一种橡胶高强度轻质复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及复合材料，具体为一种橡胶高强度轻质复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着科技的发展和人们对鞋子的性能要求不断提升，市面上常见的鞋底材料有橡胶、eva发泡、pu或者tpu等，其中，eva因其质地轻、高弹性、低温柔软性、抗屈曲性和抗应力开裂性弹性好、耐老化和耐候性优良、成本低，而广泛应用于运动鞋鞋材。然而eva存在耐磨性能不足、力学性能低、防滑性能差等缺点，随着va含量的上升耐磨和力学性能缺陷更加明显，限制了其在未来功能性鞋材上的发展。

2、技术人员发现同样作为鞋材的tpu生产工艺简单、耐磨性能优异，橡胶因其具有优异的防滑性、耐折性，如果将三种材料复合可弥补eva的缺陷，然而，eva、tpu、橡胶三者之间的相容性较差，混合后耐磨性、力学性能极具下降，如果采用三层材料贴合工艺，则需要增加贴合材料，既不利于环境和人体的健康，又增加了生产成本。

3、因此，本发明通过改进制备工艺和组分，将eva、tpu、橡胶复合制备一种橡胶高强度轻质复合材料，来解决这些问题。

技术实现思路

1、基于上述背景技术，本发明采用以下的技术方案：

2、一种橡胶高强度轻质复合材料，按质量份数计，包括以下原料组分：eva-1#20～26份、改性eva/tpu/br复合料45～66份、硬脂酸0.52～0.736份、架桥剂1.3～1.84份、eva耐磨剂3～8份、抗水解剂0.2～1份、发泡剂1.95～2.76份、氧化锌1.56～2.208份、硬脂酸锌1.3～1.84份。

3、进一步的，所述改性eva/tpu/br复合料按质量份数计，包括以下原料组分：eva-2#20～35份，交联剂0.3～0.8份，防老剂1～3份，改性白炭黑15～20份，tpu55～65份，br15～22份，硫化剂0.1～0.3份。

4、进一步的，br选用br9000。

5、进一步的，eva耐磨剂选用江苏锐巴斯材料科技有限公司的eva耐磨剂ls-531。

6、进一步的，防老剂采用防老剂rd。

7、进一步的，交联剂选择过氧化二异丙苯。

8、进一步的，硫化剂选择1,1-双(叔丁基过氧基)3,3,5-三甲基环已烷。

9、进一步的，架桥剂选择双叔丁基过氧化二异丙苯。

10、进一步的，抗水解剂选择聚碳酸二亚胺。

11、进一步的，所述改性白炭黑为硅烷偶联剂kh570改性白炭黑。

12、进一步的，所述eva-2#选择va含量在40～70％的eva弹性体。

13、进一步的，所述eva-1#选择va含量28％的eva树脂。

14、进一步的，所述发泡剂选择偶氮二甲酰胺。

15、本发明还公开了一种橡胶高强度轻质复合材料的制备方法，包括以下步骤：

16、(1)先向流变仪中加入20～35质量份eva-2#塑炼，60℃下塑炼时间1～3min；按顺序加入0.3～0.8质量份交联剂，1～3质量份防老剂，15～20质量份改性白炭黑，55～65质量份tpu，15～22质量份br，0.1～0.3质量份硫化剂混炼，40℃下混炼时间5～7min；导出胶料，压延成片后放置24h，得到改性eva/tpu/br复合料；

17、(2)向密炼机中按顺序投入20～26质量份eva-1#，45～66质量份改性eva/tpu/br复合料混炼1～3min，设定密炼机转速为45r/min，密炼温度为60℃；

18、(3)继续按顺序向密炼机中投入3～8质量份eva耐磨剂、0.52～0.736质量份硬脂酸、0.2～1质量份抗水解剂混炼，混炼时间2～4min；

19、(4)继续加入1.95～2.76质量份发泡剂，1.3～1.84质量份架桥剂、1.56～2.208质量份氧化锌、1.3～1.84质量份硬脂酸锌混炼，混炼时间5～7min；

