一种高强度耐屈挠的epdm材料及其制备方法

文档序号:163458 发布日期:2021-10-29 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 一种高强度耐屈挠的epdm材料及其制备方法 (High-strength deflection-resistant EPDM material and preparation method thereof ) 是由 李红军 张思儒 余建平 于 2021-08-12 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种高强度耐屈挠的EPDM材料,包括按照重量份计的以下组分:充油EPDM橡胶130-170份,无机活性剂2-7份,有机活性剂0.5-2份,防护蜡1-2份,抗氧剂1.5-3份,炭黑35-55份,白炭黑5-10份,增塑剂2-6份,交联剂0.6-1.2份,交联助剂1.5-5份。该EPDM材料的硬度约为50HA,拉伸强度可达到27Mpa,可在125℃的环境下长期使用,耐屈挠性能良好,性能稳定,可替代天然橡胶用作汽车和轨道车的减震缓冲配件,同时能满足现行通用的环保要求。本发明还公开了一种高强度耐屈挠的EPDM材料的制备方法,工艺流程简便,适合工业化生产。(The invention discloses a high-strength and deflection-resistant EPDM material which comprises the following components in parts by weight: 170 parts of oil-extended EPDM rubber 130-one, 2-7 parts of inorganic active agent, 0.5-2 parts of organic active agent, 1-2 parts of protective wax, 1.5-3 parts of antioxidant, 35-55 parts of carbon black, 5-10 parts of white carbon black, 2-6 parts of plasticizer, 0.6-1.2 parts of cross-linking agent and 1.5-5 parts of cross-linking auxiliary agent. The EPDM material HAs the hardness of about 50HA, the tensile strength of 27Mpa, can be used for a long time in the environment of 125 ℃, HAs good yield resistance and stable performance, can replace natural rubber to be used as a damping and buffering accessory of automobiles and railcars, and can meet the current universal environmental protection requirement. The invention also discloses a preparation method of the high-strength deflection-resistant EPDM material, which is simple and convenient in process flow and suitable for industrial production.)

一种高强度耐屈挠的EPDM材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶材料技术领域,尤其涉及一种高强度耐屈挠的EPDM材料及其制备方法。

背景技术

目前,对于生活中需要使用邵氏硬度为50A的橡胶材料来制作缓冲减震橡胶制品时,行业内一般都会选择天然橡胶去制作。因为天然橡胶具有先天优势,包括:物理机械性能优异,拉伸强度高,可达28Mpa,耐屈挠,减震减冲性能好等。但是,天然橡胶也具有明显的缺点,例如:耐高温性差,长期80℃左右,抗自然老性能差;不耐臭氧,耐溶剂性差,使用寿命短。

减震缓冲橡胶制品在汽配行业应用广泛。人们对汽车的质量和汽车使用性能要求越来越高,车企为了满足消费者和法律法规的要求,不停地对技术进行改进,例如:发动机采用涡轮增压,增效减排等。但这些改进造成发动机仓温度越来越高,发动机仓的减震缓冲件如果还使用天然橡胶为原料,将无法满足汽车的性能需求。

EPDM橡胶材料为汽配行业提供了一种新选择,但是现有的邵氏硬度为50A的EPDM材料存在以下不足:物理机械性能较差,拉伸强度在15~17Mpa左右,耐屈挠50万次,这种强度的EPDM材料在承受高剪切力的状态下,寿命短。因此,汽配行业急需一种新的EPDM材料以满足越来越高的需求,这种材料应该具有以下特点:既能弥补天然橡胶的缺点,同时兼并天然橡胶的优点,且单价与普通EPDM橡胶相当。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种高强度耐屈挠的EPDM材料,拉伸强度高,耐高温,耐屈挠性能好,同时具有价格优势。

本发明的目的之二在于提供一种高强度耐屈挠的EPDM材料的制备方法,工艺流程简便,适合工业化生产。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现:

一种高强度耐屈挠的EPDM材料,包括按照重量份计的以下组分:充油EPDM橡胶130-170份,无机活性剂2-7份,有机活性剂0.5-2份,防护蜡1-2份,抗氧剂1.5-3份,炭黑35-55份,白炭黑5-10份,增塑剂2-6份,交联剂0.6-1.2份,交联助剂1.5-5份。

