一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料及其制備方法，首先，在125℃下將氯磺化聚乙烯橡膠、對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂、硅藻土和芳綸漿粕加入密煉機(jī)中進(jìn)行混煉，制成氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿粕預(yù)混料；然后在開煉機(jī)上將三元乙丙橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿粕預(yù)混料、補(bǔ)強(qiáng)填充劑、硫化活性劑、硫化劑及助硫化劑混煉成混煉膠。最后將混煉膠在170℃下進(jìn)行硫化，從而得到一種耐二甲醚橡膠復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明材料具有良好的耐二甲醚燃料性能和力學(xué)性能，且制備方法簡便、制備成本低、加工工藝性能良好、易進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，該橡膠復(fù)合材料可用于制造二甲醚發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的橡膠配件。
【專利說明】一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高分子復(fù)合材料的制備方法，特別是一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為理想的發(fā)動機(jī)清潔燃料，二甲醚(DME)具有無煙燃燒、氮氧化物排放低、燃燒噪聲小、熱效率高、不析碳、無殘液等優(yōu)勢，引起了人們的極大興趣，相關(guān)研究正在不斷深入和加強(qiáng)。
[0003]DME是一種極性、滲透性和揮發(fā)性較強(qiáng)的低分子量醚類有機(jī)化合物，對于金屬材料無腐蝕性，但它可溶解或溶脹某些聚合物材料，使其力學(xué)性能下降，尤其是對橡膠類聚合物的性能影響更甚。另外，作為發(fā)動機(jī)燃料還要給其中添加一些其他成分，如:潤滑、抗爆添加劑等。因而，二甲醚燃料不僅是單一的極性化合物成分，也含有一些非極性的成分，這將給二甲醚發(fā)動機(jī)系統(tǒng)用橡膠材料帶來很大的問題。于是，人們針對耐二甲醚燃料的橡膠材料開展了許多探索性研究工作，但現(xiàn)有文獻(xiàn)對橡膠材料耐二甲醚燃料的性能報道始終沒有統(tǒng)一的認(rèn)識° 例如:Sorenson [Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,2001,123(7) =652-658]認(rèn)為三元乙丙橡膠(EPDM)和全氟醚橡膠可以耐受二甲醚的侵蝕；Hashimoto 等[The Society of Rubber Industry, 2005, 78 (3):111-118]則認(rèn)為 EPDM 完全不能使用，丁基橡膠(IIR)對DME的耐受性能最好，丁腈橡膠(NBR)、硅橡膠(SIR)勉強(qiáng)可以使用；吳寧等人[上海交通大學(xué)學(xué)報，2006，40 (8) =1257-1260]對10種橡膠樣品進(jìn)行了耐二甲醚介質(zhì)實驗，認(rèn)為EPDM材料的性能較好；李根寶等人[西安交通大學(xué)學(xué)報，2005，39(3) =317-320]也對多種橡膠材料進(jìn)行了耐二甲醚燃料的性能試驗，結(jié)果又認(rèn)為氟硅橡膠材料性能較為理想。
[0004]盡管諸如此類的研究工作仍在繼續(xù)，但到目前為止將除全氟醚橡膠材料之外的其他橡膠材料用于二甲醚燃料發(fā)動機(jī)的橡膠配件，尤其是橡膠密封件，似乎人們還沒有充分的把握和信心。全氟醚橡膠是由全氟甲基乙烯基醚、四氟乙烯與全氟烯丙基醚三元共聚得到的一類彈性體，可耐特殊化學(xué)藥品。然而全氟醚橡膠除價格十分昂貴之外，其化學(xué)結(jié)構(gòu)特性決定了該橡膠材料的耐低溫性能，特別是加工工藝性能差，作為工業(yè)化用途來使用有很大的局限性。所以，研制一種具有工業(yè)化應(yīng)用價值的耐二甲醚燃料橡膠復(fù)合材料，將是一項十分重大和有意義的工作。通過特殊的配合體系和加工工藝技術(shù)將橡膠基體與短纖維進(jìn)行有效復(fù)合，無疑是一種制備簡便、成本低廉、工藝過程可控、易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的理想途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，該材料的原料包括以下質(zhì)量份的組分:
[0007]三元乙丙橡膠100~130份，
[0008]氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料10-30份，
[0009]補(bǔ)強(qiáng)填充劑60~80份，
[0010]硫化活性劑3~6份，
[0011]助硫化劑1.0~1.5份，
[0012]硫化劑2.0~3.0份。
[0013]所述的氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料由氯磺化聚乙烯橡膠40質(zhì)量份、對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂10質(zhì)量份、硅藻土 10質(zhì)量份和芳綸漿柏40質(zhì)量份混合而成。
[0014]所述的氯磺化聚乙烯橡膠的生膠門尼粘度為1^1+41(^=30~45 ;所述的芳綸漿柏的纖維長度為0.85~L 19mm，含水量5.0~IIwt%。
[0015]所述的三元乙丙橡膠為充油生膠與高乙烯含量生膠并用，二者并用質(zhì)量比為1:1~1.0:1.5 ;其中，充油生膠門尼粘度為ML1+412re=40~50，石蠟油充油量為100% ;高乙烯含量生膠的生膠門尼粘度為ML1+412re=70~80，乙烯含量為65~70%。
