一種高耐磨優異動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料的製作方法

2023-10-28 05:21:37

專利名稱：一種高耐磨優異動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料。
背景技術：
本發明是製備高耐磨、優異動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，用於輪胎、 輸送帶、密封件、活塞環及鞋底等，這類在使用過程中必然產生摩擦與磨損的材料。橡膠的磨耗被認為是一種破壞現象，但它與拉伸試驗和撕裂試驗的情況不同，是由反覆向橡膠材料表面施加摩擦力引起的微小區域的破壞。磨耗是指製品或試樣在實驗室或使用條件下因磨損而改變其重量或尺寸的過程。磨耗性能是橡膠製品的一項非常重要的指標，表徵硫化膠在抵抗摩擦力作用下因表面破壞而使材料損耗的能力。耐磨耗性是一個與橡膠製品使用壽命密切相關的力學性能。提高橡膠製品的耐磨性和使用壽命，可以在節約能源、材料、潤滑劑等方面帶來相當可觀的經濟效益和社會效益。傳統的耐磨材料主要是炭黑，不但可以對橡膠製品起到補強的作用還可以大幅提高耐磨性能，但是由於炭黑本身會對環境產生汙染，而且綠色輪胎的概念一經推出就已經使得炭黑不能夠滿足當今社會對於低碳環保的要求了，因此已經不能算是很好的耐磨材料。新的抗磨損材料發展有二個顯著特點第一是由單一材料向複合材料發展，在材料中加入顆粒、晶須和纖維等增強材料以提高耐磨性；第二是採用近代表面技術製造高性能耐磨損材料。而這兩種方法也存在一些問題，例如加入晶須或者纖維材料雖然可以提高耐磨性能，但是由於材料自身的特點會對製品的力學性能尤其是動態力學性能產生影響，例如說使滾動阻力增大，造成加大的滾動生熱。而表面技術由於需要高新設備因此投入較大，同時產量有限，難以實現大規模生產。為解決這些問題，達到高耐磨性能同時具有優異的動態性能的要求，本發明提出以一種無機納米稀土的純淨物或者多種無機納米稀土的混合物作為耐磨材料，與橡膠材料共混，來製備具有高耐磨性、高模量和優異動態性能的納米稀土無機物/橡膠複合材料。中國專利CN100593M9C公開了以稀土助劑改性橡膠提高橡膠耐磨性的方法，但是由於稀土無機物與橡膠基體的相容性較差，因此在其與聚合物基體的界面處容易出現空隙，這些空隙就是橡膠複合材料內部的缺陷，因此動態性能下降，尤其是動態生熱明顯增加。此外由於這些缺陷的存在容易產生應力集中，當應力集中超過分子鏈的強度，就會產生破壞，因此稀土無機物與橡膠複合材料的耐疲勞性能變差。本發明所涉及的補強及改善耐磨性能的機理是無機納米稀土材料由於在尺寸上是納米級別的，這就奠定了納米填料補強的基本要求，粒徑越小，與橡膠的自由體積相配越好，自身的雜質效應越小，阻礙微裂紋擴展的能力也越高。同時，粒徑越小，比面積越大，表面效應越強，限制橡膠大分子運動的能力和承載效率也越高，因此可以有效改善複合材料的力學性能。同時由於無機納米稀土的吸附補強作用，橡膠分子鏈傾向於強烈地吸附在稀土顆粒的表面上。正是由於這種吸附作用，增加了稀土粒子與橡膠的親合性，從而提高了橡膠的強度。吸附於稀土顆粒表面的橡膠分子鏈有一定活動能力，在應力作用下，能夠在稀土粒子表面產生滑動，使材料中的應力重新分布，避免了應力集中，從而提高了橡膠的力學性能，即提高了橡膠抵抗砂輪切割的能力，從而使其耐磨性提高。另外，由於稀土顆粒本身直接承受了部分載荷，稀土顆粒比橡膠耐磨，所以稀土顆粒可降低體積磨損量。同時無可以切斷了沙拉馬赫條紋的連續性，提高了抵抗砂輪磨粒的扯斷能力，降低了磨粒磨損的作用，使添加了無機納米稀土填料的硫化膠的耐磨性提高。同時由於無機納米稀土粒徑越小，與橡膠的自由體積相配越好，自身的雜質效應越小，比面積越大，表面效應越強，限制橡膠大分子運動的能力和承載效率也越高，因此會大大降低複合材料的滯後損失，因此可以提高材料的動態性能。

發明內容
本發明提出以無機納米稀土填料作為耐磨劑，與高分子材料複合(橡膠)，製備具有高耐磨性、高模量和優異動態性能的納米稀土無機物/橡膠複合材料。在使用無機納米稀土材料時，採取了這一種無機納米稀土的純淨物或者多種無機納米稀土的混合物作為耐磨材料，這樣做具有優良的常規物理機械性能，並實現了高耐磨和複合材料的優異的動態性能。本發明優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料的製備，可使用常用的橡膠加工設備如開煉機、密煉機等。其組成和重量份數為
橡膠50-100無機納米稀土化合物0.5-50
矽烷偶聯劑0.5-30補強填料10-200
氧化鋅0-7硬脂酸0-10
交聯劑0.1-15促進劑0-20
防老劑1-10軟化劑0-30所用的橡膠包括天然橡膠和合成橡膠，合成橡膠主要有三元乙丙橡膠、丁苯橡膠、 丁腈橡膠、丁基橡膠、丙烯酸酯橡膠、順丁橡膠或氫化丁腈橡膠。以下所用無機納米稀土化合物均為納米級粉體。所用稀土元素為鑭系16種元素(鉕除外)。無機納米稀土化合物為稀土氧化物， 稀土氯化物，稀土硫化物，稀土碳酸鹽，稀土硝酸鹽，稀土硫酸鹽，稀土氫化物和稀土氫氧化物。矽烷偶聯劑為雙(三乙氧基矽丙基)四硫化物(3丨69)，雙-(^_(三乙氧基矽)丙基)_ 二硫化物，Ν-(β-氨乙基氨丙基三甲氧基矽烷(ΚΗ7^)，矽氮烷，乙烯基三乙氧基矽烷(Α-151)或Y-氨丙基三乙氧基矽烷(ΚΗ550)。石油系軟化劑為鏈烷烴油、 芳烴油或機械油；合成增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯或環氧大豆油。加入的防老劑為醛-胺反應生成物類，酮-胺反應生成物類，二芳基仲胺類，對苯二胺衍生物類， 取代酚類和防護蠟。交聯劑為硫磺和過氧化物或酚醛樹脂。當交聯劑為硫磺時，加入的促進劑為噻唑類促進劑、次磺醯胺類促進劑、秋蘭姆類促進劑或者嗎啡啉類促進劑。同時還加入重量份數如下的氧化鋅0-7份和硬脂酸0-10份。其中用到的補強填料為白炭黑，炭黑，纖維，粘土以及碳納米管中的一種或兩種以及兩種以上相混合得到的。