阅读说明：本技术 一种高摩擦、高强度三元乙丙橡胶传动带带齿及其制备方法 (High-friction and high-strength Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) rubber transmission belt tooth and preparation method thereof ) 是由 王江波 陈孝斌 邵海根 王恩燕 王剑峰 孙海峰 包晓慧 吴方怡 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高摩擦、高强度三元乙丙橡胶传动带带齿及其制备方法,制备带齿的材料包括以下组分：三元乙丙橡胶、短纤维、氧化锌、粘合剂、防老剂、炭黑、石蜡油、改性糠醇树脂摩擦粉、改性碳纳米管、硫磺、促进剂,其中,改性糠醇树脂摩擦粉为经腰果酚复合改性的腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉；改性碳纳米管为含磷硅阻燃元素的碳纳米管。腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉硬度更适中,与基体三元乙丙橡胶的配伍性更好,避免了摩擦粉在使用过程中发生蹦出、碎裂、脱落等问题,可更加持久的改善三元乙丙橡胶的摩擦性能,显著降低橡胶传动带的工作噪音,腰果酚结构中含有十五烯基侧链,此不饱和长链取代基与基体相容性好,不会对基体的力学性能造成损失。(The invention relates to a high-friction and high-strength Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) rubber transmission belt tooth and a preparation method thereof, wherein the belt tooth is prepared from the following components: ethylene propylene diene monomer, short fibers, zinc oxide, an adhesive, an anti-aging agent, carbon black, paraffin oil, modified furfuryl alcohol resin friction powder, modified carbon nanotubes, sulfur and an accelerator, wherein the modified furfuryl alcohol resin friction powder is cardanol modified furfuryl alcohol resin friction powder subjected to cardanol compound modification; the modified carbon nano tube is a carbon nano tube containing phosphorus-silicon flame retardant elements. The cardanol modified furfuryl alcohol resin friction powder has moderate hardness and good compatibility with the matrix ethylene propylene diene monomer, the problems that the friction powder is bounced out, cracked and dropped off in the use process are solved, the friction performance of the ethylene propylene diene monomer can be improved more durably, the working noise of a rubber transmission belt is obviously reduced, a pentadecenyl side chain is contained in a cardanol structure, the unsaturated long-chain substituent has good compatibility with the matrix, and the loss of the mechanical property of the matrix can be avoided.)

一种高摩擦、高强度三元乙丙橡胶传动带带齿及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高摩擦、高强度三元乙丙橡胶传动带带齿及其制备方法。

背景技术

近几年，随着汽车工业的高速发展，发动机室里的传动系统越来越紧凑，而且出于节能减排考虑，涡轮增压系统、尾气排放系统等高温环境不断增加，这些改变都导致发动机室的温度越来越高。三元乙丙橡胶(EPDM橡胶)的分子主链是由化学性质稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，因此具有优异的耐候、耐臭氧和耐化学品等性能。目前，采用EPDM橡胶代替氯丁橡胶制造橡胶传动带，已经成为行业共识。

例如，授权公告号为CN108314849B的中国发明专利《橡胶组合物及加工方法，及应用其的胶带、胶辊及生产方法》即披露了一种采用三元乙丙橡胶的胶带。其橡胶组合物配方按照重量份包括：橡胶基体100份、交联剂1.5～9份、短纤维5～60份，还可以进一步包含助交联剂0.3～15份、金属氧化物3～25份、增塑剂3～90份、补强填充剂30～100份、稳定剂1～3份、不饱和羧酸金属盐3～20份，其中，橡胶基体按质量份包含：支化聚乙烯的含量为a：0＜a≤100份，二元乙丙橡胶的含量b：0≤b＜100份；三元乙丙橡胶的含量c：0≤c＜100份。上述方案中含有短纤维的橡胶组合物可以具有更好的力学强度和耐磨性能等优势。

然而，大量短纤维的加入，也导致材料在运转时摩擦系数下降，工作噪音较大，同时EPDM橡胶传动带的耐热性和阻燃性也存在不足，使用过程中容易发热，软化，使得使用寿命大大缩短。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能在提高传动带力学强度及耐磨性能的前提下，显著降低工作噪音，提高传动带的阻燃性及耐热性避免其出现发软问题的高摩擦、高强度三元乙丙橡胶传动带带齿。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述传动带带齿的制备方法。

本发明解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为：

一种高摩擦、高强度三元乙丙橡胶传动带带齿，所述带齿具有在周向上间隔布置的多个齿，按重量计，制备所述带齿的材料包括以下组分：

三元乙丙橡胶，100份；

短纤维，20～30份；

氧化锌，3～6份；

粘合剂，3～8份；

防老剂，2～5份；

炭黑，30～50份；

石蜡油，3～7份；

改性糠醇树脂摩擦粉，3～6份；

改性碳纳米管2～4份；

硫磺，0.5～1.5份；

促进剂，2～6份；

其中，所述的改性糠醇树脂摩擦粉为经腰果酚复合改性的腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉；所述的改性碳纳米管为含磷硅阻燃元素的碳纳米管。

