜冲击的作用，加速橡胶的自然回弹进程，引起的微小震动也可以加速生橡胶片应力的释放，去除加工过程中的结构性疲劳，显著缩短生橡胶片的停放时间，并且有助于提高硫化后的橡胶成品性能和强度。

(5)上弧板和下弧板上的气冲孔的方向均由左右两侧向中央倾斜，且相对于切线角度倾斜5-10度，合适倾斜角度可以利用气流的冲击加速生橡胶片的自然回弹进程，角度过小加速作用不够明显，角度过度容易对生橡胶片引起二次结构性疲劳和回缩过度的现象，反而不利于橡胶性能和强度的提升。

附图说明

图1为本发明的构成组分表；

图2为本发明的流程示意图；

图3为本发明表面修复球的结构示意图；

图4为本发明促熟装置的结构示意图；

图5为本发明硫化前生橡胶片的结构示意图。

图中标号说明：

1修复芯材、2包覆囊材、3外抗压层、4碳纳米管、5托料辊、6生橡胶片、7上弧板、8下弧板、9进气管、10气冲孔、11磁铁块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种天然橡胶，包括以下重量份数的成分：干胶计天然橡胶胶乳100份、补强介质15份、硬脂酸1份、氧化锌4份、促进剂0.5份、硫化剂2份、防老剂1份、增塑剂4份和表面修复球5份。

补强介质包括以下重量份数的成分：15份炭黑、10份云母粉、5份聚丙烯纤维和20份去离子水，常温下均匀混合后干燥得到，云母粉可以直接用做橡胶填充增量剂，绢云母有补强效能，可替代部分半补强碳黑使用，还可用做隔离剂，由于它属单斜晶系，其结晶呈薄片状，能提高橡胶的阻尼性能，它有良好的耐热、耐酸性能和电绝缘性能，还有防护紫外线和放射性辐射的功能，聚丙烯纤维不仅可以辅助提升橡胶的性能和强度，尤其是拉伸强度的提升十分明显，并且也可以与表面修复球相配合，在橡胶表面出现裂纹时通过聚丙烯纤维的拉扯作用可以提升表面修复球破裂的成功率，从而有效释放出内部的胶水。

促进剂为促进剂dm，硫化剂为硫磺，防老剂为防老剂rd，增塑剂为石蜡油。

请参阅图3，表面修复球包括自修复微囊和外抗压层3，自修复微囊包括修复芯材1和包裹覆盖在修复芯材1外表面的包覆囊材2，外抗压层3内镶嵌有多个碳纳米管4，自修复微囊是采用微囊技术将修复芯材1封装起来，用来响应橡胶表面开裂而释放进行修复，外抗压层3主要起到对表面修复球的外力防护作用，由于橡胶的加工过程中会受到机械力的作用，在使用过程中也会受到各种外力，因此要保证其不会误破裂进行无用修复，碳纳米管4作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，尤其在一维方向上具有极其优异的强度，对外抗压层3起到加强作用，同时也因为其仅加强一维平面的作用，对开裂引起的拉扯力防护较弱，因此碳纳米管4可以做到加强外抗压层3整体强度的前提下，在类似于开裂这种顺应一维方向的拉扯力时仍可以破裂露出自修复微囊，另外碳纳米管4沿长度方向上的导热性能极其优异，由于橡胶是不良导热体，制品的硫化进程由于其各部位温度的差异而不同，而本发明是基于碳纳米管4的作用下在硫化后可以保证温度均匀一致，大幅提高硫化效果。

表面修复球包括以下制备步骤：

s1、以明胶与阿拉伯树胶通过复凝聚法在水相中进行微胶囊化，包覆环氧树脂胶得到自修复胶囊；

s2、取质量比1:1:4的纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁和凹凸棒土，加入适量的分散剂和去离子水搅拌混合，得到稀释液；

