一种定位节点橡胶组合物及其制备方法
阅读说明：本技术 一种定位节点橡胶组合物及其制备方法 (Positioning node rubber composition and preparation method thereof ) 是由 隋世昆 王化景 赵帅 丁天梁 刘云浩 潘志业 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种定位节点橡胶组合物,按重量份数计包括：氯丁橡胶40-60份；异戊橡胶20-30份；环氧天然胶10-30份；阿拉伯胶3-5份；硬脂酸1.5-3份；聚乙二醇0.5-2份；防老剂3-9份；微晶蜡1-3份；炭黑N3305-10份；纳米级二氧化硅5-15份；不饱和羧酸5-10份；氧化锌5-15份；氧化镁1-3份；硫磺0.3-1份；促进剂0.5-1.7份；DCP1-2份；氧化钙3-5份,旨在提供一种能同时满足50pphm×40℃×0～20％E动态臭氧试验龟裂发生32h以上和低温脆化温度-50℃以下这两个技术要求的绝缘橡胶组合物,本发明的另一目的是提供一种定位节点橡胶组合物的制备方法。(The invention provides a positioning node rubber composition which comprises the following components in parts by weight: 40-60 parts of chloroprene rubber; 20-30 parts of isoprene rubber; 10-30 parts of epoxy natural rubber; 3-5 parts of Arabic gum; 1.5-3 parts of stearic acid; 0.5-2 parts of polyethylene glycol; 3-9 parts of an anti-aging agent; 1-3 parts of microcrystalline wax; 5-10 parts of carbon black N330; 5-15 parts of nano-scale silicon dioxide; 5-10 parts of unsaturated carboxylic acid; 5-15 parts of zinc oxide; 1-3 parts of magnesium oxide; 0.3-1 part of sulfur; 0.5-1.7 parts of an accelerator; 1-2 parts of DCP; 3-5 parts of calcium oxide, aiming at providing an insulating rubber composition which can simultaneously meet the two technical requirements of crack generation for more than 32 hours in a 50pphm multiplied by 40 ℃ X0-20% E dynamic ozone test and a low-temperature embrittlement temperature below-50 ℃, and the invention also aims at providing a preparation method of the positioning node rubber composition.)
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，特别是涉及一种定位节点橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
一系定位节点能约束轮对与构架之间的相互位置，使轴箱在转向架上的位置及活动余地限定在一定范围内，从而把载荷传递并分布到轮对，并能使轮对转动灵活，转向架顺利通过曲线。一系定位节点由芯轴和弹性橡胶组成，作为动车A类部件，一旦橡胶性能达不到要求，在列车运行过程中出现问题，将会导致列车失稳甚至脱轨，所以定位节点的橡胶配方至关重要。
根据产品硬度和拉伸强度技术要求和实际使用中作为一个减振件的用途，传统使用的胶种为天然橡胶和氯丁橡胶。天然橡胶耐低温性能好，但耐臭氧性差，即使添加大量防老剂，50pphm×40℃×0～20％E动态臭氧试验时，不到32小时橡胶就龟裂了；氯丁橡胶耐臭氧性好，但耐低温性能差，即使添加大量增塑剂，低温脆化温度最低为-45℃；天然橡胶并用乙丙橡胶，50pphm×40℃×0～20％E动态臭氧试验32小时不龟裂，但是拉伸强度小于19.6MPa；天然橡胶并用顺丁橡胶或者天然橡胶并用少量氯丁橡胶，50pphm×40℃×0～20％E动态臭氧试验，橡胶也不到32小时就龟裂了。
