一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底及其制备方法
阅读说明：本技术 一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底及其制备方法 (Novel high-performance rubber sole with flame-retardant function and preparation method thereof ) 是由 刘晓清 张秀龙 黄忠达 黄庆宝 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底及其制备方法,原料包括以下组分：天然橡胶、顺丁橡胶、改性芳纶纤维、隔离剂、润滑剂、白炭黑；其中,改性芳纶纤维的制备方法,包括：对位芳纶纤维浸入含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液中,形成碳硅改性的对位芳纶纤维；将碳硅改性的芳纶纤维与三聚氰胺焦磷酸盐混合,共同加入至乙醇溶剂中,所得产物经干燥处理后得到所述改性芳纶纤维。本发明提供了一种兼具提升阻燃性能和耐磨性能的鞋底材料及其制备方法,扩展了鞋底材料的类型和应用领域,提升了阻燃型鞋底材料的研发能力,增强了阻燃性鞋底材料的应用前景,满足了鞋底材料市场的多样需求。(The invention discloses a novel high-performance rubber sole with a flame-retardant function and a preparation method thereof, wherein the novel high-performance rubber sole comprises the following raw materials: natural rubber, butadiene rubber, modified aramid fiber, a separant, a lubricant and white carbon black; the preparation method of the modified aramid fiber comprises the following steps: soaking the para-aramid fiber into a silane coupling agent dilute solution containing carbon nano tubes to form carbon-silicon modified para-aramid fiber; mixing carbon-silicon modified aramid fiber and melamine pyrophosphate, adding the mixture into an ethanol solvent together, and drying the obtained product to obtain the modified aramid fiber. The invention provides the sole material with the improved flame retardant property and the improved wear resistance and the preparation method thereof, the type and the application field of the sole material are expanded, the research and development capability of the flame-retardant sole material is improved, the application prospect of the flame-retardant sole material is enhanced, and various requirements of the sole material market are met.)
技术领域
本发明属于橡胶鞋底技术领域，涉及一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底及其制备方法。
背景技术
随着鞋材行业的快速发展，对鞋材尤其是鞋底材料的要求也不断提高，在传统的耐穿性、防滑性、舒适性等性能指标的基础上，根据鞋的类型的不同，更要求鞋底材料具有耐高温、耐腐蚀、防刺穿、防静电等性能。其中，鞋底材料的阻燃性能提升技术近年来成为鞋材企业提高鞋材性能的一个重要方向。
目前，通常采用在鞋底材料的制造过程中向鞋材原料中添加阻燃物质以提高阻燃性能，但由于阻燃物质通常与鞋材制造原料的相容性较差，且其在鞋材制造原料中的分散均匀性也较差，因此，当以提高阻燃性能为目的添加一定量的阻燃物质时，鞋底材料的耐磨性能等机械性能便会损失下降，对鞋底材料的产品质量造成严重影响。
因此，针对上述技术问题，需要提供一种兼具提升阻燃性能和耐磨性能的鞋底材料及其制备方法，以扩展鞋底材料的类型和应用领域，提升阻燃型鞋底材料的研发能力，增强阻燃性鞋底材料的应用前景，满足鞋底材料市场的多样需求。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底及其制备方法，解决了现有技术中阻燃材料单一、阻燃性能不佳以及因添加阻燃材料导致鞋底材料性能下降的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底，按重量份计，原料包括以下组分：天然橡胶70份～80份，顺丁橡胶20份～30份，改性芳纶纤维 0.5份～5份，隔离剂1份～3份，润滑剂2份～6份，白炭黑2份～5份；
