具有低遲滯的彈性體產(chǎn)品的制造方法
【專利說明】具有低遲滯的彈性體產(chǎn)品的制造方法
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種具有低遲滯化ysteresis)的彈性體產(chǎn)品的制造方法，其能降 低彈性體產(chǎn)品的遲滯。本發(fā)明還設(shè)及一種具有低遲滯彈性體產(chǎn)品，特別是彈性擾流板 (spoiler)和輪胎，其是通過本發(fā)明的方法制備得到的。
[0002] 遲滯設(shè)及彈性體產(chǎn)品的一種屬性，即從因負(fù)載而發(fā)生形變后返回到原來的形狀的 能力。在重大的遲滯的情況下的，能量在負(fù)載-卸載循環(huán)中作為熱量損失，該由于許多原因 是不希望發(fā)生的。
[0003] 例如，輪胎的滾動(dòng)阻力設(shè)及到阻止輪胎和路面之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力。當(dāng)輪胎在 車輛的重量下旋轉(zhuǎn)時(shí)，它經(jīng)受著變形和復(fù)原的反復(fù)循環(huán)。當(dāng)輪胎中的橡膠表現(xiàn)出遲滯現(xiàn)象 時(shí)，輪胎將會(huì)把遲滯能量在負(fù)載-卸載循環(huán)中W熱量的形式耗散。歸因于橡膠的粘彈性特 性，遲滯是與滾動(dòng)阻力相關(guān)的能量損耗的主要原因。
[0004] 在汽車工業(yè)，彈性擾流板最近被引入，用W作為調(diào)節(jié)氣流，增加車輛的空氣動(dòng)力學(xué) 及提高燃油效率的設(shè)備。例如，US7, 055, 891B2中描述了一種用于擾流板的柔性空氣導(dǎo)向 裝置。該擾流板包括表現(xiàn)出遲滯的橡膠組件。因此，由于所使用的橡膠的粘彈性特性，能量 被流失。
[0005] 在彈性體產(chǎn)品，例如輪胎側(cè)壁或彈性擾流板中的遲滯通常是不希望出現(xiàn)的，且在 彈性體產(chǎn)品的粘彈性應(yīng)盡可能地低。因此，有必要開發(fā)一種具有低遲滯的彈性體產(chǎn)品的制 造方法，特別是低于公知的彈性體產(chǎn)品的遲滯水平。
[0006] 已知的硫化彈性體組合物的方法通常是往彈性體中添加含硫化合物，W實(shí)現(xiàn)在彈 性體聚合物鏈中的不飽和鍵之間的含硫交聯(lián)，或添加過氧化物W獲得鏈之間的碳-碳交 聯(lián)。后者不需要用到鏈中的不飽和鍵。在輪胎的硫化過程中，典型的硫化循環(huán)包括將彈性 體輪胎組合物保持在壓力下約10分鐘，反應(yīng)溫度為160°c至170°C的。
[0007] 本發(fā)明的目的是開發(fā)一種具有低遲滯的彈性體產(chǎn)品的制造方法，特別是低于公知 的彈性體產(chǎn)品的遲滯水平。
[000引本發(fā)明的目的是通過一種制造具有低遲滯的彈性體產(chǎn)物的方法得W實(shí)現(xiàn)，該方法 包括如下步驟：
[0009] a)提供彈性體材料組合物，所述彈性體材料組合物包括彈性體材料，硫和過氧化 物；及
[0010] b)選擇一種反應(yīng)溫度，所述反應(yīng)溫度高于當(dāng)所述組合物內(nèi)部形成交聯(lián)時(shí)的溫度， 且所述反應(yīng)溫度在當(dāng)所述過氧化物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度和當(dāng)所述過氧化物的半衰 期為1小時(shí)時(shí)的溫度加50°C之間；
[0011] C)在所述反應(yīng)溫度下硫化所述組合物。
[0012] 根據(jù)步驟b)中的硫和過氧化物選擇反應(yīng)溫度，并且在該反應(yīng)溫度硫化該組合物， 該樣可W得到與由公知的方法得到的彈性體產(chǎn)品相比具有較低遲滯的彈性體產(chǎn)品。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的方法中所選擇的反應(yīng)溫度通常會(huì)比在已知的基于過氧化物固化循 環(huán)中使用的溫度要低。據(jù)信，低的遲滯可能是部分由于該樣一個(gè)事實(shí)，即所選擇的相對(duì)低的 反應(yīng)溫度下首先啟動(dòng)一個(gè)硫的硫化反應(yīng)，從而產(chǎn)生鏈和多硫網(wǎng)絡(luò)之間的含硫的交聯(lián)，由此 延遲或至少減慢過氧化物硫化反應(yīng)，在相同的反應(yīng)溫度下，其僅在后期開始。其結(jié)果是，產(chǎn) 生了一個(gè)不同于已知網(wǎng)絡(luò)的彈性體交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，并且產(chǎn)生相對(duì)低的遲滯水平。
