一种高强度耐疲劳橡胶材料及其制备方法与流程

本发明属于橡胶材料，具体涉及一种高强度耐疲劳橡胶材料及其制备方法。

背景技术：

1、天然橡胶属于二烯类橡胶，含有双键，是一种化学反应能力较强的物质，可以与氧元素发生氧化裂解反应，与卤素发生氯化、溴化反应等，光、热、臭氧、辐射等都能促进橡胶的老化，还能够与自由基、氧、臭氧、紫外光及自由基抑制剂反应，并且结构中含有供电甲基，使双键的电子云密度增加，α-h的活性增大，使得天然橡胶更容易反应产生老化，导致橡胶疲劳，性能下降。

2、专利cn103467793a公开了一种汽车轮胎胎侧胶，通过使用细粒子炉黑作为补强剂，提高了胶料的强伸性能，一方面细粒子炉黑具有较高的极性，而天然橡胶的极性较低，在混合时难以相互融合，另一方面细粒子炉黑具有较高的结晶度，而天然橡胶的结晶度较低，这可能导致混合时产生相分离，使得橡胶耐疲劳性能差，强度低。

3、专利cn103665459a公开了一种耐疲劳橡胶，通过增加蜡类物质，迁移到胶料表面，在橡胶和环境中的有害物质之间形成一层物理保护膜，从而起到防护作用；但是该方案表面形成的保护膜会减弱橡胶与载体之间的粘合性能，大大限制了耐疲劳橡胶的应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决如何提升天然橡胶的强度，并提高耐疲劳性能，而提供一种高强度耐疲劳橡胶材料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种高强度耐疲劳橡胶材料，按重量份计，包含以下原料组分：

4、20-25份天然橡胶、50-55份顺丁橡胶、3.5-4份氧化锌、0.5-1.2份硬脂酸、1.5-2份防老剂、1.5-2份惰性材料、2-2.5份烷基苯酚二硫化物、1.5-2份不溶性硫磺、1-1.5份n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、15-20份改性高耐磨炉黑。

5、防老剂为n-异丙基-n’-苯基对苯二胺。

6、惰性材料为2,4,6-三[n-(1,4-二甲基戊基)-对苯二氨基]-1,3,5-三嗪。

7、进一步地，改性高耐磨炉黑由下述步骤制得：

8、将聚乙二醇在去离子水中搅拌溶解，加入4-硝基苯重氮四氟硼酸盐和抗坏血酸，然后加入复合高耐磨炉黑分散液，搅拌反应30-40min，反应完成后经离心、洗涤、真空干燥后，得到改性高耐磨炉黑。

9、进一步地，复合高耐磨炉黑分散液的质量分数为12.5-20％，由复合高耐磨炉黑与去离子水超声分散制得。

10、进一步地，聚乙二醇、去离子水、4-硝基苯重氮四氟硼酸盐、抗坏血酸和复合高耐磨炉黑分散液的用量比为6-8g：40-50ml：0.3-0.4g：0.01-0.02g：50-80ml。

11、进一步地，复合高耐磨炉黑由下述步骤制得：

12、在反应釜中将酸化高耐磨炉黑与甲醇搅拌混合，加入2-氨基对苯二甲酸甲醇溶液，再将zn(no3)2·6h2o与甲醇搅拌混合后加入反应釜中，在25-35℃下球磨1-1.5h，洗涤、真空干燥后得到复合高耐磨炉黑。

13、进一步地，2-氨基对苯二甲酸甲醇溶液的质量分数为10-12.5％。

14、进一步地，酸化高耐磨炉黑、甲醇、2-氨基对苯二甲酸甲醇溶液和zn(no3)2·6h2o的用量比为30-40g：30-50ml：15-25ml：1-1.2g；所述zn(no3)2·6h2o与甲醇的用量比为1-1.2g：20-25ml。

15、进一步地，酸化高耐磨炉黑由下述步骤制得：

16、将高耐磨炉黑与浓硝酸在烧瓶中机械搅拌反应15-20min，过滤、用去离子水洗涤至最后一次洗涤液呈中性，65-75℃下烘干，得到酸化高耐磨炉黑。

17、进一步地，高耐磨炉黑和浓硝酸的用量比为40-50g：300-350ml。

18、一种高强度耐疲劳橡胶材料的制备方法，包括如下步骤：

19、步骤一、在密炼机中将天然橡胶和顺丁橡胶在130-140℃下塑炼后排胶，得到生胶，将生胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂、惰性材料和烷基苯酚二硫化物在90-95℃混炼15-20min后得到第二生胶，向第二生胶中加入改性高耐磨炉黑混炼8-10min，再加入不溶性硫磺和n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，提栓清扫两次，然后升温至110-120℃混炼6-8min然后排胶，再投入开炼机1-1.5mm薄通两次后捣胶2-3min后出片停放。