在複合材料製備過程中，分步將橡膠與助劑、填料、無機納米稀土化合物按上述比例進行混合，再加熱硫化成型即可製得複合材料。具體為在開放式煉膠機上將橡膠包於雙輥，加入助劑(如氧化鋅、硬脂酸)、防老劑、無機納米稀土化合物、補強填料以及偶聯劑，此過程為常溫加工，在強剪切及橡膠高粘度雙重作用下，保證上述物質的高效分散，時間10-40分鐘，此處時間為塑煉時間以及填充填料的時候和混煉時間的總和，塑煉時間一般為0. 5-5分鐘，填充填料的時間與填料量有關，但是與實際操作時間有關難以明確規定，因此不做明確規定，混煉時間也與加入的填料量有關，加入填料多的混煉時間較長，在實施例中做了明確說明，不過總時間控制在10-40分鐘之內。 然後，加入軟化劑、促進劑、交聯劑，而後薄通，獲得最終的複合材料混煉膠。(硫磺及過氧化物這類用於交聯橡膠的交聯劑及促進劑劑在此階段最後添加。)通過滾動阻力的測試我們發現，無機納米稀土化合物的添加不但改善了耐磨性以及力學性能，同時明顯改善了動態性能，試樣輪的動態生熱有明顯下降，這樣我們就製備出高耐磨優異動態性能的納米稀土無機物/橡膠複合材料。 下面結合實施例對本發明作進一步描述。
具體實施例方式實施例中所用到的雙輥開煉機是廣州湛江橡塑機械製造廠生產的，其型號為了IC-725。實施例1 於常溫下，在煉膠機上將100份天然橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、2份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入0. 5份防老劑RD，加入防老劑4010NA為0. 5份，混合2分鐘；再分批加入10份VN3白炭黑和0. 5份的Si69，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化鑭 0. 5份，混煉0. 5分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZl. 5份和硫磺3份，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述促進劑CZ為N-環己基-2-苯駢噻唑次磺醯胺；Si69為雙(三乙氧基矽丙基) 四硫化物；防老劑RD為2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉聚合體(屬於酮-胺反應生成物類防老劑)；防老劑4010NA為N-異丙基-N、-苯基對苯二胺。實施例2 於常溫下，在煉膠機上將100份天然橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、2份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入4份防老劑RD，加入防老劑4010NA為5份以及1份的防護蠟，混合5分鐘；再分批加入50份的VN3白炭黑和10份累託土以及4份的Si69，再加入10 分碳納米管，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鈰10份，混煉5分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZl. 5份、0. 2份的促進劑TT和硫磺3份，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述促進劑TT為二硫化四甲基秋蘭姆；防護蠟是防老劑的一種，起到防臭氧老化，延長使用壽命的作用。
實施例3 於常溫下，在煉膠機上將100份天然橡膠包於雙輥，然後依次加入4份氧化鋅、1份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入4份防老劑MB，加入防老劑445為5份以及4份的防護蠟，混合5分鐘；再分批加入50份的N234炭黑和4份的Si75，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鈰5份、納米氧化釹5份、納米碳酸釓10份、納米氫氧化鑭10份和納米硝酸釤20份， 混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑DMl. 5份、3份的促進劑DTDM和硫磺2份，薄通5 次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述促進劑DM為2、2' - 二硫代二苯並噻唑；促進劑DTDM為4，4，- 二硫代二嗎啡啉；Si75為雙(三乙氧基矽丙基)二硫化物；防老劑MB為2-巰基苯並咪唑；防老劑445 為4，4』 - 二異丙苯基二苯胺。實施例4 於常溫下，在煉膠機上將100份天然橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、1份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入4份防老劑MB，加入防老劑445為5份以及4份的防護蠟， 混合5分鐘；再分批加入90份的A200白炭黑和30份的Si75，然後加入10份芳綸漿粕纖維，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鏑4份、納米碳酸鑭5份、納米硫酸鋱16份，混煉 10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑DMl. 5份、3份的促進劑DTDM和硫磺2份，薄通15次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例5 於常溫下，在煉膠機上將50份乙丙橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、2份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入1份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入50份的N330炭黑和 4份的A151，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鈰5份，混煉2分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺6份，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉 5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述的A151為乙烯基三乙氧基矽烷。