一种ZnO界面增容的橡胶/铁复合材料及其制备方法

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种zno界面增容的橡胶/铁复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、橡胶材料与金属铁或钢的粘合是橡胶材料应用的一个难点问题。子午线轮胎中有铁丝或钢丝与橡胶的粘合问题；建筑和桥梁的建筑器件可以缓解垂直方向的压力，但是剪切作用下，金属与橡胶的粘合问题也亟待解决。镀铜、镀钴、硼化钴粘合剂、或者美国洛德公司开发的开姆洛克(chemlok)胶黏剂等技术是目前常用的解决橡胶与钢铁等金属材料粘合能力的常用方法。但是上述这些方法操作复杂、成本高，尤其粘合材料的抗剪切能力较弱，降低了产品实际使用范围和使用寿命。

2、氧化锌通常在橡胶硫磺硫化体系中作为活性剂使用，除了活性剂功能外，氧化锌还可以与酸作用产生锌离子，然后与非硫磺交联剂形成配位结构，以及在有机化学反应中起到催化功能，因此开发一种zno界面增容的橡胶/铁复合材料是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种zno界面增容的的橡胶/铁复合材料，该zno界面增容的的橡胶/铁复合材料技术简单、易操作，完全具备工业化应用和推广前景。

2、为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：一种zno界面增容的橡胶/铁复合材料，包括如下组分：乙烯-丙烯酸酯橡胶、氧化锌及金属铁粉。

3、复合材料中的铁粉粒子在弹性体内聚集，赋予复合材料的金属刚性，有效的提升了复合材料的模量；氧化锌在弹性体基体中具有双重功能，一方面锌离子与氨基形成配位结构，提高复合材料的韧性，尤其是阻尼性能；另一方面氧化锌具有催化作用，促进了金属铁粉与乙烯-丙烯酸酯橡胶分子链的相容性，尤其是复合材料受到剪切作用力后，其配位结构优先破坏，耗散能量，可以保持橡胶基体结构的完整性，有效的提升复合材料的韧性、模量、拉伸强度等物理性能。

4、进一步地，所述的乙烯-丙烯酸酯橡胶与氧化锌的质量比为100:(4-10)。

5、进一步地，乙烯丙烯酸酯橡胶与金属铁粉的体积比为100:(10-40)。

6、进一步地，所述金属铁粉的粒径为1μm。

7、本发明的另一目的是提供一种zno界面增容的橡胶/铁复合材料的制备方法，包括如下步骤：

8、(1)将乙烯-丙烯酸酯橡胶和金属铁粉置于密炼机中混炼，混炼5-15min后，出料冷却至室温；

9、(2)将步骤(1)混炼后的橡胶/铁粉复合材料置于开放式炼胶机包辊，将氧化锌加入混炼，使氧化锌与橡胶/铁粉复合材料混合均匀，然后将硫化助剂加入开炼机中混炼5-15min，期间割3/4刀2-5次，打三角包2-5次后，将混炼胶出辊，制成片状样品；

10、(3)混炼胶取样，置于模具中，放入平板硫化机在160-180℃硫化20-40min后，得到具有zno界面增容的橡胶/铁复合材料。

11、进一步地，所述乙烯-丙烯酸酯橡胶的羧基官能团含量为10-15％。

12、进一步地，所述步骤(1)中混炼温度是60-80℃。

13、进一步地，所述步骤(2)中的硫化助剂为硬脂酸、聚氧乙烯十八烷基醚磷酸酯、n,n’-二邻甲苯胍(dotg)、六亚甲基二胺氨基甲酸盐。

14、进一步地，所述步骤(2)中的混炼温度是50-70℃。

15、混炼使用的乙烯-丙烯酸酯橡胶包含羧基硫化点，与二胺类硫化剂产生交联结构。

16、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

17、1、本发明的zno界面增容的橡胶/铁复合材料，采用氧化锌作为功能性填料，一方面是锌离子和氨基形成配位结构，提高复合材料的阻尼性能，改善韧性；另一方面利用氧化锌的催化功能，提高橡胶和铁粉(有机-无机界面)的界面相容性，提高复合材料的拉伸应力以及刚度。

18、2、本发明的选用含有羧基硫化点的乙烯-丙烯酸酯橡胶，以二胺类助剂作为硫化交联剂。由于乙烯-丙烯酸酯橡胶中羧基和硬脂酸的双重作用，橡胶基体中的氧化锌转化成锌离子，锌离子一方面形成配位结构，改善橡胶复合材料的韧性，另一方面催化改善铁粉和乙烯-丙烯酸酯橡胶的相容性，提升复合材料的拉伸应力和刚度。

19、3、本发明利用氧化锌的双重功能性，发明一种操作方便，易于施行的方法制备高性能弹性体，该技术完全具备工业化应用和推广的前景。

20、4、本发明的制备方法操作简单，适宜工业化生产、操作；本发明的制备方法全部采用机械混炼的方法，首先将乙烯-丙烯酸酯橡胶与铁粉混炼，然后将氧化锌、硫化助剂与乙烯-丙烯酸酯/铁粉复合橡胶混合；氧化锌在酸性环境中形成锌离子，通过高温硫化，锌离子一方面与硫化交联剂中的氨基形成配位结构，即可逆的配位键，可以有效的提升橡胶复合材料的韧性，另一方面锌离子具有催化功能，可以有效改善铁粉离子与橡胶的界面相容性(无机-有机界面结构)，提升了橡胶复合材料的机械性能；尤其是受到剪切作用力，弹性体复合材料依然可以保持基体的完整性。

技术特征：

1.一种zno界面增容的橡胶/铁复合材料，其特征在于，包括如下组分：乙烯-丙烯酸酯橡胶、氧化锌及金属铁粉。

2.根据权利要求1所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料，其特征在于，所述的乙烯-丙烯酸酯橡胶与氧化锌的质量比为100:(4-10)。

3.根据权利要求1所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料，其特征在于，乙烯丙烯酸酯橡胶与金属铁粉的体积比为100:(10-40)。

4.根据权利要求1所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料，其特征在于，所述金属铁粉的粒径为1μm。

5.根据权利要求1-4任意所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述乙烯-丙烯酸酯橡胶的羧基官能团含量为10-15％。

7.根据权利要求5所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混炼温度是60-80℃。

8.根据权利要求5所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的硫化助剂为硬脂酸、聚氧乙烯十八烷基醚磷酸酯、n,n’-二邻甲苯胍、六亚甲基二胺氨基甲酸盐。

9.根据权利要求3所述的zno界面增容的橡胶/铁复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的混炼温度是50-70℃。

技术总结
本发明公开了一种ZnO界面增容的的橡胶/铁复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域；该ZnO界面增容的橡胶/铁复合材料包括如下组分：乙烯‑丙烯酸酯橡胶、氧化锌及金属铁粉；本发明制备方法简单、操作容易，不仅有效提高有机高分子弹性体和铁粉的界面增容，而且提升了复合材料的强度和韧性，拓展橡胶/金属复合材料的应用领域，具备工业化生产的广阔前景。

技术研发人员：谢瑞红,高天明,李守岭,何大民,温海霖,刘晓清,何悦怡,李金涛,陈静,余彪
受保护的技术使用者：岭南师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4