一种高耐磨橡胶材料及其制备方法、应用与流程

本发明涉及橡胶，尤其涉及一种高耐磨橡胶材料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、橡胶复合材料因其自身优异的热学、力学、电学以及化学性能，已成为当今纳米材料学领域极具发展前景的材料之一。橡胶材料与其他一般材料不同，其本身性能优异，如高耐磨性、绝缘耐油性、高弹性等，因此在汽车轮胎及其零部件、石油开采工业、航空航天等诸多领域得到广泛应用。其中，耐磨性与橡胶制品的安全性、可靠性以及使用寿命等性能息息相关，因而提高橡胶的耐磨性能以达到提升橡胶制品（特别是轮胎等高磨损部件）的使用寿命成为了近年来国内外材料科学领域研究的热点。

2、温度是影响橡胶材料耐磨性能的一个重要因素，因为随着橡胶温度的升高，橡胶基体内分子热运动加剧，分子间热运动更加剧烈，从而使得橡胶材料内分子链聚集状态发生改变甚至橡胶大分子链发生断裂，破环了分子间的网络结构形态，影响了橡胶分子链间的热解程度，导致橡胶内分子物理交联点减少，分子间的范德华力较弱，分子间距能急剧下降，最终使得橡胶的耐磨性下降，磨耗量增加。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高耐磨橡胶材料及其制备方法、应用，以缓解高温下橡胶材料耐磨性能下降，磨耗量增加的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种高耐磨橡胶材料，包括以下重量份的原料：天然橡胶 40-80份、丁苯橡胶 20-60份、顺丁橡胶 20-60份、改性炭黑30-60份、四甲基四乙烯基环四硅氧烷2-8份、氧化锌 1-2份、硬脂酸0.2-0.6份、防老剂0.5-2份、硫化促进剂0.5-1份、硫磺1-2份。

3、其中，所述改性炭黑的合成步骤如下：

4、s1：将四乙氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷加入到乙醇溶液中，于室温下搅拌水解90-120min，得到水解液a；

5、s2：将锆酸四丁酯加入到乙醇溶液中，于室温下搅拌水解30-45min，得到水解液b；

6、s3：将炭黑加入到乙醇溶液中，超声搅拌30-50min，然后同时滴加水解液a和水解液b，20-40min滴完，之后使用工业氨水调节ph到8-9，于室温下搅拌4-6h，离心分离，得到凝胶化炭黑；

7、s4：将凝胶化炭黑加入到无水乙醇中，老化24-36h，然后真空干燥，得到改性炭黑。

8、优选的，所述炭黑为炭黑n220、炭黑n234、炭黑n326和炭黑n330中的一种。

9、优选的，所述防老剂为防老剂dnp、防老剂mb、防老剂rd和防老剂ble中的一种或几种的混合物。

10、优选的，所述硫化促进剂为促进剂m、促进剂dm、促进剂cz、促进剂dz和促进剂nobs中的一种或几种的混合物。

11、优选的，所述乙醇溶液中的乙醇和水的重量比为2-3:1。

12、优选的，所述步骤s1中四乙氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙醇溶液的重量10-25:8-15:2-4:100-200。

13、优选的，所述步骤s2中锆酸四丁酯和乙醇溶液的重量比为10-15:50-100。

14、优选的，所述步骤s3中炭黑、乙醇溶液、水解液a和水解液b的重量比为30-60:100-200:120-250:60-110。

15、优选的，所述步骤s4中凝胶化炭黑和无水乙醇的重量比为30-60:150-300。

16、进一步的，本发明还提供了上述高耐磨橡胶材料的制备方法，具体制备过程如下：

17、s5：设定密炼机的温度为110-130℃，转速为40-50rpm，将天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶加入到密炼机，混炼2-4min，然后加入改性炭黑和四甲基四乙烯基环四硅氧烷，混炼3-5min，再依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂，混炼5-7min，得到混炼胶a；