[0016]所述的硫化活性 劑為質(zhì)量比為5:1的氧化鋅和硬脂酸的混合物。
[0017]所述的補(bǔ)強(qiáng)填充劑為質(zhì)量比為3:4的快壓出炭黑和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑的混合物。
[0018]所述的硫化劑為過氧化二異丙苯。
[0019]所述的助硫化劑為三烯丙基異氰脲酸酯。
[0020]一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟，以下原料均以質(zhì)量份表示:
[0021](I)將40份氯磺化聚乙烯橡膠和10份的對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂加入到密煉機(jī)里，在125°C的混煉溫度和35~60rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下，混煉2~4分鐘后，再分3~5次交替將10份硅藻土和40份芳綸漿柏加入其中并混煉8~10分鐘，混煉而成氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料；
[0022](2)然后在常溫下用開煉機(jī)將100~130份三元乙丙橡膠，10-30份氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料，60~80份補(bǔ)強(qiáng)填充劑，3~6份橡膠硫化活性劑，1.0~1.5份助硫化劑和2.0~3.0份的硫化劑混煉，并充分薄通5~7次，即得到橡膠復(fù)合材料混煉膠；最后用平板硫化機(jī)對混煉膠進(jìn)行硫化，硫化溫度為170°C，硫化時間為15~20分鐘，硫化壓力為10~20MPa，經(jīng)過硫化后得到一種耐二甲醚燃料橡膠復(fù)合材料。
[0023]本發(fā)明的目的是利用一種簡便易行、成本低、可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的方法來制備耐二甲醚燃料橡膠復(fù)合材料，從而滿足二甲醚發(fā)動機(jī)系統(tǒng)橡膠配件的使用要求。該方法首先將芳綸漿柏、對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂、氯磺化聚乙烯橡膠和硅藻土混煉成預(yù)混料，再按照配方將其與三元乙丙橡膠、補(bǔ)強(qiáng)填充劑、硫化活性劑、硫化劑和助硫化劑進(jìn)行共混得到混煉膠，然后通過熱壓硫化成橡膠復(fù)合材料。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在制備耐二甲醚燃料橡膠復(fù)合材料時，首先將芳綸漿柏、對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂、氯磺化聚乙烯橡膠和硅藻土在高溫下混煉，利用硅藻土對芳綸漿柏的隔離分散作用，將芳綸漿柏預(yù)分散在對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂和氯磺化聚乙烯橡膠組成的高增粘體系中，以改善芳綸漿柏纖維在橡膠基體中的分散性，同時通過氯磺化聚乙烯橡膠/對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂高增粘體系對芳綸漿柏纖維表面的預(yù)處理，增強(qiáng)芳綸漿柏纖維與橡膠基體之間的界面結(jié)合力，進(jìn)而提高橡膠復(fù)合材料的耐二甲醚燃料性能和力學(xué)性能。
[0025]本發(fā)明所用原材料均為工業(yè)化材料，來源廣泛；制備工藝簡便，加工設(shè)備為橡膠工業(yè)的通用機(jī)械裝備，加工過程的工藝控制簡單，不需要特殊的危險品生產(chǎn)管理和環(huán)保措施。所以，具有較強(qiáng)的工業(yè)化應(yīng)用優(yōu)勢。
【具體實施方式】
[0026]以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而非限制本發(fā)明的范圍。
[0027]以下實施例中使用的充油三元乙丙橡膠生膠牌號為EPT4969，ML1+4125℃=43,充100%石蠟油；高乙烯含量三元乙丙橡膠生膠牌號為EPDM4770R，乙烯含量為70%，ML1+4125r =70 ;氯磺化聚乙烯橡膠生膠牌號為Hypalon-20，氯含量為29 %，ML1+41(lcrc =30。
[0028]以下實施例中使用的芳綸漿柏纖維長度為0.85~1.19mm，含水量為5.0~11%。
[0029]以下實施例中使用的對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂牌號為AD-2000，軟化點為120~140℃。
[0030]以下實施例中使用的氧化鋅和硬脂酸、快壓出炭黑(N-550)、半補(bǔ)強(qiáng)炭黑(N-770)、過氧化二異丙苯(DCP)、三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)以及硅藻土均為市售橡膠配合劑。
[0031]實施例1~5:
[0032]首先將將40份Hypalon-20和10份的AD-2000加入到密煉機(jī)里，在125°C的混煉溫度和45rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下混煉4分鐘后，再分3~5次交替將10份娃藻土和40份芳纟侖衆(zhòng)柏加入其中并混煉10分鐘，混煉而成氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料(預(yù)混料)。
