[发明专利]一种高耐磨性碳微球-橡胶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新型碳材料和橡胶材料的交叉技术领域，涉及到一种高耐磨性碳微球-橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

对于以碳微球为增强填充剂，制备具有良好的耐磨性能的橡胶复合材料，此方面研究在国内外还未见相应的报道，以下对本发明的相关研究背景进行简要的说明。

在科技不断进步工业高度发达的今天，耐磨橡胶材料因自身具备独特的功能性，已发展成为新型材料领域中的一支主力军。几乎所有的橡胶在加工过程中都必须加入一定量的填充剂才能用来制备有用的橡胶制品。填充剂习惯上根据对生胶料性能的影响分为两大类：一类是活性填充剂或称为补强剂，能够提高橡胶的耐磨耗性、模量、抗张强度、抗撕裂性及耐疲劳性；另一类是非活性填充剂或称为惰性填充剂，其对橡胶没有补强作用，但却能在基本上不损害橡胶性能的前提下，降低成本，改善加工性能。目前，在橡胶工业中广泛使用的填充剂主要有炭黑、白炭黑、纤维及氧化钙等各种无机陶土等。炭黑是应用最早的工业粉体材料，从第一次世界大战作为橡胶补强材料以来，炭黑一直应用与世界橡胶工业；随着橡胶工业的快速发展及行业要求，研究人员对非炭黑橡胶补强剂的应用效果和性能研究日益增多，其中以白炭黑为最，与炭黑相比，白炭黑粒子更细，比表面更大，因此其硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性较高，但白炭黑由于表面极性使其补强效果和加工性能不如炭黑等缺点。近年来，随着纳米材料快速崛起，取决于纳米特殊的体积和表面积效应，纳米材料（如纳米SiC、纳米CaO等）增强橡胶在性能改善等方面具有较大的潜力和应用前景。但由于纳米材料的较高成本、在橡胶基体中分散问题等限制，目前而言其在橡胶增强的应用受到了一定限制。

随着工业和科技的快速发展，一些特种行业如高级轿跑车、军用车辆等橡胶材料高韧性、高耐磨等性能要求越来越高。基于此，本发明提出采用沥青基中间相石墨碳微球为耐磨剂合成橡胶复合材料，碳微球是一种具有标准的球形的石墨结构材料，由于其特殊的形态和结构，有利于增强橡胶的耐磨等特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以天然橡胶为基体采用碳微球为补强剂的高耐磨性碳微球-橡胶复合材料及其制备方法，该方法通过碳微球自润滑作用，增强橡胶复合材料耐磨性，延长复合材料使用寿命，避免因摩擦磨损对材料损伤和破坏。

采用的技术方案：

一种高耐磨性碳微球-橡胶复合材料，其特征是由天然橡胶 ，硫磺，促进剂，氧化锌，硬脂酸，碳微球配制而成，其配方为：天然橡胶 100份，硫磺3份，促进剂M1份，氧化锌5份，硬脂酸2份，碳微球30~50份。

制备方法：

将各种配方原料在混炼机进行混料，混料温度为70℃，混料时间为3h。将混炼均匀的生料在平板硫化机上进行硫化，硫化温度150℃，硫化压力10MPa，硫化时间为30min。

本发明的优点：

(1) 本发明是一种采用以碳微球为补强剂制备橡胶复合材料的方法。通过降低复合材料摩擦系数，提高材料的耐磨性能，延长材料的使用寿命，具有很大的实用价值。

(2) 本发明采用简单的传统混料工艺即可完成，此技术对设备要求不高，参数容易控制。

(3) 本发明采用传统硫化工艺，操作简单，工艺条件易于控制。常规生产条件下即可制备碳微球-橡胶复合材料，易于实现产业化。

附图说明

图1 碳微球/橡胶复合材料摩擦-时间-摩擦系数曲线图。

 

具体实施：

实施例1

选取石墨化碳微球为补强剂制备碳微球-橡胶复合材料，其配方如下：天然橡胶 100份，硫磺3份，促进剂M 1份，氧化锌5份，硬脂酸2份，碳微球30份。将各种配方原料在混炼机进行混料，混料温度为70℃，混料时间为3h。将混炼均匀的生料在平板硫化机上进行硫化，硫化温度150℃，硫化压力10MPa，硫化时间为30min。

实施例2

选取石墨化碳微球为补强剂制备碳微球-橡胶复合材料，其配方如下：定睛橡胶 100份，硫磺3份，促进剂M1份，氧化锌5份，硬脂酸2份，碳微球40份。将各种配方原料在混炼机进行混料，混料温度为80℃，混料时间为2h。将混炼均匀的生料在平板硫化机上进行硫化，硫化温度150℃，硫化压力10MPa，硫化时间为30min。

实施例3

选取石墨化碳微球为补强剂制备碳微球-橡胶复合材料，其配方如下：顺丁橡胶 100份，硫磺3份，促进剂M1份，氧化锌5份，硬脂酸2份，碳微球50份。将各种配方原料在混炼机进行混料，混料温度为80℃，混料时间为3h。将混炼均匀的生料在平板硫化机上进行硫化，硫化温度160℃，硫化压力10MPa，硫化时间为30min。