18、s6:设定密炼机的温度为60-70℃，转速为15-20rpm，将混炼胶a加入密炼机中炼至包辊状态，加入硫化促进剂，然后左右各割胶3次，最后加入硫磺，左右各割胶3次，打三角包5-10次，混炼均匀后取出，放置18-24h，得到混炼胶b；

19、s7：将混炼胶b在平板硫化机上进行硫化，硫化的温度为150-160℃，压力为15-20mpa，时间为28-32min，得到高耐磨橡胶材料。

20、进一步的，本发明还提供了上述高耐磨橡胶材料的应用，应用于高磨损零件，例如轮胎、传输带，密封圈等。

21、本发明的有益效果：

22、本发明提供的高耐磨橡胶材料，改性炭黑和四甲基四乙烯基环四硅氧烷协同作用，提升了橡胶材料在高温条件下的耐磨性能。首先，改性炭黑能增强橡胶基体与炭黑之间的黏附力，提高橡胶的强度、模量等性能，使得橡胶基体在高温下保持较好的力学性能，其次，四甲基四乙烯基环四硅氧烷能为橡胶材料提供更好的耐热性，通过形成稳定的硅氧骨架，耐磨性得到进一步提高。在高温条件下，硅氧骨架对橡胶基体起到了一定程度上的保护和稳定作用，有助于维持橡胶材料的耐磨性能。

23、本发明提供的高耐磨橡胶材料制备方法具有较简单的操作流程，易于实现工业化生产，并能实现较高的生产效率。

24、本发明提供的高耐磨橡胶材料在轮胎等高磨损部件的应用中，能有效提高轮胎的耐磨性、行驶安全性以及使用寿命，可广泛应用于汽车轮胎及其零部件、石油开采工业、航空航天等领域。

技术特征：

1.一种高耐磨橡胶材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：天然橡胶 40-80份、丁苯橡胶 20-60份、顺丁橡胶 20-60份、改性炭黑30-60份、四甲基四乙烯基环四硅氧烷2-8份、氧化锌 1-2份、硬脂酸0.2-0.6份、防老剂0.5-2份、硫化促进剂0.5-1份、硫磺1-2份；

2.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述炭黑为炭黑n220、炭黑n234、炭黑n326和炭黑n330中的一种。

3.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂dnp、防老剂mb、防老剂rd和防老剂ble中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述硫化促进剂为促进剂m、促进剂dm、促进剂cz、促进剂dz和促进剂nobs中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述乙醇溶液中的乙醇和水的重量比为2-3:1。

6.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述步骤s1中四乙氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙醇溶液的重量10-25:8-15:2-4:100-200。

7.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述步骤s2中锆酸四丁酯和乙醇溶液的重量比为10-15:50-100。

8.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述步骤s3中炭黑、乙醇溶液、水解液a和水解液b的重量比为30-60:100-200:120-250:60-110。

9.根据权利要求1所述的高耐磨橡胶材料，其特征在于，所述步骤s4中凝胶化炭黑和无水乙醇的重量比为30-60:150-300。

10.一种根据权利要求1-6任一项所述的高耐磨橡胶材料的制备方法，其特征在于，具体制备过程如下：

技术总结
本发明涉及橡胶技术领域，具体涉及一种高耐磨橡胶材料及其制备方法、应用。高耐磨橡胶材料包括以下重量份的原料：天然橡胶 40‑80份、丁苯橡胶 20‑60份、顺丁橡胶 20‑60份、改性炭黑30‑60份、四甲基四乙烯基环四硅氧烷2‑8份、氧化锌 1‑2份、硬脂酸0.2‑0.6份、防老剂0.5‑2份、硫化促进剂0.5‑1份、硫磺1‑2份，其中改性炭黑由四乙氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和锆酸四丁酯在炭黑表面水解凝胶得到。本发明制备的高耐磨橡胶材料缓解了高温下橡胶材料耐磨性能下降，磨耗量增加的问题，可广泛应用于汽车轮胎及其零部件、石油开采工业、航空航天等领域。

技术研发人员：李谦,袁爱彬,臧艳超,王朝,周永贺,于清清,赵慧敏,王雅静
受保护的技术使用者：唐山东亚重工装备集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15