20、(5)导出团状不规则的热胶料，并将其用挤出造粒机造粒，放置24h以上，再通过注射机注射成型，制得一种橡胶高强度轻质复合材料。

21、进一步的，所述改性白炭黑的制备步骤包括：先称取20质量份乙醇放入容器中，再往乙醇中滴加0.04～0.06质量份硅烷偶联剂充分搅拌，室温下预水解50～70min；预水解结束后，加入1质量份白炭黑，充分搅拌均匀后放入超声仪中超声50～70min，然后于70～80℃、450rpm转速下在三口烧瓶中搅拌反应6h，接着进行离心、过滤洗涤和冷冻干燥，得到改性白炭黑。

22、进一步的，所述注射机温度控制在170℃～175℃，其中，温度上下偏差不高于0.5℃；操作压力控制在50～80bar。

23、本发明还公开了一种橡胶高强度轻质复合材料的应用，所述橡胶高强度轻质复合材料可应用于鞋底。

24、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

25、(1)本发明按重量组分计以eva-1#20～26份、改性eva/tpu/br复合料45～66份、硬脂酸0.52～0.736份、架桥剂1.3～1.84份、eva耐磨剂3～8份、抗水解剂0.2～1份、发泡剂1.95～2.76份、氧化锌1.56～2.208份、硬脂酸锌1.3～1.84份为原料，通过添加改性eva/tpu/br复合料，将eva、tpu、br橡胶三种材料较好地相容在一起，制得的橡胶高强度轻质复合材料的耐磨性、防滑性、拉伸性能较好。

26、(2)本发明橡胶高强度轻质复合材料中，添加硬脂酸0.52～0.736份、氧化锌1.56～2.208份、硬脂酸锌1.3～1.84份，硬脂酸在加工过程中，可以软化eva，使发泡剂的分解温度降低，有利于发泡制品脱模，硬脂酸锌通常作为大分子的内润滑剂，也可以使发泡剂的分解温度降低；zno是一种碱性氧化物，不仅能与体系中的酸性物质发生中和反应，还能活化发泡剂，保证基体的交联和发泡都能顺利进行，促进泡孔结构更加的均匀细密，进而使橡胶高强度轻质复合材料具备质轻、回弹性能好等优势。

27、(3)本发明采用硅烷偶联剂kh570改性白炭黑，一方面，增加了白炭黑在改性eva/tpu/br复合料中的分散性，保证了改性eva/tpu/br复合料的力学性能，另一方面，填料与eva-2#形成的网络交联结构使分子链之间作用力增强，基体中缠结点增多，mh增大，过饱和气体也能够稳定保持在基体中，气泡膨胀力大于eva-2#熔体的表面张力，这时的熔体强度适合eva-2#发泡时气泡均匀成核，使橡胶高强度轻质复合材料具备质轻、回弹性能好等优势。

28、(4)tpu分子链中除含有氨基甲酸酯基团外，还含有酯基、醚基、脲基、芳基和脂肪链等，具有高强度、高耐磨性，但由于eva和tpu链之间存在范德华力很弱和高界面张力，共混物粘度较低，甚至比均聚物低。粘度的降低可能是由于界面之间的界面滑移不相容的相位，本发明的硅烷偶联剂kh570改性白炭黑后，在白炭黑表面引入了烯烃、以及硅羟基，br和eva通过烯烃键聚合接枝到白炭黑表面，发泡剂偶氮二甲酰胺在硬脂酸、氧化锌、硬脂酸锌作用下分解温度降低，并注射成型时在170～175℃下产生了氮气、异氰酸等气体，白炭黑表面的硅羟基与异氰酸反应，形成异氰酸酯，表面附着有异氰酸酯和eva的白炭黑将eva和tpu两相“缝合”在一起，增加了eva和tpu的相容性，进而增加了橡胶高强度轻质复合材料的防滑、耐磨以及拉伸性能，同时避免了ac分解产生的异氰酸酸性气体会催化bipb的分解，影响bipb均裂生成自由基，从而硫化延迟的问题。

29、(5)本发明的注射成型时温度控制在170℃～175℃时，使得复合材料的发泡温度与交联温度相匹配。