其中，所述改性芳纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将硅烷偶联剂添加溶剂配制成质量分数为0.5％～1％的硅烷偶联剂稀溶液，然后将碳纳米管浸入配制的硅烷偶联剂稀溶液中，混合均匀，形成含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液；
步骤2、对位芳纶纤维浸入含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液中，在25℃～40℃的温度下搅拌1h～6h，所得产物经70℃～90℃温度下的真空干燥，形成碳硅改性的对位芳纶纤维；
步骤3、将碳硅改性的芳纶纤维与三聚氰胺焦磷酸盐按照质量比0.2～0.4：1进行混合，共同加入至乙醇溶剂中，进行均匀混合，所得产物经干燥处理后得到所述改性芳纶纤维。
本发明采用对位芳纶纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀等优异性能，作为改性增强材料，有效提高制得的鞋底材料的机械性能。
进一步地，隔离剂包括：聚异丁烯。
进一步地，聚异丁烯的分子量为1000。
进一步地，润滑剂包括：石蜡油。
进一步地，步骤1中，溶剂包括：甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的任一种或几种。
进一步地，步骤1中，碳纳米管的添加量为：硅烷偶联剂质量的30％～50％。
本发明的另一发明目的，提供一种上述具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述重量份的改性芳纶纤维、隔离剂、润滑剂投入高速搅拌机中，在6000rpm～10000rpm的转速下搅拌共混0.5h～2h，得到纤维预处理物；
S2、将纤维预处理物和所述重量份的天然橡胶、顺丁橡胶混合后放入密炼机密炼，升温至95℃～100℃，密炼5min～10min，然后再加入所述重量份的白炭黑，升温至 110℃～115℃，继续密炼3min～5min，导出获得密炼混合物；
S3、将密炼混合物送入开炼机中，打薄2次～3次，得到胶片；
S4、将胶片静置后，经冲压获得鞋底造型，经硫化成型，获得具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底。
进一步地，S3中，打薄时的温度控制在75℃～80℃。
进一步地，S4中，静置的时间为36h～48h。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用改性芳纶纤维对鞋底材料进行增韧改性，可有效提高鞋底材料的机械性能和阻燃性，提高其耐穿性和阻燃性能。
2、本发明采用将对位芳纶纤维经含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液进行改性，形成碳硅改性的对位芳纶纤维，一方面，在对位芳纶纤维表面进行多功能修饰，构筑多功能纤维增强型橡胶材料，在不牺牲纤维强度的前提下解决芳纶纤维表面惰性问题，实现纤维与橡胶基体间既有化学键的作用又有物理连接点的作用，实现物理－化学双增强的效果，最大限度的提升橡胶材料的力学性能；另一方面，构建的碳硅改性的对位芳纶纤维其表面活性增强，便于与三聚氰胺焦磷酸盐进行合成改性，形成含有磷碳硅元素的改性阻燃纤维，在对基体材料力学性能大幅提升的同时实现阻燃功能，有效提高材料的使用安全性。
3、本发明在前期研究的基础上，采用高速搅拌机对纤维进行预处理，使隔离剂(分子量1000的高活性聚异丁烯)、润滑剂(石蜡油)等助剂充分渗透到纤维之间，保持纤维分散结构，随后将预混物与载体橡胶、补充隔离剂(白炭黑)在密炼机中进行高剪切密炼共混，再经开炼处理，制备出高活性、易分散的鞋底材料，进一步改进了改性芳纶纤维在载体橡胶中的分散性和均匀性，进一步提升了成品鞋底材料的性能指标。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改性芳纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂添加甲醇溶剂配制成质量分数为0.5％的硅烷偶联剂稀溶液，然后将硅烷偶联剂质量30％的碳纳米管浸入配制的硅烷偶联剂稀溶液中，混合均匀，形成含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液；
(2)对位芳纶纤维浸入含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液中，在25℃的温度下搅拌6h，所得产物经70℃温度下的真空干燥，形成碳硅改性的对位芳纶纤维；
(3)将碳硅改性的芳纶纤维与三聚氰胺焦磷酸盐按照质量比0.2：1进行混合，共同加入至乙醇溶剂中，进行均匀混合，所得产物经干燥处理后得到所述改性芳纶纤维。
实施例2
一种改性芳纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂添加丙醇溶剂配制成质量分数为1％的硅烷偶联剂稀溶液，然后将硅烷偶联剂质量50％的碳纳米管浸入配制的硅烷偶联剂稀溶液中，混合均匀，形成含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液；
(2)对位芳纶纤维浸入含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液中，在40℃的温度下搅拌1h，所得产物经90℃温度下的真空干燥，形成碳硅改性的对位芳纶纤维；
(3)将碳硅改性的芳纶纤维与三聚氰胺焦磷酸盐按照质量比0.4：1进行混合，共同加入至乙醇溶剂中，进行均匀混合，所得产物经干燥处理后得到所述改性芳纶纤维。
实施例3
一种改性芳纶纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂添加乙醇和异丙醇的混合溶剂配制成质量分数为0.75％的硅烷偶联剂稀溶液，然后将硅烷偶联剂质量40％的碳纳米管浸入配制的硅烷偶联剂稀溶液中，混合均匀，形成含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液；混合溶剂中乙醇和异丙醇的体积比为 3：1；