實施例6 於常溫下，在煉膠機上將50份乙丙橡膠包於雙輥，然後加入10份的N234炭黑和 1. 2份的A151，然後混合5分鐘，然後加入防護蠟5份，並加入納米氧化鈰5份、納米氧化釹 5份、納納米碳酸鐠10份、納米氫氧化鑭10份、納米硝酸鈥10份、納米硫酸鈧10份，期間分批加入2份石蠟油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入過氧化二異丙苯2份，混煉5分鐘， 然後薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述的石蠟油(也稱液體石蠟)為一種直鏈烷烴油類軟化劑。實施例7 於常溫下，在煉膠機上將50份乙丙橡膠包於雙輥，然後依次加入7份氧化鋅、1份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入1份的防護蠟和2份防老劑4010NA，混合2分鐘；再分批加入10份的芳綸漿粕纖維和10份的KH792，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鑭5份、納米碳酸釔2份和10份納米氫氧化銩，混煉2分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZl. 5份、1 份的促進劑D和硫磺6份，混煉2分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述的促進劑D為二苯胍，矽烷偶聯劑KH792為^⑶-氨乙基)-^ -氨丙基三甲氧基矽烷。實施例8 於常溫下，在煉膠機上將50份乙丙橡膠包於雙輥，然後加入50份的VN3白炭黑和 10份蒙脫土以及5份的A151，然後再加入10份碳納米管，然後混合5分鐘，然後加入防護蠟5份，並加入納米氧化鈰5份、納米氧化釹5份、納米碳酸鐠10份、納米氫氧化鑭10份、 納米硝酸鈥10份，期間分批加入30份石蠟油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入過氧化二異丙苯5份，混煉5分鐘，然後薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例9 於常溫下，在煉膠機上將丙烯酸酯橡膠包於雙輥，加入50份N330炭黑和1. 5份的 KH550，混合10分鐘，然後分批加入納米氧化鈰5份、納米氧化釹5份、納米碳酸釤10份、 納米氫氧化鑭10份、納米硝酸鑥10份和納米硫酸鈧10份，期間分批加入20份鄰苯二甲酸二丁酯，混合20分鐘，再加入1份三乙撐四胺，混合2分鐘；最後於開煉機中加入硫磺2份， 混合1分鐘後，並薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述的KH550為γ -氨丙基三乙氧基矽烷。實施例10 於常溫下，在煉膠機上將丙烯酸酯橡膠包於雙輥，加入20份Ν330炭黑和10份蒙脫土以及5份的ΚΗ792，混合5分鐘，然後加入納米氧化釕20份，期間分批加入15份鄰苯二甲酸二丁酯，混合20分鐘，再加入1份三乙撐四胺，混合2分鐘；最後於開煉機中加入硫磺 5份，混合1分鐘後，並薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例11 於常溫下，在煉膠機上將80份丁腈橡膠包於雙輥，然後依次加入3份氧化鋅、2份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入2份的防護蠟、2份防老劑RD和2份防老劑4010ΝΑ，混合2 分鐘；再分批加入50份的VN3白炭黑和2. 5份的ΚΗ550，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鈰0. 5份，期間同時加入30份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉2分鐘，最後於開煉機中加入促進劑DM2份、1份的促進劑D和硫磺4份，混煉2分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例12 於常溫下，在煉膠機上將80份丁腈橡膠包於雙輥，然後依次加入3份氧化鋅、0. 5 份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入2份的防護蠟、3份防老劑RD和3份防老劑4010ΝΑ，混合 2分鐘；再分批加入50份的VN3白炭黑和2. 5份的ΚΗ550，再加入10份碳納米管，然後混合 10分鐘，然後加入納米氧化鈰5份、納米氯化釹5份、納米碳酸釤10份、納米硝酸鑥10份、 納米氫氧化鑭10份和納米硫酸鈧10份，期間分批加入30份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑DM3份、2份的促進劑D和硫磺6份，混煉2分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例13 於常溫下，在煉膠機上將80份丁腈橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、10份硬脂酸，混合1分鐘；再加入2份的防護蠟、3份防老劑RD和3份防老劑4010NA，混合2分鐘；再分批加入50份的N234炭黑和10份蒙脫土以及2. 