s3、取质量比1:0.05的自修复胶囊和碳纳米管4加入至稀释液中继续搅拌混合，取出后干燥得到表面修复球。

请参阅图2，一种天然橡胶的制备工艺，包括以下制备步骤：

一、称取干胶计天然橡胶胶乳、补强介质、硬脂酸、氧化锌、防老剂、增塑剂和表面修复球搅拌混合均匀后，烘干以除去多余的水分，得到天然橡胶复合物；

二、将上述天然橡胶复合物投入至密炼机内进行密炼，并添加硬脂酸、氧化锌和促进剂，密炼温度为75℃，持续时间30min，结束后放置24h得到密炼橡胶；

三、将硫化剂与密炼橡胶一起投入至开炼机上混合，混炼均匀，出料后放置在促熟装置上2h得到混炼橡胶；

四、将混炼橡胶加入至模具中硫化30min，硫化条件为4.6mpa×t90×150℃，得到天然橡胶成品。

请参阅图4，促熟装置包括一对托料辊5，一对托料辊5上放置有生橡胶片6，且生橡胶片6富余有长度向下凹陷，生橡胶片6上下两侧分别设有上弧板7和下弧板8，上弧板7和下弧板8均为空心结构，上弧板7和下弧板8均固定连通有进气管9，进气管9连接有外部气源，上弧板7和下弧板8靠近生橡胶片6的一端开设有多个均匀分布的气冲孔10，上弧板7和下弧板8内部还固定镶嵌有多块均匀分布的磁铁块11，利用一对托料辊5进行生橡胶片6的悬挂，保证其处于松弛状态，请参阅图5，在停放过程中可以有效进行回缩和应力的释放，同时利用磁力吸附的作用迫使生橡胶片6内部的表面修复球向表面移动并整齐排列，在移动过程中有助于添加剂等的分散，也有利于胶料性能的均匀和稳定，并且通过气流倾斜冲击的作用，加速橡胶的自然回弹进程，引起的微小震动也可以加速生橡胶片6应力的释放，去除加工过程中的结构性疲劳，显著缩短生橡胶片6的停放时间，并且有助于提高硫化后的橡胶成品性能和强度。

上弧板7和下弧板8上的气冲孔10的方向均由左右两侧向中央倾斜，且相对于切线角度倾斜5-10度，合适倾斜角度可以利用气流的冲击加速生橡胶片6的自然回弹进程，角度过小加速作用不够明显，角度过度容易对生橡胶片6引起二次结构性疲劳和回缩过度的现象，反而不利于橡胶性能和强度的提升。

实施例2：

请参阅图1，一种天然橡胶，包括以下重量份数的成分：干胶计天然橡胶胶乳100份、补强介质25份、硬脂酸1.5份、氧化锌5份、促进剂1份、硫化剂3份、防老剂1.2份、增塑剂6份和表面修复球10份。

补强介质包括以下重量份数的成分：20份炭黑、15份云母粉、8份聚丙烯纤维和30份去离子水。

请参阅图2，一种天然橡胶的制备工艺，包括以下制备步骤：

一、称取干胶计天然橡胶胶乳、补强介质、硬脂酸、氧化锌、防老剂、增塑剂和表面修复球搅拌混合均匀后，烘干以除去多余的水分，得到天然橡胶复合物；

二、将上述天然橡胶复合物投入至密炼机内进行密炼，并添加硬脂酸、氧化锌和促进剂，密炼温度为80℃，持续时间45min，结束后放置24h得到密炼橡胶；

三、将硫化剂与密炼橡胶一起投入至开炼机上混合，混炼均匀，出料后放置在促熟装置上3h得到混炼橡胶；

四、将混炼橡胶加入至模具中硫化45min，硫化条件为4.6mpa×t90×150℃，得到天然橡胶成品。

其余部分与实施例1保持一致。

实施例3：

请参阅图1，一种天然橡胶，包括以下重量份数的成分：干胶计天然橡胶胶乳100份、补强介质30份、硬脂酸2份、氧化锌6份、促进剂1.5份、硫化剂4份、防老剂1.5份、增塑剂8份和表面修复球15份。

补强介质包括以下重量份数的成分：25份炭黑、20份云母粉、10份聚丙烯纤维和40份去离子水。

请参阅图2，一种天然橡胶的制备工艺，包括以下制备步骤：

一、称取干胶计天然橡胶胶乳、补强介质、硬脂酸、氧化锌、防老剂、增塑剂和表面修复球搅拌混合均匀后，烘干以除去多余的水分，得到天然橡胶复合物；

二、将上述天然橡胶复合物投入至密炼机内进行密炼，并添加硬脂酸、氧化锌和促进剂，密炼温度为85℃，持续时间60min，结束后放置24h得到密炼橡胶；

三、将硫化剂与密炼橡胶一起投入至开炼机上混合，混炼均匀，出料后放置在促熟装置上4h得到混炼橡胶；

四、将混炼橡胶加入至模具中硫化60min，硫化条件为4.6mpa×t90×150℃，得到天然橡胶成品。

其余部分与实施例1保持一致。

本发明可以实现在天然橡胶中引入补强介质和表面修复球，补强介质用来对橡胶成品起到全局补强作用，通过介质内添加的聚丙烯纤维提高天然橡胶的拉伸强度以及回弹性，表面修复球则通过改性的方式获得磁性，并在后续等待成熟的过程中施加微弱的磁场引导，迫使其移动至表面避免团聚或者集中在内部过深处难以起到对裂纹修复的作用，在移动的过程中不仅促进橡胶的回缩以及添加剂的分散，同时其整齐排列在橡胶表面，可以针对性提高橡胶表面的强度和抗裂性能，在出现裂纹时候也可以及时感应并破裂释放胶水进行修复，最后在硫化前基于促熟装置加速生橡胶的回缩和应力的松弛，有利于胶料性能的均匀和稳定，从而大幅提升硫化后橡胶成品的性能和强度。

以上，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改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。