(2)对位芳纶纤维浸入含碳纳米管的硅烷偶联剂稀溶液中，在35℃的温度下搅拌4h，所得产物经80℃温度下的真空干燥，形成碳硅改性的对位芳纶纤维；
(3)将碳硅改性的芳纶纤维与三聚氰胺焦磷酸盐按照质量比0.3：1进行混合，共同加入至乙醇溶剂中，进行均匀混合，所得产物经干燥处理后得到所述改性芳纶纤维。
实施例4
一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底，按重量份计，原料包括以下组分：天然橡胶70份，顺丁橡胶20份，改性芳纶纤维0.5份，分子量1000的聚异丁烯1份，石蜡油2份，白炭黑2份；改性芳纶纤维采用实施例3制得的改性芳纶纤维；
上述具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述重量份的改性芳纶纤维、隔离剂、润滑剂投入高速搅拌机中，在6000rpm的转速下搅拌共混0.5h，得到纤维预处理物；
(2)将纤维预处理物和所述重量份的天然橡胶、顺丁橡胶混合后放入密炼机密炼，升温至95℃，密炼5min，然后再加入所述重量份的白炭黑，升温至110℃，继续密炼3min，导出获得密炼混合物；
(3)将密炼混合物送入开炼机中，在75℃下，打薄2次，得到胶片；
(4)将胶片静置36h后，经冲压获得鞋底造型，经硫化成型，获得具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底。
实施例5
一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底，按重量份计，原料包括以下组分：天然橡胶80份，顺丁橡胶30份，改性芳纶纤维5份，分子量1000的聚异丁烯3份，石蜡油 6份，白炭黑5份；改性芳纶纤维采用实施例3制得的改性芳纶纤维；
上述具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述重量份的改性芳纶纤维、隔离剂、润滑剂投入高速搅拌机中，在10000rpm 的转速下搅拌共混2h，得到纤维预处理物；
(2)将纤维预处理物和所述重量份的天然橡胶、顺丁橡胶混合后放入密炼机密炼，升温至100℃，密炼10min，然后再加入所述重量份的白炭黑，升温至115℃，继续密炼 5min，导出获得密炼混合物；
(3)将密炼混合物送入开炼机中，在80℃下，打薄3次，得到胶片；
(4)将胶片静置48h后，经冲压获得鞋底造型，经硫化成型，获得具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底。
实施例6
一种具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底，按重量份计，原料包括以下组分：天然橡胶75份，顺丁橡胶25份，改性芳纶纤维3份，分子量1000的聚异丁烯2份，石蜡油 4份，白炭黑3.5份；改性芳纶纤维采用实施例3制得的改性芳纶纤维；
上述具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述重量份的改性芳纶纤维、隔离剂、润滑剂投入高速搅拌机中，在8000rpm的转速下搅拌共混1.5h，得到纤维预处理物；
(2)将纤维预处理物和所述重量份的天然橡胶、顺丁橡胶混合后放入密炼机密炼，升温至98℃，密炼7.5min，然后再加入所述重量份的白炭黑，升温至112℃，继续密炼 4min，导出获得密炼混合物；
(3)将密炼混合物送入开炼机中，在78℃下，打薄3次，得到胶片；
(4)将胶片静置40h后，经冲压获得鞋底造型，经硫化成型，获得具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底。
对比例1
一种橡胶鞋底，按重量份计，原料包括以下组分：天然橡胶75份，顺丁橡胶25份，分子量1000的聚异丁烯2份，石蜡油4份，白炭黑3.5份；
上述橡胶鞋底的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述重量份的天然橡胶、顺丁橡胶混合后放入密炼机密炼，升温至98℃，密炼7.5min，然后再加入上述重量份的白炭黑，升温至113℃，继续密炼4min，导出获得密炼混合物；
(2)将密炼混合物送入开炼机中，在78℃下，打薄3次，得到胶片；
(3)将胶片静置40h后，经冲压获得鞋底造型，经硫化成型，获得橡胶鞋底。
对比例2
一种橡胶鞋底，按重量份计，原料包括以下组分：天然橡胶75份，顺丁橡胶25份，市售芳纶纤维3份，分子量1000的聚异丁烯2份，石蜡油4份，白炭黑3.5份；
上述橡胶鞋底的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述重量份的市售芳纶纤维、隔离剂、润滑剂投入高速搅拌机中，在8000rpm的转速下搅拌共混1.5h，得到纤维预处理物；
(2)将纤维预处理物和所述重量份的天然橡胶、顺丁橡胶混合后放入密炼机密炼，升温至98℃，密炼7.5min，然后再加入所述重量份的白炭黑，升温至112℃，继续密炼4min，导出获得密炼混合物；
(3)将密炼混合物送入开炼机中，在78℃下，打薄3次，得到胶片；
(4)将胶片静置40h后，经冲压获得鞋底造型，经硫化成型，获得具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底。
实验例
将实施例4～实施例6制得的具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底与对比例1～对比例 2制得的橡胶鞋底进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1本发明制得的具有阻燃功能的新型高性能橡胶鞋底的鞋底性能测试结果
需要说明的是，在本申请中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种用于汽车减震的橡胶减震垫及其制备工艺