因此现有技术有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定位节点橡胶组合物，旨在提供一种能同时满足50pphm×40℃×0～20％E动态臭氧试验龟裂发生32h以上和低温脆化温度-50℃以下这两个技术要求的绝缘橡胶组合物。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种定位节点橡胶组合物，按重量份数计包括：氯丁橡胶40-60份；异戊橡胶20-30份；环氧天然胶10-30份；阿拉伯胶3-5份；硬脂酸1.5-3份；聚乙二醇0.5-2份；防老剂3-9份；微晶蜡1-3份；炭黑N3305-10份；纳米级二氧化硅5-15份；不饱和羧酸5-10份；氧化锌5-15份；氧化镁1-3份；硫磺0.3-1份；促进剂0.5-1.7份；DCP1-2份；氧化钙3-5份；
具体地，考虑到一系定位节点产品有耐臭氧和疲劳试验要求，异戊橡胶的生热和永久变形比天然橡胶低，耐疲劳性能更好；环氧天然胶双键含量少，耐臭氧效果好，因此，选用氯丁橡胶、异戊橡胶并用环氧天然胶。
所述防老剂为防老剂4010NA、防老剂4020及防老剂RD的混合物，按照重量分数比1：1：1混合而成；
所述促进剂由如下组分按重量份计组成：促进剂NA-220.1-0.3份；促进剂DM0.1-0.4份；促进剂CZ0.2-0.6份；促进剂TT0.1-0.4份；
本发明还提供一种定位节点橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)称重：将原材料按照配方中的配比进行称量；
(2)原材料预处理：将步骤(1)中称量的炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸混合均匀，微波活化二十分钟，冷却备用；
(3)一次加压混炼：将氯丁橡胶、异戊橡胶、环氧天然胶、阿拉伯胶、步骤(1)处理后的炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸、一半的氧化锌加入密炼机混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间3-5分钟；
(4)二次加压混炼：将硬脂酸、聚乙二醇、防老剂、微晶蜡、氧化钙加入密炼机混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间1-3分钟；
(5)三次加压混炼，将氧化镁、剩余氧化锌、硫磺、促进剂、DCP加入密炼机中混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间1-3分钟；
(6)出片：将步骤(5)处理的胶料排到开炼机上，将辊距调至2㎜下片。
本发明的有益效果：
1.本发明炼制的橡胶能够满足一系定位节点所有橡胶技术要求，硬度(绍尔A)45±3HA，拉伸强度19.6MPa以上，扯断伸长率450％以上，70℃×24h×25％压缩永久变形20％以下，50pphm×40℃×20％E静态臭氧试验龟裂发生200h以上，50pphm×40℃×0～20％E动态臭氧试验龟裂发生32h以上，加电压500V电绝缘电阻1.0×108Ω以上，低温脆化温度-50℃以下，70℃×96h热老化硬度变化点7以下、拉伸强度变化15％以下，扯断伸长率变化20％以下，产品疲劳试验能达到600万次以上，与其他同类产品比较，弹性更好，减振效果好，动刚度/静刚度更小，分子内摩擦小，内耗小，生热低，疲劳试验效果更好，产品使用寿命更长。
2.本发明中添加了不饱和羧酸和氧化锌、氧化镁，在混炼剪切过程中发生中和反应原位生成MSUCA单体粒子，在硫化过程中DCP将MSUCA接枝到橡胶分子链上，形成纳米离子簇和离子交联键结构，当受到外界应力作用时，离子交联键能够发生类似多硫交联键的重组和力学松弛现象，这一行为不仅能够有效地松弛掉外界应力，而且能够使橡胶分子链通过相对滑移而更加有序地排列，从而共同承担应力，避免应力集中产生，降低产品疲劳过程中生热，提高了产品的耐疲劳性能。
3.本发明中用添加纳米级二氧化硅，具有更好的补强效果，降低了炭黑在胶料中的导电性能，同时在混炼过程中摩擦产生阳离子，提高了胶料的绝缘性能，满足产品绝缘要求。
4.与传统小料-大料-硫化剂的加工工艺相比，本发明中大料-小料-硫化剂的加工工艺，使得原位反应生成的MSUCA在混炼胶中有着更高的初始分散程度和更小的初始粒径，能够获得更高的原位聚合转化率，因而橡胶有着更高的离子键交联密度和力学性能；与传统在开炼机上加硫磺促进剂相比，本发明在密炼机中加硫磺促进剂，避免了多次翻炼导致橡胶力学性能下降。
5.本发明中添加了氧化钙，氧化钙作为一种碱性物质，既能中和多余的酸，又能为胶料提供碱性环境，促进橡胶的硫化，提高橡胶的力学性能，同时氧化钙又能作为消泡剂，提高橡胶的致密度。
6.本发明中添加了阿拉伯胶，阿拉伯胶是一种天然树胶，环保安全无害；常温下为固体受热变软，在产品疲劳试验过程中，能吸收橡胶变形产生的热量，同时吸热变软后又起到增塑剂的作用，降低生热，提高产品的耐疲劳性能。
7.本发明在混炼前，将炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸进行微波活化处理，活化时不饱和羧酸能充分和炭黑N330、纳米级二氧化硅混合均匀，避免了对混炼设备的腐蚀；提高了不饱和羧酸的分散性，进而提高了原位聚合反应效率，提高了离子交联密度，从而提高了橡胶的耐疲劳性能；微波活化增加了纳米级二氧化硅的表面活性基团，提高了其在胶料中的分散性和补强效果。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例一
一种的定位节点橡胶组合物，按照重量分数计，包括如下组分：
