橡胶组合物、其制备方法及其在空气压缩机气腔橡胶垫中的应用

1.本发明涉及功能橡胶技术领域，尤其涉及一种橡胶组合物、其制备方法及其在空气压缩机气腔橡胶垫中的应用。


背景技术：

2.鱼缸用空气压缩机气腔橡胶垫需要24小时不间断的在直线式电机中往复式拉伸运动，在密封的气腔内产生压缩空气排出，频率为42-46hz之间，拉伸运动行程10-15mm。因此，对橡胶材料的要求很高，既要有良好的弹性、拉伸性能、耐磨、耐疲劳性能，还要具有良好的抗老化性能；同时，由于夏天工作气腔内温度高达80-85℃，要求橡胶材料同时具有较佳的耐温性能。
3.现有技术中为了更好地实现耐磨、耐疲劳等性能，通常需要添加一些有毒、有害或有气味儿但对橡胶耐磨耐疲劳等性能有显著功效的化学物质，但在鱼缸压缩机的橡胶件配方中却完全不能使用。比如，cn 113354879 a中所制备的减震橡胶具有较佳的耐疲劳、低生热以及耐老化功能，但其中含有有毒有害物质多异氰酸酯类改性剂。而该发明中多异氰酸酯类改性剂与效果息息相关，其恰恰就是通过使多异氰酸酯类改性剂上活性较大的异氰酸酯基优先接枝到芳纶浆粕表面酰胺基团上，而后通过热处理等工艺促使偶联剂作为桥梁，进而使得改性ap与基体材料产生有效键合。
4.因此，现有技术中亟需一种具有兼具耐高温、耐老化、耐疲劳、耐磨等性能且无毒无害无气味能够用作鱼缸中空气压缩机气腔橡胶垫的橡胶组合物。