在本发明中，所述腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉化合物的分子式为：

上述腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉的硬度适中，与基体三元乙丙橡胶的配伍性更好，避免了摩擦粉在使用过程中发生蹦出、碎裂、脱落等问题，可以更加持久的改善三元乙丙橡胶的摩擦性能，显著降低橡胶传动带的工作噪音，而且助剂结构中的腰果酚含有十五烯基侧链，此不饱和长链取代基与基体相容性好，不会对基体的力学性能造成损失。

优选地，所述腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉粒度在200～300目之间。采用该粒度的腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉，有利于进一步提高其与基体的相容性。

本发明中的含磷硅阻燃元素的碳纳米管的分子式为：

采用上述含磷硅阻燃元素碳纳米管，在低添加浓度下就可以赋予传动带极高的阻燃性和耐热性，避免使用过程中出现传动带发软现象，同时它也是一种高效补强剂，可以有效提高橡胶的力学性能。

优选地，所述的粘合剂为开姆洛克CH205。

优选地，所述的防老剂为N-异丙基-N’-苯基对苯二胺。

优选地，所述的促进剂为二丁基二硫代氨基甲酸锌。

一种上述传动带带齿的制备方法，包括以下步骤：

先将除硫磺以外的其他组分加入密炼机中进行混炼，直至混炼均匀；

然后在开炼机上加入硫磺，薄通并打4～6次三角包，放宽辊距至2mm，打卷4～5次，出片；

再在平板硫化机上制取试片，硫化温度为160℃，试验时间为10-20min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在制备带齿的材料中加入了腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉及含磷硅阻燃元素碳纳米管，其中，腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉与传统酚醛树脂类摩擦粉相比，硬度更适中，与基体三元乙丙橡胶的配伍性更好，避免了摩擦粉在使用过程中发生蹦出、碎裂、脱落等问题，可以更加持久的改善三元乙丙橡胶的摩擦性能，显著降低橡胶传动带的工作噪音，而助剂结构中的腰果酚含有十五烯基侧链，此不饱和长链取代基与基体相容性好，因此不会对基体的力学性能造成损失；同时，所使用的含磷硅阻燃元素碳纳米管，在低添加浓度下就可以赋予传动带极高的阻燃性和耐热性，避免使用过程中出现传动带发软现象，同时它也是一种高效补强剂，可以有效提高橡胶的力学性能。

附图说明

图1为本发明实施例中传动带的结构示意图；

图2为现有市场上的普通碳纳米管的TEM图；

图3为本发明实施例中所采用改性碳纳米管的TEM图；

图4为现有市场上的普通碳纳米管与本发明实施例中改性碳纳米管的XPS对比图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，传动带由带背1、芯绳4、带齿3、包布2依次连接而成，带齿3具有在周向上间隔布置的多个齿。

制备上述带齿3的材料包括以下组分：三元乙丙橡胶、短纤维、氧化锌、粘合剂、防老剂、炭黑、石蜡油、改性糠醇树脂摩擦粉、改性碳纳米管、硫磺、促进剂。

制备上述带齿的方法为：

在密炼机上进行混炼，将除硫化体系之外的组分加入，混炼均匀，然后在开炼机上加入硫磺，薄通并打6次三角包，放宽辊距至2mm，打卷5次，出片；再在平板硫化机上制取试片，硫化温度为160℃，试验时间为15min。

其中，改性糠醇树脂摩擦粉为经腰果酚复合改性的腰果酚改性糠醇树脂摩擦粉，腰果酚改性糠醇树脂由腰果酚、甲醛和糠醇反应获得。

腰果酚改性糠醇树脂的分子式如下：

改性碳纳米管为含磷硅阻燃元素的碳纳米管。

图2为现有市场上的普通碳纳米管的TEM图，图3为本发明中所采用改性碳纳米管的TEM图；图4为现有市场上的普通碳纳米管与本发明中改性碳纳米管的XPS对比图；可以看出，本发明中的改性碳纳米管的管径增大，同时结构中磷、硅、氧元素含量都明显增加。

含磷硅阻燃元素的碳纳米管的分子式如下：

按照重量计，制备实施例1～4、对比例同步带带齿的材料如表1所示。

表1

对实施例1～4、对比例制备产品的各项性能按国家标准进行测试，结果如表2所示。

表2

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对照例
						氧指数	29.2	26.6	25.8	29.8	22.4
摩擦系数	1.437	1.450	1.385	1.302	0.911
						拉伸强度MPa	17.2	16.6	19.0	19.8	18.4
断裂伸长率％	244	235	268	276	256
						工作噪音	低	低	偏低	偏低	高
耐热*	不发软	不发软	不发软	不发软	发软

*指传动带在长时间使用后的外观状况。