一种自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，该制备方法，包括如下步骤：(1)在丁腈橡胶混炼过程中，加入橡胶基础配方2-6wt%的减磨填料，混炼25-30min后，再在150℃下，硫化10min，得到橡胶半成品；(2)在橡胶半成品的表面喷涂、固化固体润滑涂层材料，得到自润滑耐磨丁腈橡胶。本发明通过在橡胶混炼过程中添加减磨填料，得到具有高耐磨性能的橡胶半成品；在得到的橡胶半成品的工作表面喷涂固体润滑涂层，以降低摩擦系数，减少磨损，延长橡胶使用寿命。
【专利说明】一种自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于丁腈橡胶【技术领域】，特别涉及一种自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法。
【背景技术】
[0002]橡胶作为高分子材料的重要组成部分，在轮胎制造及某些特殊领域具有其它材料不可替代的作用，并已成为国民经济和日常生活中不可缺少的重要物质。资料显示，世界橡胶工业产量已达到了相当大的规模，年耗胶量接近1700万吨。随着世界经济的全球化，橡胶市场的竞争愈加激烈，环保要求日益苛刻，高性能、低能耗、低物耗、低成本的技术需求也更加紧迫。丁腈橡胶因具有优异的耐油性、耐热性、耐化学稳定性以及易加工的特点，因而具有高耐磨性能的丁腈橡胶产品的应用空间和市场前景十分广阔。
[0003]目前为了改善橡胶材料的耐磨性能，一般通过添加耐磨性较好的填料。专利CN102020782公开了以玉器加工过程中产生的碎屑为原料，经过研磨细化，筛选、分级、干燥处理得到硅酸盐化合物颗粒，利用偶联剂将一定量的该硅酸盐化合物颗粒活化处理后得到功能性填料，经过此种填料改性的橡胶制品具有优良的耐磨性能。专利CN101353454公开了填充炭黑、纳米白炭黑以及经过硅烷偶联剂和甲苯表面处理的碳化硅(粒径小于50Mm)之后制得的碳化硅橡胶耐磨性能好，提高了橡胶的使用寿命。专利CN101456974和CN1896130也分别公开了在橡胶混炼过程中分别添加经过有机改性剂处理的质量分数为
0.5%~5%稀土氧化物、经过有机表面改性剂处理的质量分数为1%~5%纳米天然重晶石粉体，橡胶的耐磨性能提高。上述专利技术均涉及了通过添加各种不同耐磨添加剂的方法，使得改性过后的橡胶不同程度上具有了较好的耐磨性能，但却未涉及在橡胶制品表面涂覆润滑涂层，以达到自润滑的目的。
[0004]另外一种能达到耐磨效果的方法是在橡胶表面涂覆保护涂层。专利CN101457118公开了一种纳米耐磨润滑涂料，其组分包括粘结剂、纳米固体润滑剂、分散剂、表面活性剂和助剂，其中固体润滑剂粒径为2(T40nm，涂料的制备方法是将其所有组分在28~10kHz超声波中分散3~4h。该专利公开了在橡胶工作表面涂覆耐磨润滑涂层来提高橡胶耐磨性，但未涉及到通过添加减磨填料来提高橡胶的耐磨性能，也未公开涂层制备的工艺条件和工艺过程。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，通过在橡胶混炼过程中添加减磨填料，得到具有高耐磨性能的橡胶半成品；在得到的橡胶半成品的工作表面喷涂固体润滑涂层，以降低摩擦系数，减少磨损，延长橡胶使用寿命。
[0006]一种自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，包括如下步骤:
(1)在丁腈橡胶混炼过程中，加入橡胶基础配方2-6wt%的减磨填料，混炼25-30min后，再在150°C下,硫化1min,得到橡胶半成品；
(2)在橡胶半成品的表面喷涂、固化固体润滑涂层材料，得到自润滑耐磨丁腈橡胶。
[0007]所述表面喷涂的涂层厚度为20_30Mm。
[0008]所述橡胶基础配方，由包含以下重量份的组分制成:丁腈100份、硫磺0.8份、促进剂2、2’_ 二硫代二苯并噻唑(DM)1份、促进剂TMTD 0.5份、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 3份、防老剂4010NA 1份、氧化锌4.5份、炭黑45份、石蜡2份和硬脂酸3份。
[0009]所述橡胶基础配方还包括聚乙烯蜡0.8重量份。
