一种高强度低压缩永久变形橡胶材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高强度低压缩永久变形橡胶材料及其制备方法。该橡胶材料包含以下重量份的组分：100份三元乙丙橡胶，20～40份疏水型气相法白炭黑，2～4份硫化剂，0.5～2份硫化助剂，2～4份防老剂，4～6份活性剂，0.5～1份加工助剂。本发明获得的高强度低压缩永久变形橡胶材料的拉伸强度≥16MPa，压缩永久变形≤15%，性能优异，制品外观为浅色，无异味，制备方法工艺简单，操作控制方便。

说明书

技术领域

本发明属于橡胶领域，特别涉及一种高强度低压缩永久变形橡胶材料及其制备方法。

背景技术

三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯、非共轭二烯烃三种单体共聚而成，其分子主链完全饱和且无极性基团，具有优异的电绝缘性、耐热、耐臭氧、耐老化、耐极性溶剂等性能，因此被广泛应用于汽车配件、防水卷材、电线电缆、耐热胶管胶带、门窗密封条、密封垫圈等。

三元乙丙橡胶是非自补强性橡胶，由生胶本身提供的强度有限，未填充硫化胶的拉伸强度一般小于5MPa，没有使用价值，需要通过填充补强剂来获得良好的机械性能。由于一些密封件在使用环境中需承受较大压力，这就要求此类橡胶材料有足够大的强度以承受外界压力，否则橡胶密封材料在压力作用下易受损，导致密封失效。

橡胶制品往往通过大量填充高补强性填料来获得高强度，但此时体系压缩永久变形大。专利号为CN103865181的中国专利公开了一种橡胶材料，需填充30～37份炭黑N330及30～37份炭黑N550，体系拉伸强度达到20MPa，但压缩永久变形大于15%。专利号为CN101633764的中国专利公开了一种橡胶，当填充20份活性碳粉及50份炭黑N660时，体系压缩永久变形小于15%，但拉伸强度小于16MPa，当填充30份活性碳粉及50份炭黑N660时，体系拉伸强度大于17MPa，但压缩永久变形大于15%。专利号为CN102924768的中国专利公开了一种橡胶组合物，使用丁腈橡胶为基体，体系拉伸强度大于18MPa，压缩永久变形可达到20%。专利号为CN104177677的中国专利公开了一种混炼橡胶及其垫圈，体系拉伸强度为23.8MPa，压缩永久变形为18%。压缩永久变形值的大小是衡量橡胶材料密封性能和减震性能好坏及使用寿命长短的重要指标。压缩永久变形越小，材料的密封性能和减震性能越好，能够长时间保持密封性能和减震性能的可靠性。

因此，需要进一步改进配方及加工工艺，使橡胶密封材料既拥有高的强度，又拥有低的压缩永久变形性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度低压缩永久变形橡胶材料及其制备方法，通过配方设计及工艺调控，获得既具有高强度又拥有低压缩永久变形性能的橡胶材料，制品外观为浅色，无异味。

本发明提供了一种高强度低压缩永久变形橡胶材料，包括以下重量份的组分：

三元乙丙橡胶100份；

填料20～40份，所述填料为疏水型气相法白炭黑；

硫化剂2～4份；

硫化助剂0.5～2份；

防老剂2～4份；

活性剂4～6份；

加工助剂0.5～1份。

优选的，所述的疏水型气相法白炭黑，比表面积不低于200m²/g。

所述硫化剂为过氧化物硫化剂；

优选的，所述过氧化物硫化剂为双叔丁基过氧化二异丙基苯。

所述防老剂包含自由基捕捉剂型防老剂及过氧化物分解剂型防老剂；

优选的，所述防老剂为防老剂RD及防老剂MB。

所述活性剂为氧化锌；

所述加工助剂为硬脂酸。

本发明提供了一种高强度低压缩永久变形橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：

a)首先按配方合理称量各组分，通过双辊开炼机混炼制得混炼胶；

b)将所述步骤a)中混炼胶停放后进行返炼；

c)将所述步骤b)中返炼过后的混炼胶进行平板模压硫化制得硫化胶；

d)将所述步骤c)中的硫化胶停放后进行二段硫化，得到高强度低压缩永久变形橡胶材料。

所述步骤a)中双辊开炼机混炼时，往橡胶基体中加料顺序为：加工助剂，活性剂，防老剂，填料，硫化剂及硫化助剂。

所述步骤a)中开炼温度为80～100℃。

所述步骤a)中开炼时间为20～30分钟。

所述步骤b)中停放时间为20小时以上。

所述步骤c)中平板模压硫化温度为150～180℃。

所述步骤c)中平板模压硫化时间为10～20分钟。

所述步骤d)中二段硫化温度为140～160℃。

所述步骤d)中二段硫化时间为1.5～3小时。

所述步骤d)中停放时间为20小时以上。

本发明将得到的橡胶材料进行物理性能测试，具体过程如下：

采用标准号为ASTMD412的标准对得到的橡胶材料的拉伸强度和断裂伸长率进行测试。

采用标准号为ASTMD2240的标准对得到的橡胶材料的硬度进行测试。

采用标准号为ASTMD395的标准对得到的橡胶材料的压缩永久变形进行测试。

本发明加入疏水型气相法白炭黑，补强效果优异；对获得的混炼胶进行停放，

使各种助剂在橡胶中进一步分散均匀，更进一步渗透到橡胶大分子链中去，与橡胶大分子链发生相互作用，提高补强效果；对停放后的橡胶进行返炼，使各种助剂在胶料中进一步分散均匀，提高胶料流动性，改善成品外观及质量；同时使用硫化剂及硫化助剂，提高了胶料的交联密度；进行二段硫化可进一步提高交联密度，除去小分子，降低压缩永久变形。本发明获得的高强度低压缩永久变形橡胶材料的拉伸强度≥16MPa，压缩永久变形≤15%，性能优异，制品外观为浅色，无异味，制备方法工艺简单，操作控制方便。

