阅读说明：本技术 一种低生热橡胶材料和橡胶履带 (Low-heat-generation rubber material and rubber track ) 是由 李毅 朱鹏霄 陈波 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种低生热橡胶材料,由包含以下成分的原料组合物炼制获得：天然橡胶、丁苯橡胶、稀土顺丁橡胶、硫化促进剂、不溶性硫磺、氧化镁、氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑、白炭黑、碳纳米管、硅烷偶联剂、防焦剂、增塑剂、阻燃剂和光稳定剂。(The invention relates to a low-heat-generation rubber material which is obtained by refining a raw material composition containing the following components: natural rubber, styrene-butadiene rubber, rare earth butadiene rubber, a vulcanization accelerator, insoluble sulfur, magnesium oxide, zinc oxide, stearic acid, an anti-aging agent, carbon black, white carbon black, carbon nanotubes, a silane coupling agent, an anti-scorching agent, a plasticizer, a flame retardant and a light stabilizer.)

一种低生热橡胶材料和橡胶履带

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种低生热橡胶材料和橡胶履带。

背景技术

橡胶履带在履带式车辆中有着广泛的用途，尤其是在工程机械、农用机械、军用机械和装备上应用更多。随着工业化发展，人们对橡胶履带的要求越来越高，橡胶履带正在向种类多样化、规格齐全化的方向发展。

相对于金属履带，橡胶履带的最主要的优势是行驶速度快。但是，伴随行驶速度快带来的一个重要问题是橡胶履带发热严重，而橡胶的导热性能较差，无法及时将热量排除，会在橡胶履带上积攒大量的热，从而导致温度上升，对橡胶履带造成热损伤，使其老化速度加快，力学性能下降，如果温度过高还会使橡胶分子链降解，出现早期损坏。一般在使用过程中，会采用停止施工的方式来降低履带的温度，但这将大大影响橡胶履带的使用效率。

发明内容

发明人发现，要获得长使用寿命的橡胶履带，需要提供低生热性能和力学性能良好的橡胶材料。

本公开提供一种橡胶材料，该橡胶材料具有显著改善的综合性能，特别是同时具有较高的拉伸强度值、适中的橡胶硬度值，较低的压缩永久变形值、压缩生热值和阿克拉磨耗值。与现有类似体系的橡胶材料相比，本公开橡胶材料各项指标改善量均超过5％，部分指标改善量约20％，该技术效果的改善是本领域技术人员预料不到的。

在一些方面，提供一种橡胶材料，由包含以下成分的原料组合物炼制获得，其中，按重量份计，所述原料组合物包括：

天然橡胶45～55份；(例如48～52份)

丁苯橡胶18～22份；(例如19～21份)

稀土顺丁橡胶25～35份；(例如28～32份)

硫化促进剂M 0.3～0.7份；(例如0.4～0.6份)

不溶性硫磺2～4份；(例如2.8～3.2份)

氧化镁1.3～1.7份；(例如1.4～1.6份)

氧化锌2.5～3.5份；(例如1.8～2.2份)

硬脂酸1～2份；(例如1.4～1.6份)

防老剂DNP 0.2-1.7份；(例如1.1～1.3份)

防老剂MB 0.5-1份；(例如0.7～0.9份)

增塑剂DOP 0.3-0.8份；(例如0.4～0.6份)

炭黑N330 5-18份；(例如11～13份)

炭黑N550 10-27份；(例如17～19份)

白炭黑13～17份；(优选为白炭黑1115MP)

碳纳米管4～6份；

硅烷偶联剂CG-Si69 0.6-1.7份；(例如0.8～1.2份)

硅烷偶联剂CG-Si75 1.3-2.7份；(例如1.8～2.2份)

防焦剂PVI 1～2份；

三氧化二锑0.3-0.7份(例如0.5份)；

氯化石蜡2.3-2.8份(例如2.5份)；

光稳定剂BW-10LD 1.5～2.5份。(例如1.8～2.2份)