[0010]所述步骤(1)中减磨填料选自氢氧化镁、氧化铝或机油中的一种。
[0011]所述机油为100#机油。
[0012]所述步骤(1)中固体减磨填料处理方法为:将固体减磨填料研磨，经过200目筛之后，用乙醇洗涤，在60°C真空干燥12h，得到固体减磨填料，其粒径小于75ΜΠ1。
[0013]所述步骤(2)中固体润滑涂层材料，由包含以下重量份的组分制成:粘结基体50-100份；固体润滑剂20-50份；分散剂150-250份；硅烷偶联剂2-5份；助剂4-10份。
[0014]所述粘结基体选自环氧树脂、酚醛环氧树脂、有机硅改性环氧树脂中的一种或几种。
[0015]所述固体润滑剂为脲醛树脂包覆的100#机油微胶囊；所述固体润滑剂还包括二硫化钨、二硫化钥和聚四氟乙烯中的一种或几种；所述固体润滑剂的平均粒径小于lOMffl。
[0016]所述分散剂选自乙醇、丙酮和二甲苯中的一种或几种。
[0017]所述硅烷偶联剂选自KH-550、KH-560和KH-570中的一种。
[0018]所述助剂选自纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米碳化硅中的一种或几种。
[0019]所述步骤(2)中固体润滑涂层固化条件为在50_70°C下固化l_2h。
[0020]所述脲醛树脂包覆的100#机油微胶囊制备方法如下:
a.脲醛树脂预聚体溶液制备:在装有电动搅拌装置和冷凝管的三口烧瓶中加入15g尿素和45ml甲醛溶液(脲醛基比1: 2)和300ml去离子水，60°C水浴加热下调动搅拌使尿素溶解于甲醛溶液中，用0.lmol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为8.5，保温搅拌1.5小时，得粘稠透明的脲甲醛预聚体溶液；
b.乳化液制备:将1.5被％纳米镍锌铜铁氧体超声分散的100#机油3(^，6被％的聚乙烯醇(PVA)水溶液150ml，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)6g和150ml蒸馏水，高速磁力搅拌30min，得到乳化液；
c.将乳化液加入脲甲醛预聚体溶液中，60°C下搅拌20min，用0.lmol/L的盐酸溶液调节PH值为3，保温搅拌1.5小时，抽滤、用蒸馏水清洗三次，干燥，得到脲醛树脂包覆的100#机油微胶囊。
[0021]本发明与现有技术相比较，其有益效果为:
(I)本发明通过在制备过程中添加合适易得的减磨填料，提高了丁腈橡胶的耐磨性能，同时在橡胶半成品的表面喷涂固体润滑材料，降低摩擦系数，减少磨损，延长橡胶使用寿命O
[0022](2)本发明提高了丁腈橡胶耐磨减摩性能，不仅延长橡胶的使用寿命，而且制得的丁腈橡胶还能满足在无油密封领域中的应用。
[0023](3)本发明的减磨填料粒子粒径较小，微观分散到橡胶内部后与橡胶聚合物形成较强的结合，改进橡胶聚合物的力学性能，尤其是耐磨性能显著提高。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
将氢氧化镁或氧化铝研磨细化，通过200目筛子筛选后，用乙醇洗涤，经60°C真空干燥12h，得到减磨填料，其平均粒径小于75ΜΠ1。
[0025]实施例2
a.脲醛树脂预聚体溶液制备:在装有电动搅拌装置和冷凝管的三口烧瓶中加入15g尿素和45ml甲醛溶液(脲醛基比1: 2)和300ml去离子水，60°C水浴加热下调动搅拌使尿素溶解于甲醛溶液中，用0.lmol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为8.5，保温搅拌1.5小时，得粘稠透明的脲甲醛预聚体溶液；
b.乳化液制备:将1.5wt%纳米镍锌铜铁氧体超声分散的100#机油30g，6wt%的聚乙烯醇水溶液150ml，十二烷基苯磺酸钠6g和150ml蒸馏水，高速磁力搅拌30min，得到乳化液；
c.将乳化液加入脲甲醛预聚体溶液中，60°C下搅拌20min，用0.lmol/L的盐酸溶液调节PH值为3，保温搅拌1.5小时，抽滤、用蒸馏水清洗三次，干燥，得到脲醛树脂包覆的100#机油微胶囊。
[0026]实施例3