进一步地,所述充油EPDM橡胶为ENB型EPDM橡胶,其乙烯含量为70~75%,ENB含量为5~5.7%,充油量为每100份EPDM生胶充油50份;所述充油EPDM橡胶的门尼值为ML1+4:125℃=53~58。

进一步地,所述无机活性剂为活性氧化锌;所述有机活性剂为硬脂酸。

进一步地,所述防护蜡为异构烷烃蜡、石蜡或微晶蜡;所述抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚和/或三(4-壬苯基)亚磷酸酯。

进一步地,所述炭黑为高结构超耐磨炭黑和/或快压出炭黑;所述炭黑的粒径为20~26nm,比表面积大于115㎡/g。

进一步地,所述增塑剂为石蜡油;所述交联剂为不溶性硫磺;所述交联助剂为N,N’-二硫代二己内酰胺、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺和四苄基秋兰姆化二硫的组合。

进一步地,包括按照重量份计的以下组分:充油EPDM橡胶150份,无机活性剂5份,有机活性剂0.5-1.5份,防护蜡1-2份,抗氧剂2-3份,炭黑40-50份,白炭黑5-10份,增塑剂2-6份,交联剂0.8-1.2份,交联助剂1.5-5份。

进一步地,包括按照重量份计的以下组分:充油EPDM橡胶150份,无机活性剂5份,有机活性剂1.5份,防护蜡1.5份,抗氧剂2-3份,炭黑50份,白炭黑5份,增塑剂4份,交联剂0.8份,交联助剂4.7份。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现:

一种高强度耐屈挠的EPDM材料的制备方法,包括:

塑炼步骤:将配方量的充油EPDM橡胶投入密炼机中,塑炼,然后在开炼机中进行博通,混合均匀,停放后得到生胶;

混炼步骤:将所述生胶投入密炼机中,加压后,投入配方量的无机活性剂、有机活性剂、抗氧剂和防护蜡,加压;接着投入配方量的炭黑和白炭黑,加压;然后投入配方量的增塑剂,加压;下料,开炼机下片,停放,得到混炼胶;

加硫步骤:将所述混炼胶投入密炼机中,加压回软后投入开炼机中,落盘;然后投入开炼机中包辊,加入配方量的交联剂和交联助剂;待粉料吃完后,得到混合胶料;将所述混合胶料落盘,打三角包,出片,即得。

进一步地,在所述塑炼步骤中,将配方量的充油EPDM橡胶投入密炼机中,塑炼2-3分钟,然后在开炼机中博通3-4遍,混合均匀,停放8小时以上,得到生胶。

进一步地,在所述混炼步骤中,将所述生胶投入密炼机中,设置压强为0.6-0.8mpa,加压1-2分钟;投入配方量的无机活性剂、有机活性剂、抗氧剂和防护蜡,设置压强为0.6-0.8mpa,加压5-6分钟;接着投入配方量的炭黑和白炭黑,设置压强为0.6-0.8mpa,加压3-4分钟;然后投入配方量的增塑剂,设置压强为0.6-0.8mpa,加压3-4分钟;下料,下料温度为140-150℃;开炼机下片,厚度为8-10mm,停放8小时以上,得到混炼胶。

进一步地,在所述加硫步骤中,将所述混炼胶投入密炼机中,加压回软1-2分钟后投入开炼机中,设置辊距3-4mm,落盘3-4次;然后投入温度保持60-70℃的开炼机中包辊,抽取多余胶料保留堆积,加入配方量的交联剂和交联助剂;待粉料吃完后,得到混合胶料;将所述混合胶料落盘2-3次;将辊距调整至0.5-1.0mm,打三角包4-5次,出片,即得。

相比现有技术,本发明的有益效果在于:

(1)本发明所提供的高强度耐屈挠的EPDM材料,硬度约为50HA,是一种高强度高屈挠性的EPDM材料,其拉伸强度可达到27Mpa,可在125℃的环境下长期使用,而且耐屈挠性能良好,性能稳定,其物理机械性能与天然橡胶的物理机械性能相当,但抗老化性较天然橡胶有了极大的提升,可替代天然橡胶用作汽车和轨道车的减震缓冲配件。同时,本发明所提供的EPDM材料价格与现有的EPDM橡胶材料价格相当,也能满足现行通用的环保要求。