在一些实施方案中，所述白炭黑为沉淀法合成无定形二氧化硅粉末，平均粒径200～300μm。

在一些实施方案中，所述碳纳米管的平均长度为3-10μm。

在一些实施方案中，天然橡胶、丁苯橡胶和稀土顺丁橡胶的总份数为95～105份。

在一些实施方案中，防老剂DNP、防老剂MB的总份数为1.5～2.5份。

在一些实施方案中，炭黑N330和炭黑N550的总份数为28～32份。

在一些实施方案中，硅烷偶联剂CG-Si69和CG-Si75的总份数为2.5～3.5份。

在一些实施方案中，三氧化二锑和氯化石蜡的总份数为2.5～3.5份。

在一些实施方案中，所述原料组合物包括：

天然橡胶50份；

丁苯橡胶20份；

稀土顺丁橡胶30份；

硫化促进剂M 0.5份；

不溶性硫磺3份；

氧化镁1.5份；

氧化锌3份；

硬脂酸1.5份；

防老剂DNP 1.2份；

防老剂MB 0.8份；

增塑剂DOP 0.5份；

炭黑N330 12份；

炭黑N550 18份

白炭黑1115MP 15份；

碳纳米管5份；

硅烷偶联剂CG-Si69 1份

硅烷偶联剂CG-Si75 2份；

防焦剂PVI 1份；

三氧化二锑0.5份；

氯化石蜡2.5份

光稳定剂BW-10LD 2份。

在一些实施方案中，橡胶材料具有以下特征：

橡胶硬度HS值75～78；

抗拉强度值25～26.7MPa；

压缩永久变形值2.6～3％；

压缩生热值28.6～30℃；以及

阿克拉磨耗值0.2～0.24cm³/1.61km。

在一些方面，本公开提供一种橡胶履带，含有上述任一项所述的橡胶材料。

在一些方面，本公开提供一种制备权利要求上述任一项所述的橡胶材料的方法，包括以下步骤：

(1)提供根据权利要求上述任一项所述原料组合物；

(2)将氧化镁、氧化锌、硬脂酸、防焦剂PVI混匀；

(3)将天然橡胶、丁苯橡胶、稀土顺丁橡胶、白炭黑加入开炼机中进行塑炼，然后加入步骤(2)的配料继续进行塑炼；

(4)将步骤(3)的产物与硅烷偶联剂CG-Si69、硅烷偶联剂CG-Si75、三氧化二锑、氯化石蜡、光稳定剂BW-10LD混合进行第一混炼；

(5)向步骤(4)的产物中加入不溶性硫磺、炭黑N330、炭黑N550、碳纳米管、防老剂DNP、防老剂MB和增塑剂DOP进行第二混炼；第二混炼完成后，在橡胶中加入促进剂M进行最终混炼；

(6)对上一步产物进行翻炼，使生胶和配合剂均匀分散；

(7)将上一步产物下片。

在一些实施方案中，步骤(3)中，塑炼完成后，产物冷却停放14～16小时。

在一些实施方案中，步骤(3)中，开炼机的前后辊的速比为1：1.1～1.3，辊距调至0.8～1mm。

在一些实施方案中，步骤(4)中，第一混炼完成后，产物冷却停放8～12小时。

在一些实施方案中，硬度根据GB/T531.1-2008硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)测定。

在一些实施方案中，抗拉强度和断裂伸长率根据GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定测定。

在一些实施方案中，压缩永久变形和压缩生热根据GB/T1687.3-2016硫化橡胶在屈挠试验中温升和耐疲劳性能的测定第3部分：压缩屈挠试验(恒应变型)测定。

在一些实施方案中，阿克拉磨耗根据GB/T1689-2014硫化橡胶耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗试验机)测定。

术语说明：

如果本发明使用了如下的术语，它们可以具有以下含义：

可以使用诸如“前”、“后”、“顶”和“底”、“上”、“下”、“上方”、“下方”等各种相对术语以促进对各种实施例的描述。相对术语关于结构的常规方位来限定，而不必表示结构在制造或使用时的实际方位。因此，下面的详细描述不应当在限制意义上来理解。如描述和所附权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外清楚地指出。

含有是指含量大于0％，例如1％以上，10％以上，例如20％以上，例如30％以上，例如40％以上，例如50％以上，例如60％以上，例如70％以上，例如80％以上，例如90％以上，例如100％。当含量为100％时，“含有”的含义相当于“由…构成”。

