一种超耐磨橡胶材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于橡胶，具体涉及一种超耐磨橡胶材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、橡胶软管常用于各种场合，输送各种液体、气体和固体介质。有些应用环境中，橡胶软管在地上来回摩擦(如汽车加油胶管，洗车管等)，或者橡胶软管与周围的设备之间产生摩擦(如工程机械胶管)。这就要求橡胶软管的外胶层应具有耐老化、耐磨等特点，以保护内部的软管增强层不受损坏。一旦橡胶软管的外胶层被磨损失去保护功能，裸漏出的钢丝或者其他增强层很容易被氧化、锈蚀，导致橡胶软管泄露，管体失效。因此，提高橡胶软管外胶层的耐磨性对延长橡胶软管使用寿命具有重大意义。

3、目前常用作橡胶软管外胶的胶种有：氯丁橡胶(cr)、氯化聚乙烯橡胶(cpe)、氯磺化聚乙烯橡胶(csm)、丁腈/聚氯乙烯合金橡胶(nbr/pvc)、乙丙橡胶(epdm)等，这些橡胶具有良好的耐天候老化性能，但耐磨性能有限，其中耐磨性最好的为nbr/pvc橡胶，按照iso6945标准检测，在50牛的负载下磨耗2000次，其磨耗质量损失可以做到0.3g，但此耐磨性能仍无法满足部分使用环境，需要进一步提高。

4、专利cn110486545a公开了一种耐高温耐磨耐划伤的大口径软管，其使用羧基丁腈橡胶和丁腈橡胶共同聚合以及聚氯乙烯pvc作为基料，通过与其他助剂混炼、硫化得到一种耐高温耐磨耐划伤的大口径软管，根据iso6945:1991进行胶管的磨耗性能测试，在50牛的负载下磨耗2000次，其磨耗质量损失可以做到0.04g。但是该方案所得胶料的耐磨性依赖羧基丁腈橡胶的添加量，而羧基丁腈橡胶含量大，成本高，这限制了羧基丁腈橡胶在橡胶软管中的应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超耐磨橡胶材料及其制备方法与应用，本发明提供的超耐磨橡胶材料按照iso 6945标准检测，50n负载磨耗2000次质量损失小于0.05g，作为橡胶软管外胶层使用时，可大幅提高耐磨要求苛刻的橡胶软管的使用寿命。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、本发明的第一个方面，提供一种超耐磨橡胶材料，以重量份计，由如下组分组成：

4、羧基丁腈橡胶(xnbr)40-70份，丁腈橡胶(nbr)0-35份，聚氯乙烯(pvc)20-30份，炭黑330 40-80份，增塑剂15-35份，硬脂酸1-2份，防老剂3-10份，白炭黑15-30份，硫化剂1-9份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1-3份，氧化锌2-6份；

5、所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(dop)、癸二酸二辛酯(dos)或己二酸二丁基二甘酯(tp95)中的一种；

6、所述防老剂为防老剂rd、防老剂4010na、防老剂445或防老剂mbz中的至少两种；

7、所述硫化剂为硫磺和过氧化二异丙苯(dcp)中的至少一种；

8、所述超耐磨橡胶材料按照iso 6945标准检测，50n负载磨耗2000次质量损失小于0.05g。

9、羧基丁腈橡胶，简称xnbr，由丁二烯、丙烯腈和有机酸(丙烯酸、甲基丙烯酸等)三元共聚而成，相对密度0.98～0.99。羧基丁腈橡胶中引入的羧基增加丁腈橡胶的极性，增大丁腈橡胶与pvc和酚醛树脂的相容性，赋予其高强度、良好的粘接性和耐老化性，改进了耐磨性和撕裂强度，进一步提高耐油性。羧基丁腈橡胶的拉伸强度为25.5-26.5mpa，扯断伸长率为150％-380％，撕裂强度为51.0～55.9kn/m。

10、本发明将xnbr与nbr、pvc并用，将xnbr应用与橡胶软管外胶层，充分发挥xnbr耐磨、耐撕裂、高强度的优势，赋予橡胶软管超耐磨的性能，大幅提高橡胶软管的使用寿命；xnbr与pvc相容性良好，xnbr并用pvc后，赋予外胶层良好的耐老化性能；xnbr可采用氧化物硫化体系(氧化锌)、硫磺硫化体系和过氧化物硫化体系中的两种或三种复合体系硫化，赋予外胶层更优异的耐磨、耐撕裂、耐热、耐老化性能；xnbr与nbr相容性良好，两者并用后，可在满足磨耗性能的前提下适当降低成本。

11、本发明采用的白炭黑为高补强性的白碳黑，其为橡胶配方提供高硬度、高扯断强度、高撕裂强度和高耐磨性。通过xnbr与高补强性白炭黑的使用，两者协同提高了所得超耐磨橡胶材料的耐磨性。

12、在本发明的一些实施例中，所述硫化剂为硫磺和过氧化二异丙苯(dcp)。本发明采用氧化物硫化体系(氧化锌)、硫磺硫化体系和过氧化物硫化体系三种复合体系进行硫化，能够赋予外胶层更优异的耐磨、耐撕裂、耐热、耐老化性能。

13、优选的，以重量份计，硫磺1-3份，过氧化二异丙苯4-5份。

14、在本发明的一些实施例中，所述超耐磨橡胶材料由如下组分组成：

15、羧基丁腈橡胶50份，丁腈橡胶20份，聚氯乙烯30份，炭黑330 60份，邻苯二甲酸二辛酯20份，硬脂酸1.2份，防老剂rd 2份，防老剂4010na 3份，白炭黑20份，硫磺1.5份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.8份，氧化锌4份。