氯丁橡胶40份；异戊橡胶30份；环氧天然胶，30份；硬脂酸2份；聚乙二醇，1份；防老剂4010NA2份；防老剂40202份；防老剂RD2份；微晶蜡3份；氧化钙5份；阿拉伯胶5份；炭黑N33010份；纳米级二氧化硅5份；不饱和羧酸10份；氧化镁3份；氧化锌15份；硫磺1份；促进剂NA-220.1份；促进剂DM0.4份；促进剂CZ0.6份；促进剂TT0.4份；DCP1份；
制备方法如下：
(3)称重：将原材料按照配方中的配比进行称量；
(4)原材料预处理：将步骤(1)中称量的炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸混合均匀，微波活化二十分钟，冷却备用；
(3)一次加压混炼：将氯丁橡胶、异戊橡胶、环氧天然胶、阿拉伯胶、步骤(1)处理后的炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸、7.5份氧化锌加入密炼机混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间5分钟；
(4)二次加压混炼：将硬脂酸、聚乙二醇、防老剂、微晶蜡、氧化钙加入密炼机混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间3分钟；
(5)三次加压混炼，将氧化镁、剩余的7.5份氧化锌、硫磺、促进剂、DCP加入密炼机中混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间3分钟；
(6)出片：将步骤(5)处理的胶料排到开炼机上，将辊距调至2㎜下片。
对比例一
一种节点橡胶组合物，按照重量分数计，同实施例一一致，区别仅在于将30份异戊橡胶和30份环氧天然胶替换成60份天然橡胶。
对比例二
一种定位节点橡胶组合物的配方及制备方法同实施例一，区别仅在于，缺少纳米级二氧化硅。
对比例三
配方与实施例一一致，区别在于定位节点橡胶组合物的制备方法不同，本实施例采用小料-大料-硫化剂的传统工艺制备，制备方法如下：
(1)称重：将原材料按照配方中的配比进行称量；
(2)原材料预处理：将步骤(1)中称量的炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸混合均匀，微波活化二十分钟，冷却备用；
(3)一次加压混炼：将氯丁橡胶、异戊橡胶、环氧天然胶、硬脂酸、聚乙二醇、防老剂、微晶蜡、氧化钙加入密炼机混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间5分钟；
(4)二次加压混炼：将阿拉伯胶、炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸、7.5份氧化锌加入密炼机混炼，上顶栓压力0.5-0.6MPa，混炼时间3分钟；
(5)出片：将步骤(3)的胶料排到开炼机上，在开炼机上将胶料翻炼4遍，然后均匀加入氧化镁、剩余的7.5份氧化锌、硫磺、促进剂、DCP，翻炼4遍，最后将开炼机辊距调整为0.5mm，薄通5遍后将辊距调至2mm下片冷却。
对比例四
一种定位节点橡胶组合物，按照重量分数计，同实施例一一致。
一种定位节点橡胶组合物的制备方法同实施例一，区别仅在于，缺少氧化钙。
对比例五
一种定位节点橡胶组合物，按照重量分数计，同实施例一一致。
一种定位节点橡胶组合物的制备方法同实施例一，区别仅在于，缺少阿拉伯胶。
对比例六
一种定位节点橡胶组合物，按照重量分数计，同实施例一一致。
一种定位节点橡胶组合物的制备方法同实施例一，区别仅在于，缺少步骤(2)。
对本发明实施例1和对比例1-6橡胶材料进行性能检测，其中，橡胶硬度按照GB/T531规定方法进行测试，拉伸强度和扯断伸长率按照GB/T528规定方法进行测试；压缩永久变形按照GB/T7759规定方法进行测试，耐臭氧性按照GB/T7762规定方法进行测试，电绝缘电阻按照GB/T1692规定方法进行测试，低温脆化温度按照GB/T1682规定方法进行测试，热老化性按照GB/T3512规定方法进行测试，检测的结果如表1所示。
表1：
通过实施例1与对比例1相比较，可以看出20-30份异戊橡胶并用10-30份环氧天然胶并用40-60份氯丁橡胶比40-60份天然橡胶并用40-60份氯丁橡胶的耐动态臭氧性能和耐疲劳性能好的多。
通过实施例1与对比例2相比较，可以看出纳米级二氧化硅的添加能够明显提高橡胶的拉伸强度和电绝缘性能。
通过实施例1与对比例3相比较，可以看出本发明中采用的加工工艺相比于传统加工工艺能明显提高橡胶的拉伸强度和耐疲劳性能。
通过实施例1与对比例4相比较，可以看出氧化钙的添加能明显提高橡胶的拉伸强度和耐疲劳性能，这是因为氧化钙的加入促进了橡胶的硫化，提高了橡胶的交联密度。
通过实施例1与对比例5相比较，可以看出阿拉伯胶的添加能明显提高橡胶的耐疲劳性能。
通过实施例1与对比例6相比较，可以看出将炭黑N330、纳米级二氧化硅、不饱和羧酸进行微波活化能明显提高橡胶的拉伸强度和耐疲劳性能。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
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