除非特别说明，％是指重量％，份数是指重量份。

术语“天然橡胶”是指天然存在的橡胶，诸如可从源诸如三叶胶橡胶树源和非三叶橡胶树源(例如，银胶菊灌木和蒲公英)收获得到的橡胶。

术语“丁苯橡胶”是指由苯乙烯和1,3-丁二烯单体共聚得到的高聚物弹性体。

术语“顺丁橡胶”是指以1,3-丁二烯为单体，经配位聚合得到的高顺式丁二烯高聚物弹性体。丁二烯可以由自由基、阴离子或配位阴离子聚合反应制得聚丁二烯橡胶。

术语“稀土顺丁橡胶”是指丁二烯以稀土金属、合金或化合物为催化剂，经溶液聚合而获得的一种顺丁橡胶。

有益效果

本公开一项或多项技术方案具有以下一项或多项有益效果：

1)生热低；

2)硬度适中；

3)抗拉强度较好；

4)压缩永久变形较低；

5)阿克拉磨耗较低。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，根据常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

以下实施例和对比例使用的原料参数如下表1所示：

表1

实施例1和对比例1的各提供一种橡胶材料，原料配比如下表2所示：

表2

实施例1

按照表2所示原料配比，按以下步骤制备橡胶。

步骤一：

准备好氧化镁、氧化锌、硬脂酸、防焦剂PVI粉碎干燥后过筛，按比例称重放入容器内搅拌均匀。

步骤二：

将天然橡胶、丁苯橡胶、稀土顺丁橡胶、白炭黑1115MP加入开炼机中进行塑炼，开炼机的前后辊的速比为1：1.2，辊距调至0.9mm，塑化完成后加入步骤一中的配料继续进行塑炼，塑炼完成后冷却停放15小时。

步骤三：

将开炼机辊距调整到0.7mm，然后将塑炼完成后的橡胶与硅烷偶联剂CG-Si69和CG-Si75、三氧化二锑、氯化石蜡、光稳定剂BW-10LD进行混炼；混炼完成后，冷却停放10小时，然后在橡胶中加入不溶性硫磺、炭黑N330、炭黑N550、碳纳米管、防老剂DNP、防老剂MB、增塑剂DOP进行再次混炼；混炼完成后，在橡胶中加入促进剂M进行最终混炼。

步骤四：

待完成吃粉后，进行6次次打三角包(是一种翻炼工序)，使生胶和配合剂均匀分散。随后胶料下片，停放6小时，获得产品

对比例1

按照表2所示的原料配比，按以下步骤制备橡胶。

步骤一：

准备好氧化镁、氧化锌、硬脂酸、防焦剂PVI，粉碎干燥后过筛，按比例称重放入容器内搅拌均匀。

步骤二：

将天然橡胶、丁苯橡胶、稀土顺丁橡胶、白炭黑1115MP加入开炼机中进行塑炼，前后辊的速比为1：1.2，辊距调至0.9mm，塑化完成后加入步骤一中的配料继续进行塑炼，塑炼完成后冷却停放15小时。

步骤三：

将开炼机辊距调整到0.7mm，然后将塑炼完成后的橡胶与硅烷偶联剂CG-Si69、三氧化二锑、氯化石蜡、光稳定剂BW-10LD进行第一混炼；混炼完成后，冷却停放10小时，然后在橡胶中加入不溶性硫磺、炭黑N330+N550、碳纳米管、防老剂DNP进行第二混炼；第二混炼完成后，在橡胶中加入促进剂DM进行最终混炼。

步骤四：

待完成吃粉后，进行6次打三角包(是一种翻炼工序)，使生胶和配合剂均匀分散。随后胶料下片，停放6小时。

性能检测

对实施例1和对比例1的橡胶材料进行性能检测，检测项目和参照标准如表3所示，结果如表4所示：

表3

橡胶性能检测结果如表4所述：

表4

项目名称	对比例1	实施例1	升高/降低百分比
				橡胶硬度/HS	73	78	+7％
抗拉强度/MPa	23.6	26.7	+13％
				压缩永久变形/％	3.2	2.6	-19％
压缩生热/℃	33.6	28.6	-15％
				阿克拉磨耗/cm<sup>3</sup>/1.61km	0.251	0.202	-20％

如表4所示，相较于对比例1的橡胶材料，实施例1的橡胶材料具有更高的硬度，更高的抗拉强度、更低的压缩永久变形量、更低的压缩生热量，更低的阿克拉磨耗。

实施例1通过优化橡胶材料的配方，显著改善了橡胶的综合性能，特别是同时提高了橡胶的硬度、拉伸强度，以及同时降低了橡胶的压缩永久变形、压缩生热和阿克拉磨耗。各项指标改善量均超过5％，部分指标改善量约20％，该技术效果的改善是本领域技术人员预料不到的。

尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解：根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。