具体实施方法

在以下各实施例中，各组分的用量均按重量份计。有必要在此指出，下面实施例只是对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明进行一些非本质的改进和调整。

实施例1

将100份三元乙丙橡胶置于开炼机中开炼包辊，开炼温度100℃，随后加入0.5份硬脂酸，5份氧化锌，2份防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，1份防老剂2-巯基苯并咪唑，20份疏水型气相法白炭黑AEROSILR106，2.5份硫化剂双叔丁基过氧化二异丙基苯，1份硫化助剂三烯丙基异氰脲酸酯，混炼25分钟后得到混炼胶，停放24小时后，进行平板模压硫化后制得硫化胶，硫化温度为170℃，硫化时间为13分钟，将硫化胶停放24小时后进行二段硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为2小时，最终得到高强度低压缩永久变形橡胶材料，相应测试结果如表1所示。

实施例2

将100份三元乙丙橡胶置于开炼机中开炼包辊，开炼温度100℃，随后加入0.5份硬脂酸，5份氧化锌，2份防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，1份防老剂2-巯基苯并咪唑，30份疏水型气相法白炭黑AEROSILR106，2.5份硫化剂双叔丁基过氧化二异丙基苯，1份硫化助剂三烯丙基异氰脲酸酯，混炼25分钟后得到混炼胶，停放24小时后，进行平板模压硫化后制得硫化胶，硫化温度为170℃，硫化时间为14分钟，将硫化胶停放24小时后进行二段硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为2小时，最终得到高强度低压缩永久变形橡胶材料，相应测试结果如表1所示。

实施例3

将100份三元乙丙橡胶置于开炼机中开炼包辊，开炼温度100℃，随后加入0.5份硬脂酸，5份氧化锌，2份防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，1份防老剂2-巯基苯并咪唑，40份疏水型气相法白炭黑AEROSILR106，2.5份硫化剂双叔丁基过氧化二异丙基苯，1份硫化助剂三烯丙基异氰脲酸酯，混炼25分钟后得到混炼胶，停放24小时后，进行平板模压硫化后制得硫化胶，硫化温度为170℃，硫化时间为15分钟，将硫化胶停放24小时后进行二段硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为2小时，最终得到高强度低压缩永久变形橡胶材料，相应测试结果如表1所示。

对比例1

将100份三元乙丙橡胶置于开炼机中开炼包辊，开炼温度100℃，随后加入0.5份硬脂酸，5份氧化锌，2份防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，1份防老剂2-巯基苯并咪唑，20份亲水型气相法白炭黑AEROSIL300，2.5份硫化剂双叔丁基过氧化二异丙基苯，1份硫化助剂三烯丙基异氰脲酸酯，混炼25分钟后得到混炼胶，停放24小时后，进行平板模压硫化后制得硫化胶，硫化温度为170℃，硫化时间为13分钟，将硫化胶停放24小时后进行二段硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为2小时，最终得到橡胶材料，相应测试结果如表1所示。

对比例2

将100份三元乙丙橡胶置于开炼机中开炼包辊，开炼温度100℃，随后加入0.5份硬脂酸，5份氧化锌，2份防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，1份防老剂2-巯基苯并咪唑，30份亲水型气相法白炭黑AEROSIL300，2.5份硫化剂双叔丁基过氧化二异丙基苯，1份硫化助剂三烯丙基异氰脲酸酯，混炼25分钟后得到混炼胶，停放24小时后，进行平板模压硫化后制得硫化胶，硫化温度为170℃，硫化时间为14分钟，将硫化胶停放24小时后进行二段硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为2小时，最终得到橡胶材料，相应测试结果如表1所示。

对比例3

将100份三元乙丙橡胶置于开炼机中开炼包辊，开炼温度100℃，随后加入0.5份硬脂酸，5份氧化锌，2份防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，1份防老剂2-巯基苯并咪唑，40份亲水型气相法白炭黑AEROSIL300，2.5份硫化剂双叔丁基过氧化二异丙基苯，1份硫化助剂三烯丙基异氰脲酸酯，混炼25分钟后得到混炼胶，停放24小时后，进行平板模压硫化后制得硫化胶，硫化温度为170℃，硫化时间为15分钟，将硫化胶停放24小时后进行二段硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为2小时，最终得到橡胶材料，相应测试结果如表1所示。

对比例4

将100份三元乙丙橡胶置于开炼机中开炼包辊，开炼温度100℃，随后加入0.5份硬脂酸，5份氧化锌，2份防老剂2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体，1份防老剂2-巯基苯并咪唑，60份炭黑N300，2.5份硫化剂双叔丁基过氧化二异丙基苯，1份硫化助剂三烯丙基异氰脲酸酯，混炼25分钟后得到混炼胶，停放24小时后，进行平板模压硫化后制得硫化胶，硫化温度为170℃，硫化时间为15分钟，将硫化胶停放24小时后进行二段硫化，硫化温度为150℃，硫化时间为2小时，最终得到橡胶材料，相应测试结果如表1所示。

本发明中压缩永久变形采用ASTMD395中的方法B进行测试(125℃×22h,25%)。