称取与酚醛胺类固化剂TZ-550固化的环氧树脂E44 100kg、实施例2的100#机油微胶囊20kg、二硫化钥30kg、乙醇40kg、丙酮150kg、二甲苯60kg、KH_550 5kg、纳米氧化招4kg、纳米氧化锆4kg和纳米碳化硅2kg，得到固体润滑涂层材料，所述100#机油微胶囊的平均粒径小于10Mm。
[0027]实施例4
(1)称取丁腈10kg、硫磺0.8 kg、促进剂2、2’ - 二硫代二苯并噻唑(DM) I kg、促进剂TMTD 0.5 kg、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 3kg、防老剂4010NA I kg、氧化锌4.5kg、炭黑45kg、石蜡2kg和硬脂酸3kg，加入3.216 kg的实施例1的氢氧化镁减磨填料，混炼25min后，在150°C下，硫化lOmin，得到对比样丁腈橡胶(1#)；
(2)在步骤I得到的对比样丁腈橡胶(1#)表面喷涂实施例3的固体润滑涂层材料，厚度为20Mm，置于60°C干燥箱中固化2h，得到自润滑耐磨丁腈橡胶(2#)。
[0028]实施例5
称取与聚酰胺固化剂125固化的酚醛环氧树脂F51 75kg、实施例2的100#机油微胶囊20 kg、聚四氟乙烯15 kg、乙醇40 kg、丙酮160 kg、KH_560 4kg、纳米氧化招4kg和纳米氧化锆4kg，得到固体润滑涂层材料，所述100#机油微胶囊的平均粒径小于ΙΟμπι。
[0029]实施例6
(I)称取丁腈100kg、硫磺0.8 kg、促进剂2、2’ - 二硫代二苯并噻唑(DM)I kg、促进剂TMTD 0.5 kg、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 3kg、防老剂4010NA I kg、氧化锌4.5kg、炭黑45kg、石腊2kg、硬脂酸3kg和聚乙烯腊0.8kg,加入6.432 kg的实施例1的氧化招减磨填料，混炼25min后，在150°C下，硫化lOmin，得到对比样丁腈橡胶(3#)；
(2)在步骤I得到的对比样丁腈橡胶(3#)表面喷涂实施例5的固体润滑涂层材料，厚度为25Mm，置于60°C干燥箱中固化2h，得到自润滑耐磨丁腈橡胶(4#)。
[0030]实施例7称取与其脂肪族胺类固化剂YH-82固化的有机硅改性环氧树脂50kg、实施例2的100#机油微胶囊10kg、二硫化钨10kg、丙酮150kg、KH-570硅烷偶联剂2kg和纳米氧化铝4 kg,得到固体润滑涂层材料，所述100#机油微胶囊的平均粒径小于ΙΟμπι。
[0031]实施例8
(1)称取丁腈10kg、硫磺0.8 kg、促进剂2、2’ - 二硫代二苯并噻唑(DM) I kg、促进剂TMTD 0.5 kg、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 3kg、防老剂4010NA I kg、氧化锌4.5kg、炭黑45kg、石腊2kg、硬脂酸3kg和聚乙烯腊0.8kg,加入9.648 kg的100#机油减磨填料,混炼25min后,在150°C下,硫化1min,得到对比样丁腈橡胶(5#)；
(2)在步骤I得到的对比样丁腈橡胶(5#)表面喷涂实施例7的固体润滑涂层材料，厚度为30Mm，置于60°C干燥箱中固化lh，得到自润滑耐磨丁腈橡胶(6#)。
[0032]对比例
称取丁腈100kg、硫磺0.8 kg、促进剂2、2’_ 二硫代二苯并噻唑(DM) I kg、促进剂TMTD 0.5 kg、交联剂过氧化二异丙苯(DCP) 3kg、防老剂4010NA I kg、氧化锌4.5kg、炭黑45kg、石腊2kg、硬脂酸3kg和聚乙烯腊0.8kg,混炼25min后，在150°C下,硫化1min,得到空白丁腈橡胶(0#)。
[0033]将实施例4、6、8中得到的1#、2#、3#、4#、5#、6#橡胶试样以及0#空白橡胶试样按GB/T 1689-1998进行阿克隆磨耗试验，试样总行程为1.61km，利用精度为Img的电子天平称量橡胶试样磨耗前后的质量，二者相减得到磨耗质量，具体结果请如表1所示。
将实施例1、2、3中得到的磨耗质量与0#空白橡胶试样磨耗质量进行对比得到各自的磨耗质量比率，具体结果请如表1所示。
[0034]表1橡胶试样阿克隆磨耗质量对比
【权利要求】