(2)本发明所提供的高强度耐屈挠的EPDM材料的制备方法,工艺流程简便,适合工业化生产。

具体实施方式

下面,结合具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过商业渠道购买获得。

一种高强度耐屈挠的EPDM材料,包括按照重量份计的以下组分:充油EPDM橡胶130-170份,无机活性剂2-7份,有机活性剂0.5-2份,防护蜡1-2份,抗氧剂1.5-3份,炭黑35-55份,白炭黑5-10份,增塑剂2-6份,交联剂0.6-1.2份,交联助剂1.5-5份。

进一步地,充油EPDM橡胶为ENB型EPDM橡胶,其乙烯含量为70~75%,ENB含量为5~5.7%,充油量为每100份EPDM生胶充油50份;充油EPDM橡胶的门尼值为ML1+4:125℃=53~58(以ML1+4:125℃测试出门尼值高于30,即为高门尼橡胶)。此充油EPDM橡胶具有较高的乙烯含量和门尼值,高门尼和高乙烯含量的EPDM材料分子量大,拉伸强度好,材料力学性能好;同时,此充油EPDM橡胶的ENB含量为5~5.7%,ENB含量为中等,能够赋于产品合适的硫化速度和效率,如果ENB的含量低于此值,硫化速度会慢,效率较低,而如果ENB含量高于此值,硫化速度过快,造成交联程度过高,过高的交联程度会造成产品的拉伸强度下降。同时型EPDM橡胶已充油,适合生产低硬度的制品,生胶在聚合时进行充油,分散性好,性能稳定,中ENB含量的EPDM橡胶能很好的控制材料的交联程度与硫化速度,让硫化胶达到一个综合性能最优。也就是说,由本发明实施例充油EPDM橡胶为主料的产品拉伸强高和屈挠性能稳定,其性能超越市场上通用的硬度约为50A的EPDM橡胶,本产品的拉伸强度更强,同时能够达到同硬度级别的天然橡胶的物理机械性能。另外,本发明实施例的充油EPDM橡胶由市场供货,货源充足,单价优势明显,有利于产品的成本控制。例如,本发明实施例的充油EPDM橡胶可以选自SK集团(SKHOLDINGS)提供的型号为6090WF的生胶。

进一步地,无机活性剂为活性氧化锌,活性氧化锌作为硫化活剂的同时,又作为导热剂使用,可降低橡胶件屈挠过程的热量累积,减缓橡胶件的热氧化破坏程度。无机活性剂例如可以选自金昌盛公司所提供的活性氧粉805。

进一步地,有机活性剂为硬脂酸,例如可以选自金昌盛公司提供的硬脂酸1801。

进一步地,防护蜡为异构烷烃蜡、石蜡或微晶蜡,更加优选地为异构烷烃蜡,烃蜡不与橡胶发生化学反应,喷出速度慢,通过长时间喷出在制品表面,以物理的方式渗出并附在硫化胶表面,形成保护薄,能够隔断臭氧与橡胶的接触,起到防护作用,提高产品的稳定性,延长橡胶制品的使用寿命。异构烷烃蜡可以选自金昌盛公司提供的型号为RW159的异构烷烃蜡。

进一步地,抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚和/或三(4-壬苯基)亚磷酸酯。当抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚和三(4-壬苯基)亚磷酸酯的组合时,这两种抗氧化剂共同协同,释放出大量的自由基抑制剂,提高了捕获活性自由基的能力,并产生非活性自由基的能力,从而终止橡胶分子氧化过程中的连锁反应,达到防护橡胶的作用。

进一步地,炭黑为高结构超耐磨炭黑和/或快压出炭黑;炭黑的粒径为20~26nm,比表面积大于115㎡/g。本发明实施例使用的炭黑为采用新工艺高结构超耐磨炉黑,此炭黑的结构高,粒径小,粒径为20~26nm,表面积大,CTAB法测试表面达到121㎡/g,结构高能赋于炭黑的分散好,良好的分散性确保材料物性的稳定性;小粒径,高表面积,使用得炭黑分子与橡胶分子接触面积大,分子链之间的吸附力就越大,能大幅度提高材料的拉伸强度,产品屈挠性能稳定优秀,物理机械性能就高。优选地,高结构超耐磨炭黑可以选自美国Citieaserice牌号的新工艺高结构超耐磨炉黑,型号为N121。