5份的KH792，然後混合10分鐘， 然後加入納米氧化鈰15份、納米氯化釹15份、納米碳酸釤5份、納米硝酸鑥5份、納米硫化鑭5份和納米硫酸鋱5份，期間分批加入30份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑DM5份、15份的促進劑DTDM和硫磺0. 1份，混煉5分鐘，薄通5次出片， 而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例14 於常溫下，在煉膠機上將80份丁腈橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、10份硬脂酸，混合1分鐘；再加入2份的防護蠟、3份防老劑RD和3份防老劑4010NA，混合2分鐘；再分批加入200份的N330炭黑和2. 5份的KH550，然後混合15分鐘，然後加入納米氧化釤15份，期間同時加入30份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉5分鐘，最後於開煉機中加入促進劑DM3份、5份的促進劑DTDM和硫磺1份，混煉5分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例15 於常溫下，在煉膠機上將70份氰化丁腈橡膠包於雙輥，然後加入10份累託石和30 份的A200白炭黑以及2. 5份的KH550，再加入10份芳綸短切纖維，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鈰15份、納米氯化釹15份、納米碳酸釤5份、納米硝酸鑥5份、納米硫化鑭5 份和納米硫酸鋱5份，期間分批加入2份環氧大豆油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入酚醛樹脂15份，混煉2分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例16 於常溫下，在煉膠機上將70份氰化丁腈橡膠包於雙輥，然後加入190份的N234炭黑和3份的KH792，然後再加入10份碳納米管，然後混合20分鐘，然後加入納米氧化釤15 份，期間同時加入2份環氧大豆油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入酚醛樹脂15份，混煉 2分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例17 於常溫下，在煉膠機上將70份氰化丁腈橡膠包於雙輥，然後加入10份蒙脫土和50 份的A200白炭黑以及3份的矽氮烷，再加入10份芳綸漿粕纖維，然後混合10分鐘，然後加入納米碳酸鈰1份，期間同時加入2份環氧大豆油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入酚醛樹脂15份，混煉2分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。。實施例18 於常溫下，在煉膠機上將70份氰化丁腈橡膠包於雙輥，然後加入50份的A200白炭黑和4份的KH550，然後混合10分鐘，然後加入納米氧化鈰5份、納米氯化釹5份、納米碳酸釤10份、納米氫氧化鑭10份、納米硝酸鑥10份和納米硫酸鈧10份，期間分批加入20 份環氧大豆油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入過氧化二異丙苯2份，混煉2分鐘，薄通 5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例19 於常溫下，在煉膠機上將100份丁苯橡膠包於雙輥，然後依次加入4份氧化鋅、3份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入3份防老劑RD，加入防老劑4010NA為3份以及2份的防護蠟，混合5分鐘；再分批加入10份累託石和40份的N330炭黑以及2. 5份的A151，然後混合10分鐘，然後加入納米硝酸鑭15份，期間分批加入30份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉5分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺10份，混煉3分鐘，薄通 5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例20 於常溫下，在煉膠機上將100份丁苯橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、2份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入2份防老劑沈4，加入防老劑4010NA為2份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入50份的N234炭黑和2. 5份的A151，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化鈰15份、納米氯化釹15份、納米碳酸釤5份、納米硫化鑭5份、納米硝酸鑥5份和納米硫酸鋱5份，期間分批加入30份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺4份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4 小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述的防老劑沈4為2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚實施例21:於常溫下，在煉膠機上將100份丁苯橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、3份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入1份防老劑D，加入防老劑4010NA為2份以及2份的防護蠟， 混合2分鐘；再分批加入50份的VN3白炭黑和2. 