[0033]然后按表-1中實施例1~5的配方，在常溫下用開煉機(jī)將三元乙丙橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料、炭黑、氧化鋅、硬脂酸、TAIC和DCP混煉，并薄通5次，即得到橡膠復(fù)合材料混煉膠；最后用平板硫化機(jī)對混煉膠進(jìn)行硫化，硫化溫度為170°C，硫化時間為15分鐘，硫化壓力為15MPa，經(jīng)過硫化后得到一種耐二甲醚燃料橡膠復(fù)合材料。
[0034]按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T531.1-2008測試所得復(fù)合材料試樣的硬度；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009和GB/T529-2008測試所得復(fù)合材料試樣的力學(xué)性能；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T1690-2010測試所得復(fù)合材料試樣的耐二甲醚燃料性能。以上所測性能結(jié)果均列于表-2中。
[0035]對比例I~3:按照表-1中對比例I~3的配方，用開煉機(jī)進(jìn)行膠料混煉，試樣硫化條件和性能測試方法同實施例1~5相同，結(jié)果列于表-2中。
[0036]根據(jù)表-2中實驗數(shù)據(jù)可以看出，將試樣在二甲醚燃料中浸潰(常溫X72小時)后，實施例1~5的耐二甲醚燃料性能和力學(xué)性能均優(yōu)于對比例I~3，說明低粘度氯磺化聚乙烯橡膠和對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂組成的高增粘體系，對芳綸漿柏具有較好的預(yù)處理效果，采用本發(fā)明所述的配合體系和工藝方法對芳綸漿柏進(jìn)行預(yù)處理，有助于芳綸漿柏在三元乙丙橡膠基體中的分散，有效改善芳綸漿柏纖維與橡膠基體的界面結(jié)合作用，從而提高橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐二甲醚燃料性能。
[0037]表-1
【權(quán)利要求】
1.一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，該材料的原料包括以下質(zhì)量份的組分: 三元乙丙橡膠100~130份， 氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料10-30份， 補(bǔ)強(qiáng)填充劑60~80份， 硫化活性劑3~6份， 助硫化劑1.0~1.5份，
硫化劑2.0~3.0份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述的氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料由氯磺化聚乙烯橡膠40質(zhì)量份、對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂10質(zhì)量份、硅藻土 10質(zhì)量份和芳綸漿柏40質(zhì)量份混合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述的氯磺化聚乙烯橡膠的生膠門尼粘度為11^1+41(^=30~45 ;所述的芳綸漿柏的纖維長度為0.85 ~1.19mm，含水量 5.0 ~Ilwt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述的三元乙丙橡膠為充油生膠與高乙烯含量生膠并用，二者并用質(zhì)量比為1:1~1.0:1.5 ;其中，充油生膠門尼粘度為ML1+412re=40~50，石蠟油充油量為100% ;高乙烯含量生膠的生膠門尼粘度為ML1+4125O=70~80，乙烯含量為65~70%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述的硫化活性劑為質(zhì)量比為5:1的氧化鋅和硬脂酸的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述的補(bǔ)強(qiáng)填充劑為質(zhì)量比為3:4的快壓出炭黑和半補(bǔ)強(qiáng)炭黑的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述的硫化劑為過氧化二異丙苯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料，其特征在于，所述的助硫化劑為三烯丙基異氰脲酸酯。
9.一種如權(quán)利要求1所述的耐二甲醚燃料的橡膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟，以下原料均以質(zhì)量份表示: (1)將40份氯磺化聚乙烯橡膠和10份的對叔丁基苯酚聚乙炔樹脂加入到密煉機(jī)里，在1250C的混煉溫度和35~60rpm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下，混煉2~4分鐘后，再分3~5次交替將10份硅藻土和40份芳綸漿柏加入其中并混煉8~10分鐘，混煉而成氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料； (2)然后在常溫下用開煉機(jī)將100~130份三元乙丙橡膠，10-30份氯磺化聚乙烯橡膠/芳綸漿柏預(yù)混料，60~80份補(bǔ)強(qiáng)填充劑，3~6份橡膠硫化活性劑，1.0~1.5份助硫化劑和2.0~3.0份的硫化劑混煉，并充分薄通5~7次，即得到橡膠復(fù)合材料混煉膠；最后用平板硫化機(jī)對混煉膠進(jìn)行硫化，硫化溫度為170°C，硫化時間為15~20分鐘，硫化壓力為10~20MPa，經(jīng)過硫化后得到一種耐二甲醚燃料橡膠復(fù)合材料。
【文檔編號】C08K13/02GK103571069SQ201310595055
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】任文壇, 張武高, 黃震 申請人:上海交通大學(xué)