进一步地,白炭黑选用少量沉淀法白炭黑,其属无机填料,能够降低屈挠过程中所产生的热量,能提升材料的屈挠性能。

进一步地,增塑剂为石蜡油,优选高粘度高闪点石蜡油,其与EPDM橡胶相溶性好,能提高EPDM橡胶的耐热性和物理机械性能;同时,分子量大的石蜡油挥发性低,能够赋予胶料优异的耐高温性。增塑剂可以选自克拉玛依公司提供的高粘度高闪点的操作油KP6030。

进一步地,交联剂为不溶性硫磺,不溶性硫磺在EPDM材料中的分散性好,不易喷出的,也不会早期硫化,安全性高,同时具有良好的粘性,能改善EPDM橡胶粘差的问题。同时,不溶性硫磺用量合适,能提高材料的拉伸强度。交联剂可以选自是金昌盛公司所提供的型号为IS-75GE的交联剂。

进一步地,交联助剂为N,N’-二硫代二己内酰胺、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺和四苄基秋兰姆化二硫的组合。此四种交联助剂组合使用,能够使产品具有安全的焦烧性能,经测试:在170℃*600S条件下,焦烧时间为90S左右,硫化时间为270S左右,硫化参数优异。

本发明实施例所提供的高强度耐屈挠的EPDM材料,交联剂为不溶性硫磺,交联助剂N,N’-二硫代二己内酰胺、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺和四苄基秋兰姆化二硫的组合,此类交联剂与交联助剂在硫化过程中产生部分单硫链和多硫键,从而提高产品的拉伸强度和耐屈挠性能。

进一步地,包括按照重量份计的以下组分:充油EPDM橡胶150份,无机活性剂5份,有机活性剂0.5-1.5份,防护蜡1-2份,抗氧剂2-3份,炭黑40-50份,白炭黑5-10份,增塑剂2-6份,交联剂0.8-1.2份,交联助剂1.5-5份。

进一步地,包括按照重量份计的以下组分:充油EPDM橡胶150份,无机活性剂5份,有机活性剂1.5份,防护蜡1.5份,抗氧剂2-3份,炭黑50份,白炭黑5份,增塑剂4份,交联剂0.8份,交联助剂4.7份。

本发明实施例所提供的高强度耐屈挠的EPDM材料,硬度约为50A,能够满足汽配行业的硬度需求。使用EPDM橡胶为主要物料,再配以合适的炭黑类型,合适的交联剂,交联助剂,抗氧剂等成分,同时合理设置各组分的用量,将硬度约为50A的EPDM材料的拉伸强度大大提高,拉伸强度由现有产品的15~17Mpa提升到27Mpa,拉伸强度提高了10~12Mpa;同时,所获得的产品耐屈挠由常规的50万次提升到200万次。也就是说,本发明实施例所提供的高强度耐屈挠的EPDM材料的性能超越市场上通用50A的EPDM橡胶次啊了,拉伸强度性能,达到同硬度级别的天然橡胶的物理机械性能。并且,本发明实施例获取的产品的单价未发生变化,更具市场竞争力,能为客户提供价优物美的产品。

一种高强度耐屈挠的EPDM材料的制备方法,包括:

塑炼步骤:将配方量的充油EPDM橡胶投入密炼机中,塑炼,然后在开炼机中进行博通,混合均匀,停放后得到生胶;

混炼步骤:将生胶投入密炼机中,加压后,投入配方量的无机活性剂、有机活性剂、抗氧剂和防护蜡,加压;接着投入配方量的炭黑和白炭黑,加压;然后投入配方量的增塑剂,加压;下料,开炼机下片,停放,得到混炼胶;

加硫步骤:将混炼胶投入密炼机中,加压回软后投入开炼机中,落盘;然后投入开炼机中包辊,加入配方量的交联剂和交联助剂;待粉料吃完后,得到混合胶料;将混合胶料落盘,打三角包,出片,即得。