技术实现要素：

5.为了解决上述缺陷，本发明提供一种橡胶组合物、其制备方法及其在空气压缩机气腔橡胶垫中的应用，以实现一种能够兼具耐高温、耐老化、耐疲劳、耐磨等性能且无毒无害无气味能够用作鱼缸中空气压缩机气腔橡胶垫的橡胶组合物。
6.本发明提供的一种橡胶组合物，包括橡胶基体与补强剂，所述橡胶基体包括天然橡胶、顺丁橡胶与反式聚异戊二烯；所述补强剂包括改性芳纶浆粕、石墨烯与炭黑；
7.所述改性芳纶浆粕表面含有羟基和羧基。
8.本发明发现使用天然橡胶、顺丁橡胶与反式聚异戊二烯并用能够提高混炼胶的弹性以及拉伸强度等性能；同时与所述补强剂进行有效键合，能够显著提高所述橡胶组合物的材料力学性能。其中，所述改性芳纶浆粕表面含有羟基和羧基，能够显著提高本技术混炼胶的耐疲劳性能，进而提高产品的寿命；石墨烯有利于混炼胶的导热性能，提高产品的使用寿命。
9.在本发明中，所述改性芳纶浆粕为芳纶纤维的一种差异化产品，由芳纶短纤维经高度原纤化而来，主干纤维表面呈毛绒状，主纤长度1.0～3.0mm，直径5～10.0μm，微纤长度0.1～2.0μm，表面粗糙，纤维的轴向尾端呈针尖状，比表面积较大，约7～11m2/g。
10.作为优选，所述补强剂包括如下重量份的组分：
11.改性芳纶浆粕
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1～5份；
12.石墨烯
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0.1～1份；
13.炭黑
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30～45份；
14.在本发明中，所述补强剂用量为上述配比时，石墨烯的二维空间结构使得炭黑的融合性更好，而且与改性的芳纶浆粕可形成化学反应，与胶料结合性更好，具有协同增效的效果，能够进一步提高所述橡胶组合物的性能。
15.更优选地，所述炭黑为n330、n550、n326和n660中的一种或几种。
16.作为优选，所述橡胶基体与补强剂的质量比为100：31～51。
17.作为优选，所述橡胶基体中包括如下重量份的组分：
18.天然橡胶
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60～80份；
19.顺丁橡胶
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10～30份；
20.反式聚异戊二烯
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5～15份。
21.作为优选，所述改性芳纶浆粕的制备方法包括：将芳纶浆粕与硅烷偶联剂在乙醇存在的条件下进行超声，而后进行干燥；
22.作为优选，所述芳纶浆粕与硅烷偶联剂的质量比为(1～5)：(0.2～1)；
23.更优选地，所述硅烷偶联剂为kh550、kh560和kh570中的一种或几种。
24.作为优选，所述石墨烯的片层厚度为1～4nm，二维尺寸为100～400nm。
25.作为优选，所述橡胶组合物中还包括活性剂、硫化剂、促进剂和防老剂。
26.作为优选，所述活性剂为纳米氧化锌，或，纳米氧化锌与硬脂酸的混合物。
27.作为优选，所述纳米氧化锌包括70～80wt％的粒径小于等于100nm的一次粒子和20～30wt％的粒径大于100nm的一次粒子。
28.更优选地，所述纳米氧化锌包括80％粒径为小于等于100nm的一次粒子和20％粒径为大于100nm的一次粒子。
29.作为优选，所述硫化剂选自不溶性硫黄ot20和s中的一种或两种的混合物；
30.作为优选，所述促进剂选自促进剂cz、ns和tt中的一种或几种；
31.作为优选，所述防老剂选自防老剂4020、rd和3100中的一种或几种。
32.作为优选，所述补强剂中还含有白炭黑。
33.在本发明中，所述白炭黑用氮气测定的bet表面积为120～200m2/g，邻苯二甲酸二丁酯吸收值为2.00～3.50cm3/g；当所述白炭黑分散在水中形成5％的水溶液时其ph值为5.0～8.0。
34.作为优选，所述橡胶组合物包括如下重量份的组分：100份橡胶基体，35～60份补强剂，4～8份活性剂，1～2份硫化剂，1～3份促进剂和2～4份防老剂；
35.作为优选，所述橡胶组合物中还含有邻苯二甲酸二丁酯和c9树脂。
36.作为本发明的一个优选实施方案，所述橡胶组合物包括如下重量份的组分：
[0037][0038]
作为优选，在上述4～8份的活性剂中，所述纳米氧化锌为3～6份，其余为硬脂酸。
[0039]
上述橡胶组合物的组分中不含有有毒有害有气味的物质，制得的橡胶组合物能够实现较好的耐磨、耐疲劳、耐高温以及抗老化等性能。
[0040]
本发明进一步提供所述橡胶组合物的制备方法，包括：将天然橡胶与改性芳纶浆粕进行预混炼，得到预混胶；而后将所述预混胶、顺丁橡胶、反式聚异戊二烯与补强剂混合进行第一混炼，排胶后停放，得到母炼胶；
[0041]
作为优选，所述预混炼温度为110～125℃，预混炼时间为1～2min；所述第一混炼温度为110～125℃，第一混炼时间为3～5min，停放时间为4～8小时。
[0042]
作为本发明的一个优选实施方案，所述橡胶组合物的制备方法包括如下步骤：
[0043]
(1)将天然橡胶与改性芳纶浆粕进行预混炼，得到预混胶；
[0044]