5份的Si69，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化鈰5份，期間同時加入10份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉5分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺4份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時， 然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述的防老劑D為N-苯基-2-萘胺。實施例22 於常溫下，在煉膠機上將90份丁基橡膠包於雙輥，然後依次加入4份氧化鋅、3份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入3份防老劑RD，加入防老劑4010NA為3份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入50份的N234炭黑和2. 5份的A151，然後混合5分鐘，然後加入納米硝酸釤15份，期間分批加入30份芳烴油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑 CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺2份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例23 於常溫下，在煉膠機上將90份丁基橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、1份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入2份防老劑RD，加入防老劑4010NA為2份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入40份的N330炭黑和2. 5份的Si75，然後再加入10份碳納米管，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化釓15份、納米氯化釹15份、納米碳酸釤5份、納米硫化鑭5份、納米氫氧化釔5份和納米硫酸鋱5份，期間分批加入10份芳烴油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺4份，混煉3分鐘，薄通5 次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例M 於常溫下，在煉膠機上將90份丁基橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、2份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入1份防老劑AH，加入防老劑4010NA為2份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入50份的VN3白炭黑和2. 5份的Si75，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化鈰5份，期間分批加入30份環烷油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑 CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺4份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。所述的防老劑AH為3-羥基丁醛-α -萘胺實施例25:於常溫下，在煉膠機上將100份順丁橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、3 份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入1份防老劑D，加入防老劑4010ΝΑ為2份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入50份的VN3白炭黑和2. 5份的Si69，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化鈰5份，期間分批加入10份鄰苯二甲酸二辛酯，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺4份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4 小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例沈於常溫下，在煉膠機上將100份順丁橡膠包於雙輥，然後依次加入4份氧化鋅、3份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入3份防老劑RD，加入防老劑4010NA為3份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入20份的VN3白炭黑和20份蒙脫土以及2. 