[0014] 如果本發(fā)明的彈性體組合物，即包括硫和過氧化物的彈性體組合物，在一個(gè)高于 當(dāng)所述過氧化物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度加50°c的反應(yīng)溫度被固化，則機(jī)械強(qiáng)度和撕裂 強(qiáng)度都被觀察到降低。該被認(rèn)為是由于該樣的事實(shí)，即該硫硫化反應(yīng)和過氧化物硫化反應(yīng) 之間會(huì)非常干擾，并產(chǎn)生較少的最佳交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的方法允許同時(shí)實(shí)現(xiàn)低水平的遲 滯和良好的機(jī)械強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度。
[0015] 選擇一個(gè)高于該交聯(lián)在該組合物形成時(shí)的溫度的反應(yīng)溫度是容易完成的。事實(shí) 上，在該交聯(lián)形成在組合物中的最低溫度是合理的（工業(yè)的觀點(diǎn)來說），可W通過執(zhí)行一個(gè) 流變?cè)囼?yàn)而獲得時(shí)間量，在該實(shí)驗(yàn)中，未硫化的彈性體組合物在恒定的溫度和所需的扭矩 被剪切，W保持固定的剪切力或隨時(shí)間監(jiān)測(cè)的剪切速率。轉(zhuǎn)矩最初將由于該組合物的加熱 而減少，但將隨后由于硫化而急劇地上升，該是因?yàn)檎扯群徒M合物后模量因增加交聯(lián)的結(jié) 果而上升。當(dāng)扭矩在合理的時(shí)間內(nèi)觀察到上升時(shí)發(fā)生硫化。請(qǐng)注意，在該樣的測(cè)試?yán)锏慕篃?時(shí)間（scorchtime)被定義為，直到扭矩水平從最小值上升2個(gè)單位W上經(jīng)過的時(shí)間。如 果焦燒時(shí)間太有限而過早焦化發(fā)生，部分交聯(lián)的組合物不能很好地在模制產(chǎn)品中流動(dòng)。該 當(dāng)然是不希望發(fā)生的。
[0016] 在本發(fā)明提供的方法中，硫化步驟C)的反應(yīng)溫度優(yōu)選要低于傳統(tǒng)方法中的硫化 溫度。本發(fā)明采用較低溫度所帶來的額外優(yōu)點(diǎn)是，能夠得到更好的焦燒安全性（Scorch safety)。焦燒安全性被定義為防止過早硫化的阻力，過早硫化將損害組合物的流變性質(zhì)。
[0017] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，過氧化物的半衰期是公知的，其定義為，在彈性體組合 物中，在一定的反應(yīng)溫度下，分解過氧化物的初始量的一半所需要的時(shí)間。半衰期隨著反應(yīng) 溫度減少，其對(duì)于一個(gè)給定的過氧化物和反應(yīng)溫度，其半衰期可W從過氧化物的供應(yīng)商處 獲得。
[001引在本文中，用于數(shù)值范圍的術(shù)語"之間"并不包括所指示范圍的端點(diǎn)。
[0019] 在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，一種方法被提供，其中，所述反應(yīng)溫度在當(dāng)所述過氧化 物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度和當(dāng)所述過氧化物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度加30°C之間。 更為優(yōu)選的，所述反應(yīng)溫度在當(dāng)所述過氧化物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度和當(dāng)所述過氧化 物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度加20°C之間。