1.一种自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在丁腈橡胶混炼过程中，加入橡胶基础配方2-6wt%的减磨填料，混炼25-30min后，再在150°C下,硫化1min,得到橡胶半成品； (2)在橡胶半成品的表面喷涂、固化固体润滑涂层材料，得到自润滑耐磨丁腈橡胶。
2.根据权利要求1所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述表面喷涂的涂层厚度为20-30Mm。
3.根据权利要求1所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述橡胶基础配方，由包含以下重量份的组分制成:丁腈100份、硫磺0.8份、促进剂2、2’ - 二硫代二苯并噻唑1份、促进剂TMTD 0.5份、交联剂过氧化二异丙苯3份、防老剂4010NA 1份、氧化锌4.5份、炭黑45份、石蜡2份和硬脂酸3份。
4.根据权利要求3所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述橡胶基础配方还包括聚乙烯腊0.8重量份 。
5.根据权利要求1所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤I中减磨填料选自氢氧化镁、氧化铝或机油中的一种。
6.根据权利要求1所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤I中固体减磨填料处理方法为:将固体减磨填料研磨，经过200目筛之后，用乙醇洗涤，在60°C真空干燥12h,得到固体减磨填料,其粒径小于75Mm。
7.根据权利要求1所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中固体润滑涂层材料，由包含以下重量份的组分制成:粘结基体50-100份；固体润滑剂20-50份；分散剂150-250份；硅烷偶联剂2-5份；助剂4-10份。
8.根据权利要求7所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述粘结基体选自环氧树脂、酚醛环氧树脂、有机硅改性环氧树脂中的一种或几种；所述固体润滑剂为脲醛树脂包覆的100#机油微胶囊；所述固体润滑剂还包括二硫化钨、二硫化钥和聚四氟乙烯中的一种或几种；所述固体润滑剂的平均粒径小于1Mffl;所述分散剂选自乙醇、丙酮和二甲苯中的一种或几种；所述硅烷偶联剂选自KH-550、KH-560和KH-570中的一种；所述助剂选自纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米碳化硅中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中固体润滑涂层固化条件为在50-70°C下固化l_2h。
10.根据权利要求1所述的自润滑耐磨丁腈橡胶的制备方法，其特征在于，所述脲醛树脂包覆的100#机油微胶囊制备方法如下: a.脲醛树脂预聚体溶液制备:在装有电动搅拌装置和冷凝管的三口烧瓶中加入15g尿素和45ml甲醛溶液和300ml去离子水，60°C水浴加热下调动搅拌使尿素溶解于甲醛溶液中，用0.lmol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为8.5，保温搅拌1.5小时，得粘稠透明的脲甲醛预聚体溶液；所述脲醛基比为1:2; b.乳化液制备:将1.5wt%纳米镍锌铜铁氧体超声分散的100#机油30g，6wt%的聚乙烯醇水溶液150ml，十二烷基苯磺酸钠6g和150ml蒸馏水，高速磁力搅拌30min，得到乳化液； c.将乳化液加入脲甲醛预聚体溶液中，60°C下搅拌20min，用0.lmol/L的盐酸溶液调节PH值为3，保温搅拌1.5小时，抽滤、用蒸馏水清洗三次，干燥，得到脲醛树脂包覆的100#机油微 胶囊。
【文档编号】C09D163/00GK104130436SQ201410363636
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】乔红斌, 章俊强, 张玉珍 申请人:泰州市嘉迪新材料有限公司