5份的A151，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化釤50份，期間分批加入30份芳烴油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺10份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例27 於常溫下，在煉膠機上將100份順丁橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、1份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入2份防老劑RD，加入防老劑4010NA為2份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入20份的VN3白炭黑和2. 5份的Si75，然後混合2分鐘，然後加入納米氧化釓15份、納米氯化釹15份、納米碳酸釤5份、納米硫化鑭5份、納米氫氧化釔5 份和納米硫酸鋱5份，期間分批加入10份芳烴油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺10份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例28 於常溫下，在煉膠機上將100份順丁橡膠包於雙輥，然後依次加入5份氧化鋅、2 份硬脂酸，混合0. 5分鐘；再加入1份防老劑D，加入防老劑4010NA為2份以及2份的防護蠟，混合2分鐘；再分批加入20份N2;34炭黑和20的累託石以及4份的Si69，再加入10份尼龍短切纖維，然後混合5分鐘，然後加入納米氧化鑭15、納米氯化鋱15份、納米碳酸鑥5 份、納米氫氧化釓5份、納米硝酸鐿5份和納米硫酸滴5份，期間分批加入30份環烷油，混煉10分鐘，最後於開煉機中加入促進劑CZ2份、0. 2份的促進劑TT和硫磺4份，混煉3分鐘，薄通5次出片，而後停放4小時，然後返煉5分鐘並硫化成型得到複合材料。實施例的性能對比，未添加納米稀土無機物的對比例的配方與實施例所用配方相同只是沒有添加納米稀土無機物。其性能對比如下
權利要求
1. 一種優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其基體材料為橡膠，其中各組成和重量份數為橡膠50-100無機納米稀土化合物0.5-50矽烷偶聯劑0.5-30補強填料10-200氧化鋅0-7硬脂酸0-10交聯劑0.1-15促進劑0-20防老劑1-10軟化劑0-30其中所用的稀土元素為鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥，共16 種元素；稀土元素在耐磨劑中以無機化合物的形式存在，所說的稀土無機化合物為稀土氧化物，稀土氯化物，稀土硫化物，稀土碳酸鹽，稀土硝酸鹽，稀土硫酸鹽，稀土氫化物或稀土氫氧化物；所有這些稀土無機物均為納米無機物。
2.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是橡膠為天然橡膠或合成橡膠，合成橡膠有三元乙丙橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、丙烯酸酯橡膠、順丁橡膠或氫化丁腈橡膠。
3.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是所用到的稀土無機化合物中的稀土元素，是16種稀土元素中的一種，兩種或者兩種以上相混合得到的，兩種或者兩種以上混合時是以任意比例混合的。
4.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是補強填料為白炭黑，炭黑，纖維，粘土以及碳納米管中的一種或兩種以及兩種以上相混合得到的。
5.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是當交聯劑為硫磺時，所加入的促進劑為噻唑類促進劑、胍類促進劑、嗎啡啉類促進劑、 次磺醯胺類促進劑或秋蘭姆類促進劑。
6.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是所說的交聯劑為硫磺、過氧化物或酚醛樹脂。
7.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是所說的矽烷偶聯劑為雙(三乙氧基矽丙基)四硫化物，雙-(Y-(三乙氧基矽)丙基)-二硫化物，N- ( β -氨乙基)-γ -氨丙基三甲氧基矽烷，矽氮烷，乙烯基三乙氧基矽烷或Y-氨丙基三乙氧基矽烷。
8.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是所說的防老劑為醛-胺反應生成物類，酮-胺反應生成物類，二芳基仲胺類，對苯二胺衍生物類，取代酚類和防護蠟。
9.根據權利要求1所說的優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料，其特徵是所說的軟化劑為石油系軟化劑鏈烷烴油、芳烴油或機械油；或合成增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯或環氧大豆油。
全文摘要
本發明製備了一種優異耐磨與動態性能納米稀土無機物/橡膠複合材料。本發明採用機械共混的方法，製備了一種納米稀土無機物與橡膠材料的複合材料。納米稀土無機物與橡膠複合之後不但可以提供較高的模量，提高橡膠複合材料的力學性能，還可以通過納米稀土無機物自身的高強度來起到阻斷磨耗條紋達到分散應力的目的來提高耐磨性能，並且可以利用稀土材料特有的表面光滑特性來改善複合材料的內摩擦，起到降低內耗降低滾動阻力的目的。本發明製備的材料兼具提高模量，提高力學性能的同時還可以大幅度降低磨耗，降低內摩擦降低滾動阻力，可廣泛用於輪胎、輸送帶、密封件、活塞環及鞋底等材料中。
文檔編號C08K3/28GK102516608SQ201110344249
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者劉力, 張法忠, 溫世鵬 申請人:北京化工大學