(2)将所述预混胶、顺丁橡胶、反式聚异戊二烯、补强剂、活性剂和防老剂混合进行第一混炼，排胶后停放，得到母炼胶；
[0045]
(3)将所述母炼胶与硫化剂、促进剂混合进行第二混炼，排胶，得到混炼胶；
[0046]
(4)将所述混炼胶进行硫化成型，得到所述橡胶组合物；
[0047]
其中，在步骤(1)中，所述预混炼温度为110～125℃，预混炼时间为1～2min；在步骤(3)中，所述第一混炼温度为110～125℃，第一混炼时间为3～5min，停放时间为4～8小时；在步骤(4)中，所述第二混炼温度为105～115℃，第二混炼时间为1～3min。
[0048]
在本发明中，本领域技术人员能够根据需要使用本领域常规方法如混炼、压延、成型、硫化对所述橡胶组合物进行生产加工。
[0049]
本发明还提供所述的橡胶组合物在鱼缸用空气压缩机气腔橡胶垫中的应用。
[0050]
基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：
[0051]
本技术通过优化配方，采用天然橡胶、顺丁橡胶与反式聚异戊二烯并用作为橡胶基体，同时，通过几种补强剂的协同增效，能够使所述橡胶组合物具有优异的回弹性、耐疲劳性能、耐磨性能、材料力学性能和抗老化性能以及良好的加工工艺性能，拉伸强度达25mpa以上，扯断伸长率可达500％以上，耐屈挠性能500万次无裂口；同时在所述橡胶组合物无毒无味且环保，能够用于空气压缩机气腔橡胶垫中，24小时不间断连续工作的寿命可达到半年以上，比市面上的现有产品寿命长3倍以上。
具体实施方式
[0052]
下列所描述的实施例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作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。
[0053]
实施例1
[0054]
本实施例提供一种橡胶组合物，包括表1所述的重量份组分：
[0055]
表1
[0056][0057][0058]
所述橡胶组合物的制备方法包括如下步骤：
[0059]
将1：5重量份比例的kh550与芳纶浆粕加入到装有300ml乙醇的烧杯中进行超声处理3min，然后将装有kh550、芳纶浆粕、乙醇的烧杯放入到真空干燥箱中进行干燥48h，得到
改性芳纶浆粕。
[0060]
而后在密炼机中加入天然橡胶rss1#与改性芳纶浆粕进行预混炼1.5分钟，温度115℃，得到预混胶；而后将所述预混胶、顺丁橡胶、反式聚异戊二烯、石墨烯、高分散白炭黑、硫化体系外的所有配合剂，混炼3.5分钟，温度在115℃排胶，完成一段母炼胶的制备；胶片停放8小时后，在密炼机中加入二段母炼胶、所有硫化体系的配合剂，混炼2.5分钟，温度在110℃排胶，完成终炼胶的制备。用蒸汽平板硫化机硫化试样，条件为：温度160℃，时间为10min。
[0061]
实施例2
[0062]
本实施例提供一种橡胶组合物，其制备方法与实施例1相同，所述橡胶组合物包括表2所述的重量份组分：
[0063]
表2
[0064][0065][0066]
实施例3
[0067]
本实施例提供一种橡胶组合物，其制备方法与实施例1相同，所述橡胶组合物包括表3所述的重量份组分：
[0068]
表3
[0069]
组分名称用量/重量份天然橡胶rss1#70顺丁橡胶br900015
反式聚异戊二烯15改性芳纶浆粕5石墨烯1n33012n55020白炭黑10氧化锌4硬脂酸2防老剂40202防老剂rd1促进剂cz2邻苯二甲酸二丁酯2c9树脂2硫化剂ot201.5
[0070]
对比例1
[0071]
本对比例提供一种橡胶组合物，其制备方法与实施例1相同，其组分与实施例1相比区别仅在于补强剂中不含有改性芳纶浆粕，而补强剂的总用量与实施例1相同。具体组分见表4：
[0072]
表4
[0073][0074][0075]
对比例2
[0076]
本对比例提供一种橡胶组合物，其制备方法与实施例1相同，其组分与实施例1相比，区别仅在于补强剂中不含有石墨烯，而补强剂的总用量与实施例1相同。具体组分见表5：
[0077]
表5
[0078][0079][0080]
对比例3
[0081]
本对比例提供一种橡胶组合物，其制备方法与实施例1相同，其组分与实施例1相比，区别仅在于橡胶基体中不含有反式聚异戊二烯，而橡胶基体的总用量与实施例1相同。具体组分见表6：
[0082]
表6
[0083]
组分名称用量/重量份天然橡胶rss1#70顺丁橡胶br900030改性芳纶浆粕3石墨烯0.5n33015n55020白炭黑10氧化锌4硬脂酸2防老剂40202
防老剂rd1促进剂cz2邻苯二甲酸二丁酯2c9树脂2硫化剂ot201.5
[0084]
试验例
[0085]
所述橡胶组合物的测试结果如表7所示：
[0086]
表7
[0087][0088][0089]
根据试验例结果可知，单种或某两个补强剂对橡胶组合物的效果并不明显，甚至较差。比如，在补强剂总量不变的条件下，对比例3中虽然也加入了改性芳纶浆粕，但其耐疲劳效果较实施例而言仍较差，可见改性芳纶浆粕与其他补强剂之间存在协同增效的效果，三者协同后对回弹性、耐疲劳性能、耐磨性能、材料力学性能和抗老化性能等都具有显著的增强效果。
[0090]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。