进一步地,在塑炼步骤中,将配方量的充油EPDM橡胶投入密炼机中,塑炼2-3分钟,然后在开炼机中博通3-4遍,混合均匀,停放8小时以上,得到生胶。

进一步地,在混炼步骤中,将生胶投入密炼机中,设置压强为0.6-0.8mpa,加压1-2分钟;投入配方量的无机活性剂、有机活性剂、抗氧剂和防护蜡,设置压强为0.6-0.8mpa,加压5-6分钟;接着投入配方量的炭黑和白炭黑,设置压强为0.6-0.8mpa,加压3-4分钟;然后投入配方量的增塑剂,设置压强为0.6-0.8mpa,加压3-4分钟;下料,下料温度为140-150℃;开炼机下片,厚度为8-10mm,停放8小时以上,得到混炼胶。

进一步地,在加硫步骤中,将混炼胶投入密炼机中,加压回软1-2分钟后投入开炼机中,设置辊距3-4mm,落盘3-4次;然后投入温度保持60-70℃的开炼机中包辊,抽取多余胶料保留堆积,加入配方量的交联剂和交联助剂;待粉料吃完后,得到混合胶料;将混合胶料落盘2-3次;将辊距调整至0.5-1.0mm,打三角包4-5次,出片,即得。

实施例1-5和对比例1-3

实施例1-5提供了一种高强度耐屈挠的EPDM材料,由充油EPDM橡胶、无机活性剂、有机活性剂、防护蜡、抗氧剂、炭黑、白炭黑、增塑剂、交联剂和交联助剂制备而成。实施例1-5和对比例1-3的配方如下表1所示。

表格中,乙烯含量为70~75%、ENB含量为5-5.7%的充油EPDM橡胶选自SK集团(SKHOLDINGS)提供的型号为6090WF的生胶;无机活性剂选自金昌盛公司所提供的活性氧粉805;有机活性剂选自金昌盛公司提供的硬脂酸1801;高结构超耐磨炭黑(高耐磨炭黑)选自美国Citiea serice牌号的新工艺高结构超耐磨炉黑,型号为N121;增塑剂选自克拉玛依公司提供的高粘度高闪点的操作油KP6030;交联剂选自金昌盛公司提供的型号为IS-75GE的交联剂。

表1实施例1-5和对比例1-3EPDM材料的配方表

实施例1-5和对比例1-3的EPDM材料按照以下方法制备而成:

塑炼步骤:将配方量的充油EPDM橡胶投入密炼机中,塑炼2.5分钟,然后在开炼机中博通3遍,混合均匀,停放8.5小时,得到生胶。

混炼步骤:将生胶投入密炼机中,设置压强为0.7mpa,加压1.5分钟;投入配方量的无机活性剂、有机活性剂、抗氧剂和防护蜡,设置压强为0.7mpa,加压5.5分钟;接着投入配方量的炭黑和白炭黑,设置压强为0.7mpa,加压3.5分钟;然后投入配方量的增塑剂,设置压强为0.7mpa,加压3.5分钟;下料,下料温度为145℃;开炼机下片,厚度为9mm,停放9小时,得到混炼胶。

加硫步骤:将混炼胶投入密炼机中,加压回软1.5分钟后投入开炼机中,设置辊距3.5mm,落盘3次;然后投入温度保持65℃的开炼机中包辊,抽取多余胶料保留适当堆积,加入配方量的交联剂和交联助剂;待粉料吃完后,得到混合胶料;将混合胶料落盘3次;将辊距调整至0.8mm,打三角包5次,出片,即得。

效果评价及性能检测

取实施例1-5和对比例1-3获取的EPDM材料,进行相关性能测试,测试项目如下表2所示,测试方法按照标准:HG/T 2196汽车用橡胶材料分类系统,测试结果详见表2。

表2实施例1-5和对比例1-3的测试结果记录表

从表2中的记录可得,实施例1-5的EPDM橡胶材料的性能要优于对比例1-3EPDM橡胶材料的性能。特别地,实施例1-5的EPDMS橡胶材料性的拉伸强度优秀,达到27Mpa左右;同时耐屈挠性好,性能稳定。另外本发明实施例所采取的原料均可从市面上获取,来源广泛,原料价格与常规EPDM橡胶材料的原料价格相当,所以本发明实施例所提供的EPDM橡胶材料总体价格不会比现有的EPDM橡胶材料高。另外,本发明实施例所提供的EPDM橡胶材料不采用有毒有害原料,能满足现行通用的环保要求。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

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