[0020] 在本發(fā)明更為優(yōu)選的實(shí)施例中，一種方法被提供，其中，選擇的所述反應(yīng)溫度高于 當(dāng)所述組合物內(nèi)部形成含硫的交聯(lián)時(shí)的溫度。優(yōu)選的，所述反應(yīng)溫度高于當(dāng)所述組合物內(nèi) 部形成交聯(lián)時(shí)的溫度，且所述反應(yīng)溫度在當(dāng)所述過氧化物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度和當(dāng) 所述過氧化物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度加50°c之間。更為優(yōu)選的，所述反應(yīng)溫度高于當(dāng) 所述組合物內(nèi)部形成交聯(lián)時(shí)的溫度，且所述反應(yīng)溫度在當(dāng)所述過氧化物的半衰期為1小時(shí) 時(shí)的溫度和當(dāng)所述過氧化物的半衰期為1小時(shí)時(shí)的溫度加30°C之間，更為優(yōu)選為加20°C之 間。
[0021] 為進(jìn)一步提高該方法的效率，減少硫化過程所需時(shí)間，固化劑，例如加速器和活化 劑，特別是用于過氧化物引發(fā)硫化反應(yīng)的固化劑，優(yōu)選添加在本發(fā)明的方法中，
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，固化劑被加入到彈性材料組合物中，其中所 述過氧化物和所述固化劑的比例為1重量份過氧化物比0. 5~1. 5重量份固化劑，更優(yōu)選 為1重量份過氧化物比1. 2~1. 3重量份固化劑。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述固化劑選自含有馬來酷亞胺，（甲基）丙締酸醋，締丙 基基團(tuán)及其組合的有機(jī)分子。有機(jī)分子的例子適合作為固化劑是二甲基丙締酸己二 醇醋（eth}denedimethac巧late)，對(duì)苯二甲酸二丙締醋（diall}dtere地thalate)， 二己締基苯，S締丙基異氯脈酸醋（triallyliso巧anurate)，S締丙基磯酸醋 (triallylphosphate)，S聚氯酸S締丙醋（triall5f]xyanurate)，1, 2-聚了 二締，N， N' -間亞苯基雙馬來酷亞胺，S哲甲基丙烷S甲基丙締酸醋（trimet的lolpropane trimethacirlate)W及其組合。優(yōu)選的，所述固化劑為S聚氯酸S締丙醋，1,2-聚了二締， N，N'-間亞苯基雙馬來酷亞胺，=哲甲基丙烷=甲基丙締酸醋及其組合。最為優(yōu)選的，所述 固化劑為N，N' -間亞苯基雙馬來酷亞胺。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例，該方法包括如下步驟；提供彈性體材料組合物，所述彈 性體材料組合物包括彈性體材料，硫和過氧化物；在l〇〇°C至175C的反應(yīng)溫度下硫化所述 組合物，優(yōu)選為140°C至165°C。
[0025] 應(yīng)用于本發(fā)明的方法的彈性體材料，例如橡膠，可W根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的 方式來制備。任何已知的混合聚合物，填料和其它添加劑的方法是在原則上適用于該個(gè)目 的。因此使用密煉機(jī)或班伯里混合機(jī)，單或雙螺桿擠出機(jī)，葉片捏合機(jī)，Buss共捏合機(jī)，二 漉軸機(jī)等來混合橡膠聚合物及如果需要的添加劑和/或其他聚合物是可行的。合適的混合 溫度基本上是由所述聚合物組合物的組分的流變性質(zhì)決定的。
[0026] 應(yīng)用于本發(fā)明的方法的彈性體材料選自橡膠聚合物，優(yōu)選為不飽和橡膠聚合物。 一般來說，該些橡膠具有低于-10°c的玻璃點(diǎn)轉(zhuǎn)化溫度Tg，盡管該不是必須的。適合使用 的橡膠是例如選自天然橡膠，異戊二締橡膠，了