16、在本发明的一些实施例中，所述超耐磨橡胶材料由如下组分组成：

17、羧基丁腈橡胶40份，丁腈橡胶35份，聚氯乙烯25份，炭黑330 70份，癸二酸二辛酯25份，硬脂酸1.5份，防老剂rd 1.5份，防老剂4010na 2份，防老剂445 2份，白炭黑15份，硫磺2份，过氧化二异丙苯4份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份，氧化锌3份。

18、在本发明的一些实施例中，所述超耐磨橡胶材料还包括0.5-2份稳定剂，所述稳定剂为硫醇锡稳定剂。

19、硫醇锡稳定剂可改善pvc的力学性能、耐热性、光稳定性和耐腐蚀性，该稳定剂的加入可提高羧基丁腈橡胶和pvc共混材料的耐老化性能。

20、在本发明的一些实施例中，所述超耐磨橡胶材料由如下组分组成：

21、羧基丁腈橡胶60份，丁腈橡胶20份，聚氯乙烯20份，炭黑330 70份，己二酸二丁基二甘酯30份，硬脂酸1.5份，防老剂rd 2.5份，防老剂mbz 3份，防老剂445 3份，白炭黑30份，硫磺2份，过氧化二异丙苯5份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份，氧化锌6份，硫醇锡0.8份。

22、在本发明的一些实施例中，所述超耐磨橡胶材料由如下组分组成：

23、羧基丁腈橡胶70份，pvc 30份，炭黑330 80份，己二酸二丁基二甘酯30份，硬脂酸1份，防老剂rd 2份，防老剂mbz 4份，防老剂445 3份，白炭黑20份，硫磺2.5份，过氧化二异丙苯4份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.5份，氧化锌5份，硫醇锡0.5份。

24、本发明的第二个方面，提供一种第一个方面所述的超耐磨橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

25、将羧基丁腈橡胶、丁腈橡胶、聚氯乙烯进行第一次混炼，然后加入硬脂酸、防老剂、炭黑和增塑剂进行第二次混炼，得到混炼胶料，冷却，将混炼胶料与硫化剂、n-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、氧化锌进行第三次混炼，硫化成型，得到超耐磨橡胶材料。

26、在本发明的一些实施例中，所述第一次混炼的温度为150-160℃，第一次混炼的时间为3-5min。第一次混炼是在密炼机中进行的。第一次混炼过程中，羧基丁腈橡胶、丁腈橡胶和pvc均匀地分散到一起。

27、在本发明的一些实施例中，所述第二次混炼为先加入硬脂酸、防老剂在130-150℃下混炼2-3min；然后加入炭黑总量的一半，130-150℃下混炼2-3min；再加入增塑剂和剩余炭黑，130-150℃下混炼2-3min。由于炭黑粒径较细，分多次添加能够使炭黑在混炼胶中分散均匀。

28、第二次混炼是在密炼机中进行的。第二次混炼过程中，生胶与各种配合及能够混炼均匀，进一步提高耐磨性能。

29、其中，稳定剂硫醇锡与硬脂酸、防老剂一起加入。

30、在本发明的一些实施例中，所述第三次混炼的温度为90-120℃，第三次混炼的时间为1-1.5min。第三次混炼是在密炼机中进行的。

31、在本发明的一些实施例中，混炼胶料开炼挤压4-5遍，下片后冷却，停放20-30h后进行第三次混炼。开炼挤压是在开炼机中进行的，在开炼机中的挤压过程中，混炼胶料不断变成厚度极薄的胶片，使各种材料混炼非常均匀。

32、在本发明的一些实施例中，所述硫化成型的温度为150-153℃，所述硫化成型的压力为0.45-0.48mpa。

33、在本发明的一些实施例中，所述第三次混炼结束后，所得胶料开炼挤压4-5遍，下片，得到超耐磨橡胶材料。开炼挤压是在开炼机中进行的，在开炼机中的挤压过程中，混炼胶料不断变成厚度极薄的胶片，使各种材料混炼非常均匀。

34、本发明的第三个方面，提供一种第一个方面所述的超耐磨橡胶材料或第二个方面所述的制备方法所制备的超耐磨橡胶材料作为橡胶软管外胶的应用。本发明提供的超耐磨橡胶材料按照iso 6945标准检测，50n负载磨耗2000次质量损失小于0.05g，因此其作为橡胶软管外胶使用时，可大幅提高橡胶软管的使用寿命。

35、本发明的有益效果为：

36、与现有技术相比，本发明首次将xnbr应用于橡胶软管外胶层中，将xnbr与nbr、pvc并用，充分发挥xnbr耐磨、耐撕裂、高强度的优势，赋予橡胶软管超耐磨的性能，大幅提高橡胶软管的使用寿命；xnbr与pvc相容性良好，xnbr并用pvc后，赋予外胶层良好的耐老化性能；xnbr可采用氧化物硫化体系(氧化锌)、硫磺硫化体系和过氧化物硫化体系中的两种或三种复合体系硫化，赋予外胶层更优异的耐磨、耐撕裂、耐热、耐老化性能；xnbr与nbr相容性良好，两者并用后，可在满足磨耗性能的前提下适当降低成本。本发明的超耐磨橡胶材料在低xnbr用量的情况下，按照iso 6945标准检测，50n负载磨耗2000次质量损失可达0.028g，耐磨性远高于现有耐磨橡胶材料，打破耐磨性对xnbr用量的依赖，在降低生产成本的同时保证耐磨性，作为橡胶软管的外胶层使用，大幅提高了橡胶软管的耐磨性能，大幅提高耐磨要求苛刻的橡胶软管的使用寿命。