20、步骤二、将停放的胶在平板硫化机上以150-170℃和15-20mpa的压力进行硫化，硫化时间50-70min，得到高强度耐疲劳橡胶材料。

21、本发明的有益效果：

22、(1)本发明的制备方法通过增加改性高耐磨炉黑增强橡胶材料的强度和耐疲劳性能，通过在高耐磨炉黑表面接枝聚乙二醇提高高耐磨炉黑的分散性和强度，提高高耐磨炉黑对橡胶材料的补强作用，分散性高使得橡胶材料补强填料结构均匀，耐疲劳能力增加，硫化后橡胶材料的交联网络结构稳定，得到的橡胶材料强度高，耐疲劳能力好。

23、(2)本发明通过在高耐磨炉黑表面沉积金属有机骨架，提高了高耐磨炉黑对橡胶材料的补强作用，通过金属有机骨架配体中的氨基与酸化高耐磨炉黑表面的羧基反应提高金属有机骨架与高耐磨炉黑的结合强度，通过聚乙二醇在金属有机骨架表面接枝，从而提升高耐磨炉黑在橡胶材料中的分散性，从而提高改性高耐磨炉黑对橡胶材料的补强作用，提高橡胶材料的强度和耐疲劳性能。

24、(2)本发明通过2,4,6-三[n-(1,4-二甲基戊基)-对苯二氨基]-1,3,5-三嗪和n-异丙基-n’-苯基对苯二胺反应形成胺基官能团，胺基官能团可以与橡胶中的卤素官能团发生化学反应，形成新交联反应，新交联反应引入了新的共价键，连接不同的橡胶链，形成了交联结构，形成了一个更加稳定的分子网络，这种网络结构能够抵抗外部应力和磨损，从而提高橡胶材料的强度和抗疲劳性；

25、(3)本发明选择惰性的非补强填料2,4,6-三[n-(1,4-二甲基戊基)-对苯二氨基]-1,3,5-三嗪和高耐磨炉黑填料，减少了高耐磨炉黑填料的含量，2,4,6-三[n-(1,4-二甲基戊基)-对苯二氨基]-1,3,5-三嗪与橡胶不产生化学结合，不会影响硫化胶的力学性能及耐候性，且在橡胶中有良好的湿润性和分散性，在硬度达标的情况下，降低了橡胶在动态荷载下的生热，提高了提高橡胶的抗疲劳性。

1.一种高强度耐疲劳橡胶材料，其特征在于，按重量份计，包含以下原料组分：

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐疲劳橡胶材料，其特征在于，所述改性高耐磨炉黑由下述步骤制得：

3.根据权利要求2所述的一种高强度耐疲劳橡胶材料，其特征在于，所述聚乙二醇、去离子水、4-硝基苯重氮四氟硼酸盐、抗坏血酸和复合高耐磨炉黑分散液的用量比为6-8g：40-50ml：0.3-0.4g：0.01-0.02g：50-80ml。

4.根据权利要求3所述的一种高强度耐疲劳橡胶材料，其特征在于，所述复合高耐磨炉黑由下述步骤制得：

5.根据权利要求4所述的一种高强度耐疲劳橡胶材料，其特征在于，所述酸化高耐磨炉黑、甲醇、2-氨基对苯二甲酸甲醇溶液和zn(no3)2·6h2o的用量比为30-40g：30-50ml：15-25ml：1-1.2g；所述zn(no3)2·6h2o与甲醇的用量比为1-1.2g：20-25ml。

6.根据权利要求5所述的一种高强度耐疲劳橡胶材料，其特征在于，所述酸化高耐磨炉黑由下述步骤制得：

7.根据权利要求6所述的一种高强度耐疲劳橡胶材料，其特征在于，所述高耐磨炉黑和浓硝酸的用量比为40-50g：300-350ml。

8.根据权利要求1所述的一种高强度耐疲劳橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：